聚丙烯PP塑料的簡介，聚丙烯塑料的結(jié)構(gòu)性能，聚丙烯塑料的改性品種

聚丙烯是由丙烯單體經(jīng)自由基聚合而成的聚合物，英文名稱為polypropylene，簡稱PP，因疲勞強(qiáng)度極好而俗稱冇折膠。按結(jié)構(gòu)不同，PP可分為等規(guī)、間規(guī)（又稱茂金屬PP)及無規(guī)三類。目前應(yīng)用的主要為等規(guī)PP，其用量可占PP的90%以上。無規(guī)PP為微帶黏性的白色蠟狀物，分子量很低，不能用于塑料，常用于填充母料的載體。間規(guī)PP為低結(jié)晶聚介物，用茂金屬催化劑生產(chǎn)，較早開發(fā)于1988年，屬于高彈性熱塑材料；間規(guī)PP具有透明、韌性和柔性，但剛性和硬度只為等規(guī)PP的一半；間規(guī)PP可像乙丙橡膠那樣硫化，產(chǎn)品具有彈性體的力學(xué)性能，甚至超過普通橡膠；因價(jià)格高，目前間規(guī)PP的應(yīng)用面不廣，似很有發(fā)展前途，為PP樹脂中較具有增長點(diǎn)的品種。

PP的優(yōu)點(diǎn)為電絕緣性和耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良，力學(xué)件能和耐熱性在通用熱塑性塑料中較高、耐疲勞性好；經(jīng)過玻璃纖維增強(qiáng)的PP，具有很高的力學(xué)性能，接近工程塑料，因而常用作工程塑料。PP的缺點(diǎn)為低溫脆性大和耐老化性不好。

pp較早于1957年由意大利Montecatinl公司實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，目前美國的Amoco、Exxon、Phillips及Shell,日本的二菱、二井、住友，德國的BASF及英國的等知名公田都有大批量生產(chǎn)。

在我國PP生產(chǎn)廠家有80余家’PP的產(chǎn)W繼PE、PVC之后排在第三位，到2005年，PP的年牛產(chǎn)能力達(dá)545萬噸，實(shí)際產(chǎn)量可達(dá)540萬噸/年，實(shí)際需求量為850萬噸/年。

1.PP的結(jié)構(gòu)

(1)甲基的位置PP為線型結(jié)構(gòu)，其大分子鏈上甲基的空叫位置有三種不同的排列方式，即等規(guī)（甲基都排列在一側(cè)）排列、間規(guī)（甲基交替排列在兩側(cè)）排列和無規(guī)（甲基無規(guī)律排列）排列。甲基的排列方式不同，PP的性能大不相同；等規(guī)的結(jié)構(gòu)規(guī)整性好，具有高度的結(jié)晶性，熔點(diǎn)高，硬度和剛忭大，力學(xué)忡能好；無規(guī)PP為無定形，強(qiáng)度很低，難以用做塑料；間規(guī)PP的性能介于兩者之間，硬度和剛性小，但沖擊性能好。

   

等規(guī)pp是以Ziegler-Natta催化劑合成的產(chǎn)品，PP聚合時(shí)所用催化劑和聚合工藝不同，所得聚合物有三種不丨類型的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)、含量也不同。在等規(guī)PP(我們現(xiàn)在介紹的即屬于此類）中，甲基原子團(tuán)都處在聚合物骨架的同一側(cè)，這一結(jié)構(gòu)很容易形成結(jié)晶態(tài)，高的結(jié)晶性賦予它良好的耐溶劑性和耐熱性能。我們觀在用的普通PP大部分（約90%左右）為等規(guī)成分，其中還含有非等規(guī)成分；隨著催化劑技術(shù)的飛速發(fā)展，使等規(guī)PP中非等規(guī)異構(gòu)體的含量達(dá)到較小程度，性能越來越好，消除了對(duì)無價(jià)值的無規(guī)組分進(jìn)行分離的必要性，簡化了生產(chǎn)步驟。特別是20世紀(jì)90年代茂金屬催化劑的開發(fā)，使間規(guī)pp的間規(guī)度接近100%。而在NaUa和gler(互相獨(dú)立地）開發(fā)出立體定向催化劑之前，只能生產(chǎn)出軟且粘連的無規(guī)立構(gòu)聚丙烯，不能用于塑料。

PP與PE的不同之處在于，PP每隔一個(gè)碳原子上就有—個(gè)甲基，這起到使分子鏈硬化的作用。

(2)共聚單體     如在PP聚合時(shí)只有丙烯一個(gè)單體，產(chǎn)品稱為均聚PP。如加人其他單體聚合，產(chǎn)品稱為共聚物，常用的共聚單體為乙烯。按共聚單體在分子鏈上的排列位置不同，共聚物可分為無規(guī)共聚物和嵌段共聚物。

無規(guī)共聚物是指在PP分子鏈上無規(guī)律地插人乙烯稱為pp的無規(guī)共聚物，此時(shí)的分子鏈會(huì)變得更不規(guī)則和更柔軟，從而降低聚合物的結(jié)晶度、模量和熔點(diǎn)。典型的無規(guī)共聚物是比較透明的，當(dāng)乙稀含里升高時(shí)，聚合物的結(jié)晶度越來越低，較后變成乙稀Z丙稀橡膠（EPR)。

嵌段共聚物是指在PP的分子鏈上兩種單體一段一段分布。如丙烯單體同橡膠單體共聚的產(chǎn)品即屬于此類，這些產(chǎn)品是由橡膠(有時(shí)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(gè)與均聚物基體分離的相態(tài)，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?yàn)槠渲械南鹉z相可被溶劑所萃取。用EPR與PP共混可得類似的產(chǎn)品，抗沖擊共聚物具有和均聚物相似的熔點(diǎn)。

(3)叔碳原子    PP分子鏈中甲基的存在，使分子鏈上交替出現(xiàn)叔碳原子，而叔碳原子極易發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致pp的耐氧化性和耐輻射性差，難以用于戶外。與聚乙烯相比較，等規(guī)聚丙烯更易受光和熱而氧化降解。在通常的加工和較終使用條件下，聚丙烯要經(jīng)受無規(guī)的斷鏈作用，導(dǎo)致分子量降低。所以，商品級(jí)聚丙烯都需加人光、氧穩(wěn)定劑，以便在加工時(shí)保護(hù)材料，提供令人滿意的較終使用性能。對(duì)于特別的用途，除了加抗氧劑和紫線抑制劑外，還須加其他添加劑。例如，在薄膜配方中加人潤滑劑和防黏劑，以減小摩擦因數(shù)并防止薄膜自身粘連。在乜裝材料中添加抗靜電劑以消除靜電荷；為了提高透明度或縮短模咽周期，還需用成核劑。

(4)分子量及分子量分布      分子量和分子敁分布在PP加工過程中很重要，工業(yè)用PP的數(shù)均分子量為3.8萬~6萬，重均分子

量為22萬~70萬。習(xí)慣上用熔體流動(dòng)指數(shù)來表示分子量的大小，商品級(jí)聚丙烯的熔體流動(dòng)指數(shù)有低至0.25g/10min到高達(dá)800g/10min。分子量分布用重均分子量與數(shù)均分子量的比值來表示，高結(jié)晶度PP的這個(gè)比值可以高達(dá)11，而用作熔吹織物的PP則可低至2.2;這個(gè)比值在PP纖維紡絲過程中極為重要，會(huì)影響到擠壓、擠出物脹大、模塑內(nèi)應(yīng)力和定向過程。

(5)結(jié)晶      PP分子中因有甲基的存在而結(jié)晶能力低，隨著等規(guī)度的提高，其結(jié)晶能力也越來越大，即對(duì)結(jié)晶能力而言，PE>等規(guī)PP>間規(guī)PP>無規(guī)PP。

2.PP的性能

(1)一般性能PP樹脂為白色蠟狀固體，外觀似pE，但比PE更透明、更輕，為僅次于TPX的較輕塑料品種。pp易燃，離火繼續(xù)燃燒，火焰上端黃、下端藍(lán)，有少量黑煙，熔融落滴，有石油氣味。PP的吸水性低，氣體透過率低。pp的成纖性較好，可用于丙綸的生產(chǎn)。

由于PP表面惰性極大，如果不采用火焰處理或類似處理技術(shù)，很難在PP上進(jìn)行印刷、涂漆、電鍍及黏合等表面處埋。

(2)力學(xué)性能PP的力學(xué)性能與分子量和結(jié)晶度有關(guān)，分子量低、結(jié)晶度高、球晶尺寸大時(shí)，制品的剛性大而韌性低。PP具有較好的力學(xué)性能，其拉伸屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度都超過PE，其拉伸強(qiáng)度還超過PS和ABS，而且經(jīng)增強(qiáng)和拉伸處理后還可大幅度提高。PP的力學(xué)性能受溫度的影響比較小，即使溫度為100°C時(shí)，其拉伸強(qiáng)度仍能保持一半。

PP的沖擊強(qiáng)度強(qiáng)烈依賴于溫度的大小，在室溫以上，pp的沖擊性能較好；但在低溫時(shí)，其沖擊性能迅速變差。PP的沖擊強(qiáng)度還與分子量、結(jié)晶度、結(jié)晶尺寸等因素有關(guān)。

PP制品的表面硬度和剛性較髙，并有良好的表而光澤，但不如PS和ABS高。

PP的干摩擦因數(shù)為0.12，與PA接近，但在擁滑狀態(tài)下下降不明顯，只適于低PV值和無沖擊的齒輪和軸承使pp的耐磨性一般，小于HPVC和PMMA，略髙于HDPE。

PP有突出的抗彎曲疲勞性能，用它制成的鉸鏈經(jīng)7000萬次折疊彎曲也不損壞。PP的耐蠕變性較好，比HDPE要好，因此經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)改性處理可用做工程塑料。

(3)熱學(xué)性能     PP的耐熱性能良好，制品可耐100°C熱水煮沸，可在100~120°c 下長期使用，用于熱水輸送管道；PP制品不受外力作用時(shí)，可在150°c使用不變形。但PP的耐低溫性不好，在-20~-5°c(：即脆化，不能用于低溫受沖擊力場合。

(4)電學(xué)性能     PP為非極性類聚合物，電絕緣性優(yōu)良；電性能受濕度、穩(wěn)定溫度和頻率的影響小，耐電弧性好，似不耐電暈。因低溫脆性的影響，PP在絕緣領(lǐng)域應(yīng)用遠(yuǎn)不如PE和PVC廣泛，主要用于電信電纜的絕緣和電器外殼。

(5)環(huán)境性         PP屬烷烴類聚合物，具打很島的耐化學(xué)腐蝕性，其中均聚PP比共聚PP耐環(huán)境性更好。PP可耐除強(qiáng)氧化劑、濃硫酸及濃硝酸等以外的酸、堿、鹽及大多數(shù)有機(jī)溶劑（如醇、酚、醛、酮及大多數(shù)羧酸等）。但低分子量的脂肪烴、鹵烴及芳烴等非極性溶劑可使其溶脹，液體如汽油、二甲苯和氯代烴能使洛脹并變軟。在高溫下可懷于芳烴和鹵代烴中如十氫化萘、四氣化蔡及1,2,4-三氯代苯等。

PP的耐候性不好，叔碳原子上的氫易氧化，對(duì)紫外線很敏感，不改性難以用于戶外，需加入抗氧劑和光穩(wěn)定劑。

PP的耐應(yīng)力開裂較好，好于HDPE和PS，除成川在腐蝕性介質(zhì)中如濃硫酸、濃鉻酸及王水中。

1.PP的加工特性

PP的吸水率低在水中浸泡一天，吸水率低于0.01%，閃此加工前不必干燥處理。

雖然PP在惰性氣體中的熱穩(wěn)定性很好，分解溫度在300°c以上。但在受熱狀態(tài)下，熱氧會(huì)引發(fā)其降解反應(yīng)，因此需要加人抗氣劑，具體如主抗氧劑1010和輔助抗氧劑168。

PP的熔體接近非牛頓流體，黏度對(duì)溫度敏感性小，其取決于剪切速率的大小。

PP的收縮率和方向選擇性都大，這對(duì)制品的精度影響較大，在具體設(shè)計(jì)模具和確定工藝條件時(shí)要注意。PP在加工中易產(chǎn)生取向，并造成不同方向上的性能差異，在成型中要引起注意。PP制品對(duì)缺口較敏感，制品應(yīng)避免出現(xiàn)尖角和缺口，以免引起應(yīng)力集中。

PP熔體與銅接觸會(huì)導(dǎo)致降解，應(yīng)避免與銅接觸或加人抗銅劑。

PP在冷卻凝固速度快時(shí)，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。如對(duì)制品進(jìn)行退火處理后，能消除殘留的內(nèi)應(yīng)力，并改善沖擊強(qiáng)度。

PP如需加人金屬嵌件，必須對(duì)金屬嵌件進(jìn)行熱處理，且嵌件周圍塑料的厚度不應(yīng)小于嵌件直徑。

2.PP的加工方法

PP可用注塑、擠出及吹塑等方法成型加工。

(1)注塑選用通用注塑機(jī)，澆口隨制品質(zhì)量增大而加大，原料選用熔體流動(dòng)速率中等（MI為0.4~15)的樹脂。制品的較小壁厚不得低于0.4mm，當(dāng)壁厚在2.3~3mm范圍內(nèi)時(shí)，極限流動(dòng)

長度與厚度比為250:1。模具的脫模斜度為30'-1°c。

具體成型工藝條件為：料筒溫度后160~180°c、中180~200°C、前200~220°C，噴嘴溫度200~280°c，模具溫度60~80C，注射壓力40~70MPa，注射時(shí)間20~60s,冷卻時(shí)間20~60s。

(2)擠出可生產(chǎn)膜、片、管及絲等制品。

擠出機(jī)的螺桿的加料段長度要比PE長，以克服熱導(dǎo)率低的缺點(diǎn)。

具體成型條件為：加料段180°C、其他250°C、較高達(dá)300°C，冷卻條件對(duì)制品的透明性和沖擊性能影響都很大。

PP擠出制品可進(jìn)行拉伸處理，既可單向拉仲也可雙向拉伸，拉伸倍率可達(dá)3倍以上；拉伸后PP制品的強(qiáng)度、沖缶性、透明性、耐熱性、表面光澤和阻隔性都有明顯的提高。

1.共聚聚丙烯

PP的均聚物為PPH,為單一丙烯單體的聚合物。PP的共聚物簡稱為PPC,它為丙烯單體與乙烯單體的共聚物，按乙烯單體在分子鏈上的分布方式，可分為無規(guī)共聚物（PPR)和嵌段共聚物(PPB)兩種。PPH的剛性好，但耐沖擊性不好，尤其耐低溫沖擊性更不好，耐蠕變性差。PPB的耐沖擊性好，但耐端變性和PPH一樣差。PPR的耐沖擊性和耐蠕變性都好。

PPR與PPH相比，無規(guī)共聚物改進(jìn)了光學(xué)性能（増加了透明度并減少了濁霧），提高了抗沖擊性能，增加了撓性，降低了熔化溫度，從而也降低了熱變形溫度；同時(shí)在化學(xué)穩(wěn)定性、水蒸氣隔離性能和器官感覺性能（低氣味和味道）方面與均聚物基本相同。

PP無規(guī)共聚物一般含有1%~7%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的乙烯分子及99%~93%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的丙烯分子。在聚合物鏈上，乙烯分子無規(guī)則地插在丙烯分子中間。在這種無規(guī)的或統(tǒng)計(jì)學(xué)共聚物中，大多數(shù)（通常75%)的乙烯是以單分子插人的方式結(jié)合進(jìn)去的，叫做X3基團(tuán)，這還可看成是一個(gè)乙烯分子插在兩個(gè)丙烯分子中間。另有25%的乙烯是以多分子插人的方式結(jié)合進(jìn)主鏈的，又叫X5基團(tuán)，因?yàn)橛?個(gè)連續(xù)的亞甲基團(tuán)（兩個(gè)乙烯分子一起插在兩個(gè)丙烯分子中間）。很難把X5和更高的基團(tuán)如X7、X9等加以區(qū)分。鑒于此，把X5和更高基團(tuán)的乙烯含量一起統(tǒng)計(jì)為>X3%。無規(guī)度比值X3/X5可以測(cè)定。當(dāng)X3以上基團(tuán)的百分比很大時(shí)，將顯著降低共聚物的結(jié)晶度，這對(duì)無規(guī)共聚物的較終性能影響很大。共聚物中極髙含量的乙烯對(duì)聚合物結(jié)晶度的影響，類似于高無規(guī)聚丙烯含量時(shí)的作用。

無規(guī)PP共聚物不同于均聚物，因?yàn)闊o規(guī)地插入聚合物主鏈中的乙烯分子阻礙了聚合物分子的結(jié)晶型排列。共聚物結(jié)品度的降低引起物理性質(zhì)的改變：無規(guī)共聚物與PP均聚物相比剛度降低，抗沖擊性能提高，透明度更好。乙烯共聚物還有較低的熔化溫度，這成了它們?cè)谀承┓矫鎽?yīng)用時(shí)的優(yōu)點(diǎn)。

無規(guī)共聚物含有較多的揮發(fā)物和無規(guī)PP，以及乙烯含敏高得多的聚合物鏈。這種較高的揮發(fā)物含量，視不同的聚合過程，不同程度地存在于所有的商品共聚物材料中，并在滿足美國聯(lián)邦食品管理局（FDA)關(guān)于食品接觸的規(guī)定上造成困難。

(1)一般性能PPR的乙烯含量為1%?7%，與普通PP相比，其結(jié)晶度和熔點(diǎn)低、柔軟透明。

(2)力學(xué)性能PPR的沖擊性能好，在溫度低于時(shí)仍具有良好的沖擊強(qiáng)度，一20°C時(shí)才達(dá)到應(yīng)用極限，但其硬度、剛性、耐蠕變性等要比普通PP低10%~15%。

(3)耐化學(xué)性能無規(guī)PP共聚物對(duì)酸、堿、醇、低沸點(diǎn)碳?xì)浠衔锶軇┘霸S多有機(jī)化學(xué)品的作用有很強(qiáng)的抵抗力。室溫下，PP共聚物基本不溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑。而且，當(dāng)暴露在肥皂皂堿液、水性試劑和醇類中時(shí)，它們不像其他許多聚合物那樣會(huì)發(fā)生環(huán)境應(yīng)力斷裂損壞。當(dāng)與某些化學(xué)品接觸時(shí)，特別是液體烴、氯代有機(jī)物和強(qiáng)氧化劑，能引起表面裂紋或溶脹。非極性化合物一般比極性化合物更容易為聚丙烯所吸收。

(4)電性能一般地，PPR有很好的電性能，包括髙介電強(qiáng)度、低介電常數(shù)和低介電損耗角正切值；但其電性能不如pp,因此在電力應(yīng)用中一般選擇均聚物。

PPB的乙烯含量為5%?20%,它既有較好的剛性，又有好的低溫韌性。主要用于大型容器、周轉(zhuǎn)箱、中空吹塑容器、機(jī)械零件、電線電纜包覆制品等。

2：增強(qiáng)聚丙烯

增強(qiáng)PP常用玻璃纖維為增強(qiáng)材料，增強(qiáng)不僅保留了PP原有的優(yōu)良性能，還使其拉伸強(qiáng)度、耐熱性、剛性、硬度、耐蠕變性、線膨脹系數(shù)及成型收縮率等性能明顯改善，如可使拉伸強(qiáng)度提高一倍，熱變形溫度提高50%，線膨脹系數(shù)降低一倍，增強(qiáng)pp的具體性能

3.填充聚丙烯

常用的填充材料為碳酸鈣、滑石粉、云母及木粉等，填充前需進(jìn)行偶聯(lián)劑活化處理，以提高其相容性。

填充PP在相對(duì)密度、剛性、硬度、熱變形溫度、耐蠕變性，成型收縮率及線膨脹系數(shù)等方面都有改善，

但拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長率等性能有所下降。