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英文名Poly propylene(pp)

生產方法分為本體法、氣相法和溶劑法,以丙烯為單體,經催化聚合、精制、造粒而成。

聚丙烯最突出的性質是多面性,它能適合于許多加工方法和用途。它的價值和多面性主要來自于優良的耐化學品性能、在大宗熱塑性塑料中最低的密度和最高的熔點、適中的成本。根據高分子鏈立體結構不同,聚丙烯有三個品種:等規聚丙烯(IPP),間規聚丙烯(SPP)和無規聚丙烯(APP)。

在PP鏈上間隔地插入乙烯(無規共聚),鏈會變得更缺乏規則和更柔軟,從而降低聚合物的結晶度、模量、熔點和熔點銳度。典型的無規共聚物是比較透明的,熔點在293-305°F范圍內。當乙烯含量升高時,聚合物的結晶度越來越低,最后變成乙烯一丙烯橡膠(EPR)。

另一類重要的共聚物是抗沖擊非均相共聚物。這些產品是由橡膠(有時為PE)在均聚物基體中聚合而制得的。所用橡膠通常為EPR,它生成一個與均聚物基體分離的相態,形成有光霧。半透明的外觀。這些材料并非真正的嵌段共聚物,因為其中的橡膠相可被溶劑所革取。用EPR與PP共混可得類似的產品,抗沖擊共聚物具有和均聚體物相似的熔點。

分子量和分子量分布在PP加工過程中很重要。在446T和4.75磅負荷下的熔體流動是熔體粘度的一個指數,該指數與重均分子量相關。商品聚丙烯的熔體流動有低至0.25克/10分鐘到高達800克/10分鐘。分子量分布用重均分子量與數均分子量的比值來表示,高結晶度PP的這個比值可以高達11;而用作熔吹織物的PP則可低至2.l。這個比值在纖維紡絲過程中極為重要,而且影響到擠壓、擠出物脹大、模塑內應力和定向過程。

象大多數聚合物一樣,聚丙烯會氧化,特別是在熔化加工過程中。就PP而論,采取清除攻擊叔氫的自由基來保護聚合物。對于在高溫下長期使用的PP,則采用復雜的多組分穩定劑體系;對于限制氣味或味道的場合,穩定體系必須非常簡單。如果用于防陽光(紫外線)可加入炭黑或用專門的穩定方法。

普通PP的抗張強度為34.5MPa,彎曲模量約為1723MPa。有抗張強度為100MPa,彎曲模量為9650MPa的玻璃填充級PP。礦物填充級PP的彎曲模量可高達約4480MPa,但抗張強度增加不多。在低于一75°F時仍保持延展性。抗張強度低至18 6MPa和彎曲模量低至689MPa的抗沖擊共聚物已經不是最近出現的品種了。現代聚合反應過程能生產出可填補聚丙烯與烯烴橡膠之間空白的材料。

除了強氧化劑和非極性溶劑外,PP對化學侵蝕有很強的抵抗力。例如,發煙硝酸或熱的濃硫酸能使PP降解,但濃度較低的溶液則對PP無害。液體如汽油、二甲苯和氯代烴能使PP溶脹并變軟。共聚物溶脹程度比均聚物高。PP從這類溶劑中取出后,其尺寸又會恢復原狀。由于PP表面惰性極大,如果不采用火焰處理或類似技術,很難在PP上進行印刷、涂漆及粘合。

聚丙烯的燃燒熱很高,很難制成阻燃級產品,但市場上有幾種牌號的阻燃級PP出售。PP還是優秀的電絕緣體,其介電常數和損耗因數很低。它的耐濕性很好,但不是良好的阻隔氧氣的材料。

纖維是PP的一個主要市場。通過拉伸或定向,可使其抗張強度提高15倍之多。抽絲產品包括衣物、尿布、非織品。家具革、農用袋、線繩、鋪地織物、帶。地毯和地毯背村。PP還可以鑄造或定向拉伸成為薄膜。定向薄膜可作為香煙。糖果及許多物品的包裝材料;非定向膜用于電容器或包裝材料。

PP片材用于制熱成型的食品容器,這連同隔潮和傳氣傳味性能必須符合FDA規定。新型極低模量級產品可以用壓延機壓延,并與軟質乙烯基樹脂爭奪市場。

通過注射吹塑法、擠壓吹塑法或拉伸吹塑法,可以把PP加工成中空制品。為了提高吹塑和熱成型性能,已開發出高熔體強度級PP。

市場上有快速加工擠壓貼膠級PP;聚丙烯卓越的電性能,使其適合于作電話線和數據傳輸電纜的絕緣材料。

許多不同類型的注塑部件是由PP或它的抗沖擊共聚物制成的。在汽車市場。,共聚物被用作內部裝演和面板、外部組件和蓄電池等;均聚物和填充級用于發動機箱罩或作儀表板。

玻璃填料級PP用作裝飾品或器具的部件。所有無填料的PP樹脂均可作家用品,醫療器具,包括一次性放射性殺菌用品,主要使用低成本的均聚物和無規共聚物。薄壁模塑容器擴大了PP傳統包裝市場的范圍,如防竄改的密封器和配料器。

化學和性質

PP是以金屬有機有規立構催化劑(Ziegler-Natta型),使丙烯單體在控制的溫度和壓力條件下合成的。因所用催化劑和聚合工藝不同,所得聚合物的分子結構有三種不同類型的立體化學結構,數量也不一樣。這三種結構是指等規聚合物、間規聚合物和無規聚合物。在等規聚丙烯(最常見的商品形式)中,甲基原子團都處在聚合物骨架的同一側,這一結構很容易形成結晶態。等規形式的結晶性賦予它良好的抗溶劑和抗熱性能。在前十年期間所用的催化劑技術使非等規異構體的生成達到最少程度,消除了對無價值的無規組分進行分離的必要性,簡化了生產步驟。

生產聚丙烯的工藝主要有兩種:一種是氣相法;一種是液體丙烯淤漿法。此外,還有一些老式淤漿工藝裝置在運行,它們采用一種液態飽和烴作為反應介質。典型的等規聚丙烯均聚物的性能見表1。

比較而言,高密度和低密度聚乙烯都有較高的密度,相當低的熔點和較低的彎曲模量即剛度。這些性能差異導致了最終用途不同。剛度和易定向性使聚丙烯均聚物適合制作各種纖維和用于延展帶,而它們較高的耐熱性使它們能用于制作硬的高壓容器和器具及汽車的模塑部件。

影響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(簡稱MWO);有規立構性和助劑。聚丙烯平均分子量范圍從約200 000到 600 000。分子量分布通常用聚合物的重均分子量(Mww)與數均分子量(Mnn)的比值表示, Mww/Mnn。該式又稱為多分散性指數。

一個聚合物的分子量分布對它的加工性能和最終使用性能有舉足輕重的影響。這是因為熔融態的聚丙烯對剪切敏感,即當施加的壓力升高時,其表觀粘度降低。分子量分布范圍寬的聚丙烯比分布窄的更對剪切敏感,因而具有寬范圍分子量分布的材料在注塑過程中更易于加工。某些特定的用途,特別是纖維,則要求窄范圍的分子量分布。分子量分布與催化劑體系和聚合反應工藝都有關系。

常用過氧化物在反應器后面的擠壓過程進行化學裂解,使分子量分布范圍變窄。這一過程稱為控制流變學(CR)過程。

與聚乙烯相比較,等規聚丙烯更易受光和熱而氧化降解。在通常的加工和最終使用條件下,聚丙烯要經受無規的斷鏈作用,導致分子量降低和流速升高。

所有的商品級聚丙烯都含有穩定劑,以便在加工時保護材料,提供令人滿意的最終使用性能。對于特別的用途,除了加抗氧劑和紫外線抑制劑外,還須加其它添加劑。例如:在薄膜配方中加入潤滑劑和防粘劑,以減少摩擦系數并防止薄膜自身粘連。在包裝材料中添加抗靜電以消除靜電荷。為了提高透明度或縮短模型周期,則需用成核劑。

均聚物樹脂通常接流速和最終用途分類。流速取決于平均分子量和分子量分布兩者。

某些特殊用途要求流速高達400分克/分鐘,而普通商品均聚物的流速則在0.5-50分克/分鐘的范圍以內。流速通常是確定加工特性最主要的因素。

抗沖擊型PP共聚物

PP有很多有用的性能,但還缺乏固有的韌性,特別是在低于其玻璃化溫度的條件下。然而,通過添加沖擊改性劑,可以提高其抗沖擊性能。傳統改良性為彈性體,通常為乙丙橡膠。普遍認為,遍布于半結晶態聚丙烯基體內的橡膠粒子,能在界面上形成許多應力集中點,并5;發局部形變,防止斷裂擴展。

抗沖擊改性劑一直是在共混時添加進去的,最近,彈性體組分的現場合成已經具有商業重要性。而且,正在宣傳用一種新系列的沖擊改性劑來代替乙丙橡膠,即Flexomer聚烯烴、Exact塑彈體和Insite聚合物。這些都是烯烴聚合物,它們填補了極低密度聚乙烯和傳統乙丙彈性體之間的空白。

化學和性能

等規PP均聚物,是在Ziegler-Natta催化劑體系催化下,由丙烯聚合而成的。乙丙橡膠組分在一系列反應器中合成的,或是預先購買,然后在擠壓機內與PP均聚物共混。生成的抗沖擊聚丙烯經粒化后出售。現場生產的抗沖擊PP共聚物,可以通過選用合適的催化劑組成及反應器條件,來精確地控制其重要的性能。催化劑組成和反應器條件決定基體樹脂的結晶度、橡膠組分的組成和數量及總體分子量分布。

抗沖擊PP是最輕的熱塑性塑料之一,其密度低于1,每磅產品的價格低于PET、PBT、高抗沖擊聚苯乙烯和ABS。按比容計,抗沖擊PP的單位體積成本低于上述那些樹脂和聚氯乙烯(PVC)。僅有HDPE在這方面堪與匹敵。抗沖擊型PP通常在適中的溫度下加工,范圍為350~550°F。

抗沖擊聚丙烯共聚物具有廣譜的熔體流動速率,通常范圍為從小于1到約30。具有最高熔體流動速率的樹脂,通常是由熔體流動速率較低的材料"減粘裂化"制得。也就是對從反應器出來后的材料進行一步反應,降低平均分子量,從而制得熔體流速更高的產品。

抗沖擊聚丙烯共聚物對化學品和環境應力斷裂有很高的抵抗力。經處理后,材料可具備優良的懸臂梁式沖擊強度和較低的加納爾沖擊性能。懸臂梁式沖擊強度范圍在回.5到大于15英尺·磅/英寸;在-40°F下,加納爾沖擊強度范圍為15到300英寸·磅以上。

橡膠組分為聚丙烯提供了沖擊強度,卻使抗沖擊聚丙烯相對于均聚物而言,降低了剛度和熱變形溫度。加填料的抗沖擊聚丙烯共聚物能夠忍受更高的溫度而不變形。填料一般為玻璃纖維。云母、滑石和碳酸鈣。這些聚合物的最終用戶應該知道對每一種規格的產品,在不同的熔化強度、熔體流速、剛度和熱變形溫度之間需作出權衡。

用途

抗沖擊聚丙烯的主要商業用途是用在汽車、家用品、器具中的注塑件。它的抗沖擊能力、低密度、著色能力和加工性能使它成為理想的材料。具有較高熔體流速的中等抗沖擊樹脂品級有較高的流動性能,這個特點在注塑大型部件如:汽車面板時特別有用。

高抗沖擊能力具有較低熔體流速的樹脂(一般小于2),可以轉化成抗穿刺性極好的薄膜,這種薄膜的抗沖擊能力和耐蒸汽殺菌能力,適合做一次性醫療廢品袋。擠壓片材可以用熱成型法加工成大而厚的部件,如:汽車工業中的護板和汽車車尾行李箱襯里。

彈性體組分改良聚丙烯抗沖擊性能的機理,在材料受沖擊時,可誘導應力白化。

大多數用途是以彈性組分在聚丙烯基體中的分散度為基礎的。基于與此相反的概念,正在開發新型的保險杠。其結果是形成了一個分子復合結構。