英文名Poly propylene(pp)

生产方法分为本体法、气相法和溶剂法,以丙烯为单体,经催化聚合、精制、造粒而成。

聚丙烯最突出的性质是多面性,它能适合于许多加工方法和用途。它的价值和多面性主要来自于优良的耐化学品性能、在大宗热塑性塑料中最低的密度和最高的熔点、适中的成本。根据高分子链立体结构不同,聚丙烯有三个品种:等规聚丙烯(IPP),间规聚丙烯(SPP)和无规聚丙烯(APP)。

在PP链上间隔地插入乙烯(无规共聚),链会变得更缺乏规则和更柔软,从而降低聚合物的结晶度、模量、熔点和熔点锐度。典型的无规共聚物是比较透明的,熔点在293-305°F范围内。当乙烯含量升高时,聚合物的结晶度越来越低,最后变成乙烯一丙烯橡胶(EPR)。

另一类重要的共聚物是抗冲击非均相共聚物。这些产品是由橡胶(有时为PE)在均聚物基体中聚合而制得的。所用橡胶通常为EPR,它生成一个与均聚物基体分离的相态,形成有光雾。半透明的外观。这些材料并非真正的嵌段共聚物,因为其中的橡胶相可被溶剂所革取。用EPR与PP共混可得类似的产品,抗冲击共聚物具有和均聚体物相似的熔点。

分子量和分子量分布在PP加工过程中很重要。在446T和4.75磅负荷下的熔体流动是熔体粘度的一个指数,该指数与重均分子量相关。商品聚丙烯的熔体流动有低至0.25克/10分钟到高达800克/10分钟。分子量分布用重均分子量与数均分子量的比值来表示,高结晶度PP的这个比值可以高达11;而用作熔吹织物的PP则可低至2.l。这个比值在纤维纺丝过程中极为重要,而且影响到挤压、挤出物胀大、模塑内应力和定向过程。

象大多数聚合物一样,聚丙烯会氧化,特别是在熔化加工过程中。就PP而论,采取清除攻击叔氢的自由基来保护聚合物。对于在高温下长期使用的PP,则采用复杂的多组分稳定剂体系;对于限制气味或味道的场合,稳定体系必须非常简单。如果用于防阳光(紫外线)可加入炭黑或用专门的稳定方法。

普通PP的抗张强度为34.5MPa,弯曲模量约为1723MPa。有抗张强度为100MPa,弯曲模量为9650MPa的玻璃填充级PP。矿物填充级PP的弯曲模量可高达约4480MPa,但抗张强度增加不多。在低于一75°F时仍保持延展性。抗张强度低至18 6MPa和弯曲模量低至689MPa的抗冲击共聚物已经不是最近出现的品种了。现代聚合反应过程能生产出可填补聚丙烯与烯烃橡胶之间空白的材料。

除了强氧化剂和非极性溶剂外,PP对化学侵蚀有很强的抵抗力。例如,发烟硝酸或热的浓硫酸能使PP降解,但浓度较低的溶液则对PP无害。液体如汽油、二甲苯和氯代烃能使PP溶胀并变软。共聚物溶胀程度比均聚物高。PP从这类溶剂中取出后,其尺寸又会恢复原状。由于PP表面惰性极大,如果不采用火焰处理或类似技术,很难在PP上进行印刷、涂漆及粘合。

聚丙烯的燃烧热很高,很难制成阻燃级产品,但市场上有几种牌号的阻燃级PP出售。PP还是优秀的电绝缘体,其介电常数和损耗因数很低。它的耐湿性很好,但不是良好的阻隔氧气的材料。

纤维是PP的一个主要市场。通过拉伸或定向,可使其抗张强度提高15倍之多。抽丝产品包括衣物、尿布、非织品。家具革、农用袋、线绳、铺地织物、带。地毯和地毯背村。PP还可以铸造或定向拉伸成为薄膜。定向薄膜可作为香烟。糖果及许多物品的包装材料;非定向膜用于电容器或包装材料。

PP片材用于制热成型的食品容器,这连同隔潮和传气传味性能必须符合FDA规定。新型极低模量级产品可以用压延机压延,并与软质乙烯基树脂争夺市场。

通过注射吹塑法、挤压吹塑法或拉伸吹塑法,可以把PP加工成中空制品。为了提高吹塑和热成型性能,已开发出高熔体强度级PP。

市场上有快速加工挤压贴胶级PP;聚丙烯卓越的电性能,使其适合于作电话线和数据传输电缆的绝缘材料。

许多不同类型的注塑部件是由PP或它的抗冲击共聚物制成的。在汽车市场。,共聚物被用作内部装演和面板、外部组件和蓄电池等;均聚物和填充级用于发动机箱罩或作仪表板。

玻璃填料级PP用作装饰品或器具的部件。所有无填料的PP树脂均可作家用品,医疗器具,包括一次性放射性杀菌用品,主要使用低成本的均聚物和无规共聚物。薄壁模塑容器扩大了PP传统包装市场的范围,如防窜改的密封器和配料器。

化学和性质

PP是以金属有机有规立构催化剂(Ziegler-Natta型),使丙烯单体在控制的温度和压力条件下合成的。因所用催化剂和聚合工艺不同,所得聚合物的分子结构有三种不同类型的立体化学结构,数量也不一样。这三种结构是指等规聚合物、间规聚合物和无规聚合物。在等规聚丙烯(最常见的商品形式)中,甲基原子团都处在聚合物骨架的同一侧,这一结构很容易形成结晶态。等规形式的结晶性赋予它良好的抗溶剂和抗热性能。在前十年期间所用的催化剂技术使非等规异构体的生成达到最少程度,消除了对无价值的无规组分进行分离的必要性,简化了生产步骤。

生产聚丙烯的工艺主要有两种:一种是气相法;一种是液体丙烯淤浆法。此外,还有一些老式淤浆工艺装置在运行,它们采用一种液态饱和烃作为反应介质。典型的等规聚丙烯均聚物的性能见表1。

比较而言,高密度和低密度聚乙烯都有较高的密度,相当低的熔点和较低的弯曲模量即刚度。这些性能差异导致了最终用途不同。刚度和易定向性使聚丙烯均聚物适合制作各种纤维和用于延展带,而它们较高的耐热性使它们能用于制作硬的高压容器和器具及汽车的模塑部件。

影响聚丙烯均聚物的加工性能和物理性能的主要因素包括:分子量(通常用流速表示);分子量分布(简称MWO);有规立构性和助剂。聚丙烯平均分子量范围从约200 000到 600 000。分子量分布通常用聚合物的重均分子量(Mww)与数均分子量(Mnn)的比值表示, Mww/Mnn。该式又称为多分散性指数。

一个聚合物的分子量分布对它的加工性能和最终使用性能有举足轻重的影响。这是因为熔融态的聚丙烯对剪切敏感,即当施加的压力升高时,其表观粘度降低。分子量分布范围宽的聚丙烯比分布窄的更对剪切敏感,因而具有宽范围分子量分布的材料在注塑过程中更易于加工。某些特定的用途,特别是纤维,则要求窄范围的分子量分布。分子量分布与催化剂体系和聚合反应工艺都有关系。

常用过氧化物在反应器后面的挤压过程进行化学裂解,使分子量分布范围变窄。这一过程称为控制流变学(CR)过程。

与聚乙烯相比较,等规聚丙烯更易受光和热而氧化降解。在通常的加工和最终使用条件下,聚丙烯要经受无规的断链作用,导致分子量降低和流速升高。

所有的商品级聚丙烯都含有稳定剂,以便在加工时保护材料,提供令人满意的最终使用性能。对于特别的用途,除了加抗氧剂和紫外线抑制剂外,还须加其它添加剂。例如:在薄膜配方中加入润滑剂和防粘剂,以减少摩擦系数并防止薄膜自身粘连。在包装材料中添加抗静电以消除静电荷。为了提高透明度或缩短模型周期,则需用成核剂。

均聚物树脂通常接流速和最终用途分类。流速取决于平均分子量和分子量分布两者。

某些特殊用途要求流速高达400分克/分钟,而普通商品均聚物的流速则在0.5-50分克/分钟的范围以内。流速通常是确定加工特性最主要的因素。

抗冲击型PP共聚物

PP有很多有用的性能,但还缺乏固有的韧性,特别是在低于其玻璃化温度的条件下。然而,通过添加冲击改性剂,可以提高其抗冲击性能。传统改良性为弹性体,通常为乙丙橡胶。普遍认为,遍布于半结晶态聚丙烯基体内的橡胶粒子,能在界面上形成许多应力集中点,并5;发局部形变,防止断裂扩展。

抗冲击改性剂一直是在共混时添加进去的,最近,弹性体组分的现场合成已经具有商业重要性。而且,正在宣传用一种新系列的冲击改性剂来代替乙丙橡胶,即Flexomer聚烯烃、Exact塑弹体和Insite聚合物。这些都是烯烃聚合物,它们填补了极低密度聚乙烯和传统乙丙弹性体之间的空白。

化学和性能

等规PP均聚物,是在Ziegler-Natta催化剂体系催化下,由丙烯聚合而成的。乙丙橡胶组分在一系列反应器中合成的,或是预先购买,然后在挤压机内与PP均聚物共混。生成的抗冲击聚丙烯经粒化后出售。现场生产的抗冲击PP共聚物,可以通过选用合适的催化剂组成及反应器条件,来精确地控制其重要的性能。催化剂组成和反应器条件决定基体树脂的结晶度、橡胶组分的组成和数量及总体分子量分布。

抗冲击PP是最轻的热塑性塑料之一,其密度低于1,每磅产品的价格低于PET、PBT、高抗冲击聚苯乙烯和ABS。按比容计,抗冲击PP的单位体积成本低于上述那些树脂和聚氯乙烯(PVC)。仅有HDPE在这方面堪与匹敌。抗冲击型PP通常在适中的温度下加工,范围为350~550°F。

抗冲击聚丙烯共聚物具有广谱的熔体流动速率,通常范围为从小于1到约30。具有最高熔体流动速率的树脂,通常是由熔体流动速率较低的材料"减粘裂化"制得。也就是对从反应器出来后的材料进行一步反应,降低平均分子量,从而制得熔体流速更高的产品。

抗冲击聚丙烯共聚物对化学品和环境应力断裂有很高的抵抗力。经处理后,材料可具备优良的悬臂梁式冲击强度和较低的加纳尔冲击性能。悬臂梁式冲击强度范围在回.5到大于15英尺·磅/英寸;在-40°F下,加纳尔冲击强度范围为15到300英寸·磅以上。

橡胶组分为聚丙烯提供了冲击强度,却使抗冲击聚丙烯相对于均聚物而言,降低了刚度和热变形温度。加填料的抗冲击聚丙烯共聚物能够忍受更高的温度而不变形。填料一般为玻璃纤维。云母、滑石和碳酸钙。这些聚合物的最终用户应该知道对每一种规格的产品,在不同的熔化强度、熔体流速、刚度和热变形温度之间需作出权衡。

用途

抗冲击聚丙烯的主要商业用途是用在汽车、家用品、器具中的注塑件。它的抗冲击能力、低密度、着色能力和加工性能使它成为理想的材料。具有较高熔体流速的中等抗冲击树脂品级有较高的流动性能,这个特点在注塑大型部件如:汽车面板时特别有用。

高抗冲击能力具有较低熔体流速的树脂(一般小于2),可以转化成抗穿刺性极好的薄膜,这种薄膜的抗冲击能力和耐蒸汽杀菌能力,适合做一次性医疗废品袋。挤压片材可以用热成型法加工成大而厚的部件,如:汽车工业中的护板和汽车车尾行李箱衬里。

弹性体组分改良聚丙烯抗冲击性能的机理,在材料受冲击时,可诱导应力白化。

大多数用途是以弹性组分在聚丙烯基体中的分散度为基础的。基于与此相反的概念,正在开发新型的保险杠。其结果是形成了一个分子复合结构。