聚丙烯PP的基本結(jié)構(gòu)、成型功能特點(diǎn)、制備方法

1.基本結(jié)構(gòu)及特性聚丙烯（PP）是無味、無毒的乳白色粒狀產(chǎn)品或粉狀產(chǎn)品，相對密度0.90～0.91。熔點(diǎn)164～167℃。具有優(yōu)良的機(jī)械性能、耐熱性能、電絕緣性能，化學(xué)穩(wěn)定性也好，與多數(shù)化學(xué)藥品不發(fā)生作用。但耐光性差，易老化，低溫下沖擊強(qiáng)度較差，染色性差，需采用添加助劑、共混、共聚等方法加以改進(jìn)。不溶于水，也不吸水，可在水中煮沸，在130℃下消毒，易加工成型。若甲基無秩序的排列在分子主鏈的兩側(cè)稱無規(guī)聚丙烯；當(dāng)甲基交替排列在分子主鏈的兩側(cè)稱間規(guī)聚丙烯。一般生產(chǎn)的聚丙烯樹脂中，等規(guī)結(jié)構(gòu)的含量為95%，其余為無規(guī)或間規(guī)聚丙烯。工業(yè)產(chǎn)品以等規(guī)物為主要成分。聚丙烯也包括丙烯與少量乙烯的共聚物在內(nèi)。通常為半透明無色固體，無臭無毒。由于結(jié)構(gòu)規(guī)整而高度結(jié)晶化,故熔點(diǎn)高達(dá)167℃，耐熱,制品可用蒸汽消毒是其突出優(yōu)點(diǎn)。密度0.90g/cm3,是最輕的通用塑料。耐腐蝕，抗張強(qiáng)度30MPa，強(qiáng)度、剛性和透明性都比聚乙烯好。缺點(diǎn)是耐低溫沖擊性差，較易老化，但可分別通過改性和添加抗氧劑予以克服。

2成型特性（1）．結(jié)晶料，濕性小，易發(fā)生融體破裂，長期與熱金屬接觸易分解。

（2）．流動(dòng)性好，但收縮范圍及收縮值大，易發(fā)生縮孔。凹痕，變形。

（3）．冷卻速度快，澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應(yīng)緩慢散熱，并注意控制成型溫度，料溫低溫高壓時(shí)容易取向，模具溫度低于50度時(shí)，塑件不光滑，易產(chǎn)生熔接不良，流痕，90度以上易發(fā)生翹曲變形。故溫度應(yīng)該控制在80度。

（4）．塑料壁厚須均勻，避免缺膠，尖角，以防應(yīng)力集中。3

功能特點(diǎn)PP是一種半結(jié)晶性材料，它比PE要更堅(jiān)硬并且有更高的熔點(diǎn)。由于均聚物型的PP溫度高于0℃以上時(shí)非常脆，許多商業(yè)的PP材料是加入1~4%乙烯的無規(guī)共聚物或更高比率乙烯含量的嵌段共聚物。共聚物型的PP材料有較低的熱變形溫度（100℃）、低透明度、低光澤度、低剛性，但是有更強(qiáng)的抗沖擊強(qiáng)度，PP的沖擊強(qiáng)度隨著乙烯含量的增加而增大。PP的維卡軟化溫度為150℃。由于結(jié)晶度較高，這種材料的表面剛度和抗劃痕特性很好。PP不存在環(huán)境應(yīng)力開裂問題。通常，采用加入玻璃纖維、金屬添加劑或熱塑橡膠的方法對PP進(jìn)行改性。PP的流動(dòng)率MFR范圍在1~40。低MFR的PP材料抗沖擊特性較好但延展強(qiáng)度較低。對于相同MFR的材料，共聚物型的強(qiáng)度比均聚物型的要高。由于結(jié)晶，PP的收縮率相當(dāng)高，一般為1.8~2.5%。并且收縮率的方向均勻性比PE-HD等材料要好得多。加入30%的玻璃添加劑可以使收縮率降到0.7%。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有優(yōu)良的抗吸濕性、抗酸堿腐蝕性、抗溶解性。然而，它對芳香烴（如苯）溶劑、氯化烴（四氯化碳）溶劑等沒有抵抗力。PP也不象PE那樣在高溫下仍具有抗氧化性。4改性聚丙烯（1）氯化聚丙烯氯化聚丙烯(chorinatedPolypropylene)的氯含量最高達(dá)65%。氯化聚丙烯具有耐磨、耐酸和耐水等性能。常用作保護(hù)性涂料、油墨的填料，也可作膠粘劑、紙張涂層和薄膜。

（2）增強(qiáng)聚丙烯增強(qiáng)聚丙烯(reinforcedpolypropylene)是聚丙烯與玻璃纖維或有機(jī)纖維、石棉、或無機(jī)填料(滑石粉、碳酸鈣)的混合物。

一般工業(yè)用的玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯中含10～15%的纖維。由于含有玻璃纖維而具有良好的耐熱性和尺寸穩(wěn)定性。

增強(qiáng)聚丙烯主要用于制造各種機(jī)械零件，特別是汽車零件，以及耐腐蝕性的管道、管件、閥門等。

（3）接枝聚丙烯聚丙烯與乙烯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等進(jìn)行接枝共聚，目的是為了提高聚丙烯的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度以及與其它材料的粘合強(qiáng)度。

接枝聚丙烯(graftpolypropylene)可用作烯烴膠粘劑、涂料以及防水涂層，也可作管、板材料。5.生產(chǎn)方法5.1淤漿法工藝淤漿法工藝（Slurry

Process）又稱漿液法或溶劑法工藝，是世界上最早用于生產(chǎn)聚丙烯的工藝技術(shù)。從1957年第一套工業(yè)化裝置一直到20世紀(jì)80年代中后期，淤漿法工藝在長達(dá)30年的時(shí)間里一直是最主要的聚丙烯生產(chǎn)工藝。典型工藝主要包括意大利的Montedison

工藝、美國Hercules工藝、日本三井東壓化學(xué)工藝、美國Amoco工藝、日本三井油化工藝以及索維爾工藝等。這些工藝的開發(fā)都基于當(dāng)時(shí)的第一代催化劑，采用立式攪拌釜反應(yīng)器，需要脫灰和脫無規(guī)物，因采用的溶劑不同，工藝流程和操作條件有所不同。近年來，傳統(tǒng)的淤漿法工藝在生產(chǎn)中的比例明顯減少，保留的淤漿產(chǎn)品主要用于一些高價(jià)值領(lǐng)域，如特種BOPP薄膜、高相對分子質(zhì)量吹塑膜以及高強(qiáng)度管材等。近年來，人們對該方法進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的淤漿法生產(chǎn)工藝使用高活性的第二代催化劑，可刪除催化劑脫灰步驟，能減少無規(guī)聚合物的產(chǎn)生，可用于生產(chǎn)均聚物、無規(guī)共聚物和抗沖共聚物產(chǎn)品等。目前世界淤漿法PP的生產(chǎn)能力約占全球PP總生產(chǎn)能力的13%。5.2

本體法工藝本體法工藝的研究開發(fā)始于20世紀(jì)60年代，1964年美國Dart公司采用釜式反應(yīng)器建成了世界上第一套工業(yè)化本體法聚丙烯生產(chǎn)裝置。1970年以后，日本住友、Phillips、美國公司都實(shí)現(xiàn)了液相本體聚丙烯工藝的工業(yè)化生產(chǎn)。與采用溶劑的漿液法相比，采用液相丙烯本體法進(jìn)行聚合具有不使用惰性溶劑，反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)單體濃度高，聚合速率快，催化劑活性高，聚合反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)器的時(shí)-空生產(chǎn)能力更大，能耗低，工藝流程簡單，設(shè)備少，生產(chǎn)成本低，"三廢"量少；容易除去聚合熱，并使撤熱控制簡單化，可以提高單位反應(yīng)器的聚合量；能除去對產(chǎn)品性質(zhì)有不良影響的低分子量無規(guī)聚合物和催化劑殘?jiān)梢缘玫礁哔|(zhì)量的產(chǎn)品等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是反應(yīng)氣體需要?dú)饣?、冷凝后才能循環(huán)回反應(yīng)器。反應(yīng)器內(nèi)的高壓液態(tài)烴類物料容量大，有潛在的危險(xiǎn)性。此外，反應(yīng)器中乙烯的濃度不能太高，否則在反應(yīng)器中形成一個(gè)單獨(dú)的氣相，使得反應(yīng)器難以操作，因而所得共聚產(chǎn)品中的乙烯含量不會(huì)太高。

本體法不同工藝路線的區(qū)別主要是反應(yīng)器的不同。反應(yīng)器可分為釜式反應(yīng)器和環(huán)管反應(yīng)器兩大類。釜式反應(yīng)器是利用液體蒸發(fā)的潛熱來除去反應(yīng)熱，蒸發(fā)的大部分氣體經(jīng)循環(huán)冷凝后返回到反應(yīng)器，未冷凝的氣體經(jīng)壓縮機(jī)升壓后循環(huán)回反應(yīng)器。而環(huán)管反應(yīng)器則是利用軸流泵使?jié){液高速循環(huán)，通過夾套冷卻撤熱，由于傳熱面積大，撤熱效果好，因此其單位反應(yīng)器體積產(chǎn)率高，能耗低。

本體法生產(chǎn)工藝按聚合工藝流程，可以分為間歇式聚合工藝和連續(xù)式聚合工藝兩種。（1）間歇本體法工藝。間歇本體法聚丙烯聚合技術(shù)是我國自行研制開發(fā)成功的生產(chǎn)技術(shù)。它具有生產(chǎn)工藝技術(shù)可靠，對原料丙烯質(zhì)量要求不是很高，所需催化劑國內(nèi)有保證，流程簡單，投資省、收效快，操作簡單，產(chǎn)品牌號轉(zhuǎn)換靈活、三廢少，適合中國國情等優(yōu)點(diǎn)，不足之處是生產(chǎn)規(guī)模小，難以產(chǎn)生規(guī)模效益；裝置手工操作較多，間歇生產(chǎn)，自動(dòng)化控制水平低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；原料的消耗定額較高；產(chǎn)品的品種牌號少，檔次不高，用途較窄。目前，我國采用該法生產(chǎn)的聚丙烯生產(chǎn)能力約占全國總生產(chǎn)能力的24.0%；（2）連續(xù)本體法工藝。該工藝主要包括美國Rexall工藝、美國Phillips工藝以及日本Sumitimo工藝。（a）Rexall工藝。Rexall本體聚合工藝是介于溶劑法和本體法工藝之間的生產(chǎn)工藝，由美國公司開發(fā)成功，該工藝采用立式攪拌反應(yīng)器，用丙烷含量為10%-30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的液態(tài)丙烯進(jìn)行聚合。在聚合物脫灰時(shí)采用己烷和異丙醇的恒沸混合物為溶劑，簡化了精餾的步驟，將殘余的催化劑和無規(guī)聚丙烯一同溶解于溶劑中，從溶劑精餾塔的底部排出。以后，該公司與美國公司組成的聯(lián)合熱塑性塑料公司，開發(fā)了被稱為"液池工藝"的新生產(chǎn)工藝，采用公司的HY-HS高效催化劑，取消了脫灰步驟，進(jìn)一步簡化了工藝流程。該工藝的特點(diǎn)是以高純度的液相丙烯為原料，采用HY-HS高效催化劑，無脫灰和脫無規(guī)物工序。采用連續(xù)攪拌反應(yīng)器，聚合熱用反應(yīng)器夾套和頂部冷凝器撤出，漿液經(jīng)閃蒸分離后，單體循環(huán)回反應(yīng)；（b）Phillips工藝。該工藝由美國石油公司于20世紀(jì)60年代開發(fā)成功。其工藝特點(diǎn)是采用獨(dú)特的環(huán)管式反應(yīng)器，這種結(jié)構(gòu)簡單的環(huán)管反應(yīng)器具有單位體積傳熱面積大，總傳熱系數(shù)高，單程轉(zhuǎn)化率高、流速快、混合好、不會(huì)在聚合區(qū)形成塑化塊、產(chǎn)品切換牌號的時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。該工藝可以生產(chǎn)寬范圍熔體流動(dòng)速率的聚聚物和無規(guī)聚合物；（c）Sumitimo工藝。該工藝由日本化學(xué)公司于1974年開發(fā)成功。此工藝基本上與Rexene本體法相似，但Sumitimo本體法工藝包括除去無規(guī)物及催化