超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种线性长链结构的具有优越综合性能的热塑性工程塑料,具有普通聚乙烯难以企及的特性,如耐磨性极高、强度高于大部分金属、抗冲击能力。美国材料实验协会ASTMD4020将其定义为重均分子量(Mw)在300万g/mol以上的聚乙烯,化组织ISO11542将其定义为粘均分子量(Mv)在150万g/mol以上的线型聚乙烯。UHMWPE分子结构与通用聚乙烯(LDPE、LLDPE、HDPE)相差不大,但由于其分子量大,拥有更长的分子链,进而拥有更为优异的性能,下游应用领域更加广阔。
催化剂是UHMWPE生产工艺的核心。乙烯的聚合主要受聚合温度、压力、催化剂组成及用量、外给电子体和氢气的影响,催化剂是聚合技术的核心,对聚合产物平均分子量、分子量分布、堆密度、结晶度以及颗粒的大小和形态都有着重要影响。经过半个多世纪的发展,催化剂的性能和制备技术都得到了迅速地发展,目前主要的UHMWPE催化剂有Ziegler-Natta(Z-N)催化剂、茂金属催化剂和非茂过渡金属催化剂。
目前生产UHMWPE树脂的工业装置大多采用淤浆聚合,淤浆工艺主要包括搅拌釜工艺与环管工艺。
釜式聚合工艺:釜式聚合包括Hostalen工艺和三井CX工艺,目前绝大多数的UHMWPE聚合采用Hostalen搅拌釜工艺。Hostalen工艺流程包括两个反应器,在第一反应器中加入乙烯、氢气和催化剂,生产较高熔融指数的树脂,得到的聚合物浆液进入第二反应器,在第二反应器中完成剩余乙烯的聚合反应。该工艺装置的操作压力和操作温度低、操作弹性高、生产灵活且稳定性较好,使用该工艺,催化剂耐杂质能力强,对乙烯气原料的纯度要求低。目前全球超过三分之二的UHMWPE聚合采用Hostalen釜式工艺。