塑料科普之-聚丙烯(Polypropylene) PP

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聚丙烯(Polypropylene)- PP

 

一、简介

聚丙烯是在聚乙烯的基础上研发的另一类烯烃聚合物。1954年,意大利的Natta 使用[Ziegler(德国)用于催化乙烯聚合的]TiCl3/A1(C2H5)2C1催化剂用于丙烯聚合,首次合成了等规聚丙烯。如今,在世界通用树脂中,聚丙烯是仅次于聚乙烯的第二大品种。

聚丙烯(PP),俗称百折胶.属热塑性塑料。半透明无色固体,无毒无臭。可在100度左右使用,使用温度范围-30℃~140℃。PP的维卡软化温度为150℃。聚丙烯热分解温度为350~380℃,熔融温度约174℃〈150~176℃〉(分子结构规整和高度结晶化,它的熔点自然比聚乙烯高得多)密度0.90~0.91g/cm3。成型收缩率1.0-2.5% ,成型温度160-220℃。强度、刚度、硬度、耐热性均优于低压高密度聚乙烯。

聚丙烯(PP)作为热塑性聚合物在塑料领域内有十分广泛的应用,因所用催化剂和聚合工艺不同,用途也不同。PP缺乏固有的韧性(低温变脆),特别是在低于其玻璃化温度的条件下。『分子链中因甲基的存在,使得分子链柔顺性下降,结晶度较高,晶粒粗大,材料成型收缩率大,耐寒性和耐冲击性较差.其脆化温度为-5-10,限制了PP的用途.』然而,通过添加冲击改性剂,可以提高其抗冲击性能。

二、聚丙烯的种类

工业上的聚丙烯(PP)有均聚物和共聚物两大类型。

1. PP均聚物:

通常所用的PP都是PP均聚物。它是以丙烯为原料在齐格勒——纳塔催化剂作用下,通过阴离子定向聚合而成。市场上销售的有粉状和粒状两种类型产品,后者是通过二次造粒制得的。

与PE相比,PP最大区别是C链上含有甲基,甲基的存在使分子链间距增大,密度减小,PP在所有树脂中密度最小(0.90~0.91g/cm3)。聚丙烯C链的甲基还能使叔C原子活化,使PP不稳定,在空气、氧、阳光或加热情况下容易分解;所以PP在加工中应加入一定量稳定剂(粒状PP内已含有稳定剂)。PP C链上的甲基在空间取向不同,PP可分等规PP、间规PP和无规PP三种:

2019-08-12

等规PP和间规PP C链上的甲基在空间取向是规整有序的,或取向一致,或间隔取向。而无规PP C链上的甲基在空间取向无规律性,随意排布。也正由于这结构上的微少差异,使其性能差别很大,等规PP和间规PP具有很好的力学性能(市场所售PP为等规PP),而无规PP呈蜡状物,基本上无力学性能。

等规PP与PE在力学性能上最大区别是具有强的力的异向性。PP沿着C链方向拉伸,即纵向拉伸强度非常好,而沿着垂直C链方向拉伸则强度很弱。其原因同样是甲基的存的,而且是规整的排列,使PP分子链无法靠近,分子链之间是靠范德华力相连接,而范氏力与分子间距离成反比。所以PP分子链间的范氏力远远小于PE。

2、PP共聚物:

PP共聚物主要是丙烯与乙烯共聚物。除mPE外,丙烯与乙烯共聚物主要有以下几种。

(1)乙-丙橡胶:

PP共聚物的性能与组成具有密切关系,当共聚物中丙烯含量为5~10%时,与PE相比,除韧性提高外,其它性能基本与PE相同。当丙烯含量为40~70%时,则完全成为一种无定形的橡胶状弹性体,称之为乙-丙橡胶。主要用作其它树脂改性剂,可提高材料的韧性和抗冲击强度。当丙烯含量大于80%时,则性能趋向PP,但比PP性能好。

(2)PP无规共聚物:

PP无规共聚物中,乙烯含量一般不超过20%。所谓无规是指乙烯单体在无规共聚物分子链中呈无规则排列,乙烯可起到阻止共聚物结晶作用,使结晶度降低,玻璃化温度降低,但透明性、柔软性和光泽度提高。PP无规共聚物主要用来制作耐寒性薄膜、低温热封性包装膜和透明性中空制品。

(3)PP嵌段共聚物

PP嵌段共聚物的分子链中乙烯和丙烯组分呈嵌段式排布。嵌段共聚物中乙烯含量为5~20%。与PP无规共聚物相比,软化温度降低很小,而脆化温度却提高很大。PP嵌段共聚物与PP等规均聚物相比,在刚性基本保持不变的情况下,耐低温性、韧性和抗冲击性却得到较大提高。

PP嵌段共聚物与HDPE相比,耐热性、抗应力开裂性、抗蠕变性和表面硬度都获得提高,而收缩率降低。PP嵌段共聚物主要用于耐冲击的聚丙烯制品,如啤酒瓶等各种容器,管材、洗衣机内缸等家电制品。

三、改性方向/研发趋势

传统的Ziegler—Natta催化剂仍然在聚丙烯生产中占有重要地位,进一步开发和改进的空间还很大,尤其是在共聚技术和提高产品性能方面,世界主要聚丙烯生产商对催化剂开发的大部分投入目前还是集中于Ziegler-Natta催化剂的发展和改进上。聚丙烯茂金属催化剂的开发和工业化应用在不断发展,其工业化的聚丙烯产品已经进入市场,并显示了独特性能优势,但由于成本、聚合物的加工性能等技术尚未完全掌握,在产品应用方面有待进一步研究和市场开拓,尚未成为聚丙烯的主流。

在聚丙烯产品开发中,共聚物由于其优良的应用性能和经济效益,产量和市场需求不断增加,其中反应器内共聚及合金技术以其高附加值产品引人瞩目,其他如高熔体粘度聚丙烯产品、高结晶、高透明聚丙烯产品的开发和应用相当活跃。产品的市场和增值潜力很大,近期出现的聚丙烯在窗用型材方面的应用很值得注意,有可能开拓出聚丙烯应用的新领域,刺激聚丙烯生产和需求的新增长。

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