高壓低密度聚乙烯(high pressure-low density polyethylene，HP-LDPE，簡寫為LDPE)實現(xiàn)工業(yè)化已有70多年的歷史，盡管隨著烯烴聚合催化劑的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展，聚乙烯的品種和產(chǎn)量有了巨大的進展，但高壓聚乙烯仍占有重要的地位。乙烯在高溫高壓下以自由基機理聚合成高分子量聚乙烯，具有以下特點：
(1)乙烯聚合反應(yīng)過程是一個強烈的放熱過程。乙烯的聚合熱約為93.5kJ/mol(或3.3kJ/g)，在235MPa、150~300℃下乙烯的比熱容為2.51~2.85J/(g·℃)，反應(yīng)熱如果不能及時移去，每1%乙烯發(fā)生聚合將使溫度升高12~13℃。如果溫度過高，還會導(dǎo)致乙烯分解。
(2)在高壓下，乙烯已被壓縮到密度為0.5g/mL的氣密相狀態(tài)，近似于不能再壓縮的液體，此時乙烯分子間的距離顯著縮短，從而增加了游離基與乙烯分子的碰撞概率，所以容易發(fā)生聚合反應(yīng)。
(3)高溫下增長鏈的自由基活性大，容易發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，所得到的聚合物為帶有較多支鏈的線型結(jié)構(gòu)。通常每1000個碳鏈原子中含有20~30個支鏈，結(jié)晶度為45%~65%，密度在0.910~0.925g/mL，質(zhì)輕、具柔性，耐低溫性、耐沖擊性較好。
生產(chǎn)方法
低密度聚乙烯按聚合方法，可分為高壓法和低壓法。按照反應(yīng)器類型可分為釜式法和管式法。以乙烯為原料，送入反應(yīng)器，在引發(fā)劑的作用下以高壓壓縮進行聚合反應(yīng)，從反應(yīng)器出來的物料，經(jīng)分離器除去未反應(yīng)的乙烯之后，經(jīng)熔融擠出造粒，干燥、摻合，送去包裝。
LDPE和LLDPE都具有很好的流變性或熔融流動性。LLDPE有更小的剪切敏感性，因為它具有窄分子量分布和短支鏈。在剪切過程中（例如擠塑），LLDPE保持了更大的粘度，因而比相同熔融指數(shù)的LDPE難于加工。在擠塑中，LLDPE更低的剪切敏感性使聚合物分子鏈的應(yīng)力松弛更快，并且由此物理性質(zhì)對吹脹比改變的敏感性減小。
在熔體延伸中，LLDPE在各種應(yīng)變速率下通常都具有較低的粘度。也就是說它將不會象LDPE一樣在拉伸時產(chǎn)生應(yīng)變硬化。隨聚乙烯的形變率增加，LDPE顯示出粘度的驚人增加，這是由分子鏈纏結(jié)引起。
這種現(xiàn)象在 LLDPE中觀察不出，因為在LLDPE中缺少長支鏈使聚合物不纏結(jié)。這種性能對薄膜應(yīng)用極重要．因為 LLDPE薄膜在保持高強度和韌性下較易制更薄薄膜。LLDPE的流變性可概括為“剪切時剛性”和“延伸時柔軟”。當用LLDPE 替代LDPE時薄膜擠塑設(shè)備和條件必須做修改。LLDPE的高粘度要求擠塑機有更大的功率．并提供更高的熔體溫度和壓力。模口隙距必須加寬以避免由于產(chǎn)生高背壓和熔體斷裂而降低產(chǎn)量。
LLDPE的“延伸時柔軟”的特性在吹膜過程中是一個缺點。LLDPE的吹塑薄膜膜泡不象 LDPE的那么穩(wěn)定。一般的單唇風(fēng)環(huán)對 LDPE的穩(wěn)定足夠使用．LLDPE的特有的膜泡要求更完善的雙唇風(fēng)環(huán)來穩(wěn)定。用雙唇風(fēng)環(huán)冷卻內(nèi)部膜泡可增加膜泡穩(wěn)定性，同時在高生產(chǎn)率下提高薄膜生產(chǎn)能力。除了膜泡的更好冷卻外，很多薄膜生產(chǎn)廠采用與LDPE共混方法以增強LLDPE溶道理上，LLDPE的擠塑可以在現(xiàn)有LDPE薄膜設(shè)備上完成，當LDPE的共混物中 LLDPE的濃度達 50%時。加工 100% LLDPE或富含 LLDPE的與LDPE共混材料時，采用一般的LDPE擠塑機，必需改進設(shè)備。
根據(jù)擠塑機的壽命，要求改進的可能是加寬模口隙距，改良風(fēng)環(huán)，修改螺桿設(shè)計以更好擠出，必要時應(yīng)增加電機功率和轉(zhuǎn)矩。對于注塑應(yīng)用，一般不需改進設(shè)備，但加工條件需達最佳化。滾塑加工要求LLDPE研磨成均勻顆粒（35篩孔）。加工過程包括用粉末狀LLDPE填滿模具，加熱并雙軸向地旋轉(zhuǎn)模具使LLDPE均勻分布。冷卻后產(chǎn)品從模具中移出。 [1]
生產(chǎn)特點
(1)圍繞聚合裝置的一系列設(shè)備，如壓縮機、反應(yīng)器、分離器、管道、泵等設(shè)備，都要求能在100MPa以上的超高壓下使用，即使是分離工序和回收工序的設(shè)備，有的也要求在100-350MPa下操作，因此不論從設(shè)備上還是從操作上來看，整個工藝過程都存在著很多難點。
(2)乙烯聚合熱比其他單體聚合熱高很多。在聚合反應(yīng)中，一瞬間聚合率就達到10%-20%，甚至30%-40%，因此，在工藝上如何去除聚合熱成為工藝流程中的重要課題，也是提高單程轉(zhuǎn)化率、降低能耗的關(guān)鍵之一。
(3)反應(yīng)體系內(nèi)的聚合產(chǎn)物黏度很大，釜式法工藝中的釜式反應(yīng)器和管式法工藝中的管式反應(yīng)器內(nèi)壁容易積附聚合物。
(4)如何輸送熔融狀態(tài)的聚合物也有一定的困難。反應(yīng)壓力和溫度都影響產(chǎn)物的黏度，這就需要十分注意控制好溫度和壓力。
(5)從高壓分離器出來的循環(huán)乙烯中所含低分子量聚乙烯蠟狀物如何很好地除去也是個問題圍繞解決這些問題，各公司開發(fā)了多種生產(chǎn)工藝。按反應(yīng)器類型可分為管式法流程和釜式法流程兩大類。管式反應(yīng)器的主要特點是物流在管內(nèi)呈柱塞狀流動，沒有返混現(xiàn)象；反應(yīng)溫度沿反應(yīng)管的長度而有變化，因此反應(yīng)溫度有最高峰，所以所得聚乙烯的分子量分布較寬。而釜式反應(yīng)器，物料可以充分混合，所以反應(yīng)溫度均勻，還可以分區(qū)操作，以使各反應(yīng)區(qū)具有不同的溫度，從而獲得分子量分布較窄的聚乙烯。
管式聚合反應(yīng)器內(nèi)徑通常為2.5~2.7cm的細長型高壓合金鋼管。為了提高單線生產(chǎn)能力，管徑增加至5.0~7.5cm。直徑與長度之比為1:250~1:40000，管式反應(yīng)器長900~1500m。反應(yīng)壓力約為200~350MPa，溫度為250~330℃，流體速度10~15m/s，單程轉(zhuǎn)化率為20%~34%，單線生產(chǎn)能力最大達10萬噸/年。釜式反應(yīng)器的形狀有細長型(圖2.2)和矮胖型兩種規(guī)格。細長型聚合釜的內(nèi)徑與長度之比為1:20~1:4，而矮胖型內(nèi)徑與長度比為1:4~1:2，反應(yīng)壓力通常比管式法流程低，為110~250MPa，溫度為130~280℃，單程轉(zhuǎn)化率為20%~25%，單線生產(chǎn)能力最大達18萬噸/年。釜式反應(yīng)器一般是將帶動攪拌器的電動機安裝在釜內(nèi)，以減少攪拌軸的軸封在設(shè)計上的困難。隨著機械密封技術(shù)的發(fā)展，也可以將電動機安裝在釜外。釜式反應(yīng)器已進一步大型化，ICI公司的反應(yīng)器有1000L，而法國CdF公司的反應(yīng)釜容積達1600L，是世界上最大的反應(yīng)釜之一。據(jù)統(tǒng)計全世界高壓法聚乙烯中55%是用管式反應(yīng)器生產(chǎn)的，其余45%是用釜式反應(yīng)器生產(chǎn)的。 [2]
