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聚丙烯PP塑料的简介，聚丙烯塑料的结构性能，聚丙烯塑料的改性品种，聚丙烯塑料的应用范围
一聚丙烯塑料的简介
聚丙烯是由丙烯单体经自由基聚合而成的聚合物，英文名称为polypropylene，简称PP，因疲劳强度极好而俗称冇折胶。按结构不同，PP可分为等规、间规（又称茂金属PP)及无规三类。目前应用的主要为等规PP，其用量可占PP的90%以上。无规PP为微带黏性的白色蜡状物，分子量很低，不能用于塑料，常用于填充母料的载体。间规PP为低结晶聚介物，用茂金属催化剂生产，较早开发于1988年，属于高弹性热塑材料；间规PP具有透明、韧性和柔性，但刚性和硬度只为等规PP的一半；间规PP可像乙丙橡胶那样硫化，产品具有弹性体的力学性能，甚至超过普通橡胶；因价格高，目前间规PP的应用面不广，似很有发展前途，为PP树脂中较具有增长点的品种。
PP的优点为电绝缘性和耐化学腐蚀性优良，力学件能和耐热性在通用热塑性塑料中较高、耐疲劳性好；经过玻璃纤维增强的PP，具有很高的力学性能，接近工程塑料，因而常用作工程塑料。PP的缺点为低温脆性大和耐老化性不好。
pp较早于1957年由意大利Montecatinl公司实现工业化生产，目前美国的Amoco、Exxon、Phillips及Shell,日本的二菱、二井、住友，德国的BASF及英国的等知名公田都有大批量生产。
在我国PP生产厂家有80余家’PP的产W继PE、PVC之后排在第三位，到2005年，PP的年牛产能力达545万吨，实际产量可达540万吨/年，实际需求量为850万吨/年。
1.PP的结构
(1)甲基的位置PP为线型结构，其大分子链上甲基的空叫位置有三种不同的排列方式，即等规（甲基都排列在一侧）排列、间规（甲基交替排列在两侧）排列和无规（甲基无规律排列）排列。甲基的排列方式不同，PP的性能大不相同；等规的结构规整性好，具有高度的结晶性，熔点高，硬度和刚忭大，力学忡能好；无规PP为无定形，强度很低，难以用做塑料；间规PP的性能介于两者之间，硬度和刚性小，但冲击性能好。
等规pp是以Ziegler-Natta催化剂合成的产品，PP聚合时所用催化剂和聚合工艺不同，所得聚合物有三种不丨类型的立体化学结构、含量也不同。在等规PP(我们现在介绍的即属于此类）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，高的结晶性赋予它良好的耐溶剂性和耐热性能。我们观在用的普通PP大部分（约90%左右）为等规成分，其中还含有非等规成分；随着催化剂技术的飞速发展，使等规PP中非等规异构体的含量达到较小程度，性能越来越好，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。特别是20世纪90年代茂金属催化剂的开发，使间规pp的间规度接近100%。而在NaUa和gler(互相独立地）开发出立体定向催化剂之前，只能生产出软且粘连的无规立构聚丙烯，不能用于塑料。
PP与PE的不同之处在于，PP每隔一个碳原子上就有—个甲基，这起到使分子链硬化的作用。
(2)共聚单体 如在PP聚合时只有丙烯一个单体，产品称为均聚PP。如加人其他单体聚合，产品称为共聚物，常用的共聚单体为乙烯。按共聚单体在分子链上的排列位置不同，共聚物可分为无规共聚物和嵌段共聚物。
无规共聚物是指在PP分子链上无规律地插人乙烯称为pp的无规共聚物，此时的分子链会变得更不规则和更柔软，从而降低聚合物的结晶度、模量和熔点。典型的无规共聚物是比较透明的，当乙稀含里升高时，聚合物的结晶度越来越低，较后变成乙稀Z丙稀橡胶（EPR)。
嵌段共聚物是指在PP的分子链上两种单体一段一段分布。如丙烯单体同橡胶单体共聚的产品即属于此类，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萃取。用EPR与PP共混可得类似的产品，抗冲击共聚物具有和均聚物相似的熔点。
(3)叔碳原子 PP分子链中甲基的存在，使分子链上交替出现叔碳原子，而叔碳原子极易发生氧化反应，导致pp的耐氧化性和耐辐射性差，难以用于户外。与聚乙烯相比较，等规聚丙烯更易受光和热而氧化降解。在通常的加工和较终使用条件下，聚丙烯要经受无规的断链作用，导致分子量降低。所以，商品级聚丙烯都需加人光、氧稳定剂，以便在加工时保护材料，提供令人满意的较终使用性能。对于特别的用途，除了加抗氧剂和紫线抑制剂外，还须加其他添加剂。例如，在薄膜配方中加人润滑剂和防黏剂，以减小摩擦因数并防止薄膜自身粘连。在乜装材料中添加抗静电剂以消除静电荷；为了提高透明度或缩短模咽周期，还需用成核剂。
(4)分子量及分子量分布 分子量和分子敁分布在PP加工过程中很重要，工业用PP的数均分子量为3.8万~6万，重均分子
量为22万~70万。习惯上用熔体流动指数来表示分子量的大小，商品级聚丙烯的熔体流动指数有低至0.25g/10min到高达800g/10min。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2.2;这个比值在PP纤维纺丝过程中极为重要，会影响到挤压、挤出物胀大、模塑内应力和定向过程。
(5)结晶 PP分子中因有甲基的存在而结晶能力低，随着等规度的提高，其结晶能力也越来越大，即对结晶能力而言，PE>等规PP>间规PP>无规PP。
2.PP的性能
(1)一般性能PP树脂为白色蜡状固体，外观似pE，但比PE更透明、更轻，为仅次于TPX的较轻塑料品种。pp易燃，离火继续燃烧，火焰上端黄、下端蓝，有少量黑烟，熔融落滴，有石油气味。PP的吸水性低，气体透过率低。pp的成纤性较好，可用于丙纶的生产。
由于PP表面惰性极大，如果不采用火焰处理或类似处理技术，很难在PP上进行印刷、涂漆、电镀及黏合等表面处埋。
(2)力学性能PP的力学性能与分子量和结晶度有关，分子量低、结晶度高、球晶尺寸大时，制品的刚性大而韧性低。PP具有较好的力学性能，其拉伸屈服强度和拉伸强度都超过PE，其拉伸强度还超过PS和ABS，而且经增强和拉伸处理后还可大幅度提高。PP的力学性能受温度的影响比较小，即使温度为100°C时，其拉伸强度仍能保持一半。
PP的冲击强度强烈依赖于温度的大小，在室温以上，pp的冲击性能较好；但在低温时，其冲击性能迅速变差。PP的冲击强度还与分子量、结晶度、结晶尺寸等因素有关。
PP制品的表面硬度和刚性较髙，并有良好的表而光泽，但不如PS和ABS高。
PP的干摩擦因数为0.12，与PA接近，但在拥滑状态下下降不明显，只适于低PV值和无冲击的齿轮和轴承使pp的耐磨性一般，小于HPVC和PMMA，略髙于HDPE。
PP有突出的抗弯曲疲劳性能，用它制成的铰链经7000万次折叠弯曲也不损坏。PP的耐蠕变性较好，比HDPE要好，因此经过适当的增强改性处理可用做工程塑料。
(3)热学性能 PP的耐热性能良好，制品可耐100°C热水煮沸，可在100~120°c 下长期使用，用于热水输送管道；PP制品不受外力作用时，可在150°c使用不变形。但PP的耐低温性不好，在-20~-5°c(：即脆化，不能用于低温受冲击力场合。
(4)电学性能 PP为非极性类聚合物，电绝缘性优良；电性能受湿度、稳定温度和频率的影响小，耐电弧性好，似不耐电晕。因低温脆性的影响，PP在绝缘领域应用远不如PE和PVC广泛，主要用于电信电缆的绝缘和电器外壳。
(5)环境性 PP属烷烃类聚合物，具打很岛的耐化学腐蚀性，其中均聚PP比共聚PP耐环境性更好。PP可耐除强氧化剂、浓硫酸及浓硝酸等以外的酸、碱、盐及大多数有机溶剂（如醇、酚、醛、酮及大多数羧酸等）。但低分子量的脂肪烃、卤烃及芳烃等非极性溶剂可使其溶胀，液体如汽油、二甲苯和氯代烃能使洛胀并变软。在高温下可懷于芳烃和卤代烃中如十氢化萘、四氣化蔡及1,2,4-三氯代苯等。
PP的耐候性不好，叔碳原子上的氢易氧化，对紫外线很敏感，不改性难以用于户外，需加入抗氧剂和光稳定剂。
PP的耐应力开裂较好，好于HDPE和PS，除成川在腐蚀性介质中如浓硫酸、浓铬酸及王水中。
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%，闪此加工前不必干燥处理。
虽然PP在惰性气体中的热稳定性很好，分解温度在300°c以上。但在受热状态下，热氧会引发其降解反应，因此需要加人抗氣剂，具体如主抗氧剂1010和辅助抗氧剂168。
PP的熔体接近非牛顿流体，黏度对温度敏感性小，其取决于剪切速率的大小。
PP的收缩率和方向选择性都大，这对制品的精度影响较大，在具体设计模具和确定工艺条件时要注意。PP在加工中易产生取向，并造成不同方向上的性能差异，在成型中要引起注意。PP制品对缺口较敏感，制品应避免出现尖角和缺口，以免引起应力集中。
PP熔体与铜接触会导致降解，应避免与铜接触或加人抗铜剂。
PP在冷却凝固速度快时，易产生内应力。如对制品进行退火处理后，能消除残留的内应力，并改善冲击强度。
PP如需加人金属嵌件，必须对金属嵌件进行热处理，且嵌件周围塑料的厚度不应小于嵌件直径。
2.PP的加工方法
PP可用注塑、挤出及吹塑等方法成型加工。
(1)注塑选用通用注塑机，浇口随制品质量增大而加大，原料选用熔体流动速率中等（MI为0.4~15)的树脂。制品的较小壁厚不得低于0.4mm，当壁厚在2.3~3mm范围内时，极限流动
长度与厚度比为250:1。模具的脱模斜度为30'-1°c。
具体成型工艺条件为：料筒温度后160~180°c、中180~200°C、前200~220°C，喷嘴温度200~280°c，模具温度60~80C，注射压力40~70MPa，注射时间20~60s,冷却时间20~60s。
(2)挤出可生产膜、片、管及丝等制品。
挤出机的螺杆的加料段长度要比PE长，以克服热导率低的缺点。
具体成型条件为：加料段180°C、其他250°C、较高达300°C，冷却条件对制品的透明性和冲击性能影响都很大。
PP挤出制品可进行拉伸处理，既可单向拉仲也可双向拉伸，拉伸倍率可达3倍以上；拉伸后PP制品的强度、冲缶性、透明性、耐热性、表面光泽和阻隔性都有明显的提高。
四、聚丙烯塑料的改性品种
1.共聚聚丙烯
PP的均聚物为PPH,为单一丙烯单体的聚合物。PP的共聚物简称为PPC,它为丙烯单体与乙烯单体的共聚物，按乙烯单体在分子链上的分布方式，可分为无规共聚物（PPR)和嵌段共聚物(PPB)两种。PPH的刚性好，但耐冲击性不好，尤其耐低温冲击性更不好，耐蠕变性差。PPB的耐冲击性好，但耐端变性和PPH一样差。PPR的耐冲击性和耐蠕变性都好。
PPR与PPH相比，无规共聚物改进了光学性能（増加了透明度并减少了浊雾），提高了抗冲击性能，增加了挠性，降低了熔化温度，从而也降低了热变形温度；同时在化学稳定性、水蒸气隔离性能和器官感觉性能（低气味和味道）方面与均聚物基本相同。
PP无规共聚物一般含有1%~7%(质量分数）的乙烯分子及99%~93%(质量分数）的丙烯分子。在聚合物链上，乙烯分子无规则地插在丙烯分子中间。在这种无规的或统计学共聚物中，大多数（通常75%)的乙烯是以单分子插人的方式结合进去的，叫做X3基团，这还可看成是一个乙烯分子插在两个丙烯分子中间。另有25%的乙烯是以多分子插人的方式结合进主链的，又叫X5基团，因为有5个连续的亚甲基团（两个乙烯分子一起插在两个丙烯分子中间）。很难把X5和更高的基团如X7、X9等加以区分。鉴于此，把X5和更高基团的乙烯含量一起统计为>X3%。无规度比值X3/X5可以测定。当X3以上基团的百分比很大时，将显著降低共聚物的结晶度，这对无规共聚物的较终性能影响很大。共聚物中极髙含量的乙烯对聚合物结晶度的影响，类似于高无规聚丙烯含量时的作用。
无规PP共聚物不同于均聚物，因为无规地插入聚合物主链中的乙烯分子阻碍了聚合物分子的结晶型排列。共聚物结品度的降低引起物理性质的改变：无规共聚物与PP均聚物相比刚度降低，抗冲击性能提高，透明度更好。乙烯共聚物还有较低的熔化温度，这成了它们在某些方面应用时的优点。
无规共聚物含有较多的挥发物和无规PP，以及乙烯含敏高得多的聚合物链。这种较高的挥发物含量，视不同的聚合过程，不同程度地存在于所有的商品共聚物材料中，并在满足美国联邦食品管理局（FDA)关于食品接触的规定上造成困难。
(1)一般性能PPR的乙烯含量为1%?7%，与普通PP相比，其结晶度和熔点低、柔软透明。
(2)力学性能PPR的冲击性能好，在温度低于时仍具有良好的冲击强度，一20°C时才达到应用极限，但其硬度、刚性、耐蠕变性等要比普通PP低10%~15%。
(3)耐化学性能无规PP共聚物对酸、碱、醇、低沸点碳氢化合物溶剂及许多有机化学品的作用有很强的抵抗力。室温下，PP共聚物基本不溶于大多数有机溶剂。而且，当暴露在肥皂皂碱液、水性试剂和醇类中时，它们不像其他许多聚合物那样会发生环境应力断裂损坏。当与某些化学品接触时，特别是液体烃、氯代有机物和强氧化剂，能引起表面裂纹或溶胀。非极性化合物一般比极性化合物更容易为聚丙烯所吸收。
(4)电性能一般地，PPR有很好的电性能，包括髙介电强度、低介电常数和低介电损耗角正切值；但其电性能不如pp,因此在电力应用中一般选择均聚物。
PPB的乙烯含量为5%?20%,它既有较好的刚性，又有好的低温韧性。主要用于大型容器、周转箱、中空吹塑容器、机械零件、电线电缆包覆制品等。
2：增强聚丙烯
增强PP常用玻璃纤维为增强材料，增强不仅保留了PP原有的优良性能，还使其拉伸强度、耐热性、刚性、硬度、耐蠕变性、线膨胀系数及成型收缩率等性能明显改善，如可使拉伸强度提高一倍，热变形温度提高50%，线膨胀系数降低一倍，增强pp的具体性能
3.填充聚丙烯
常用的填充材料为碳酸钙、滑石粉、云母及木粉等，填充前需进行偶联剂活化处理，以提高其相容性。
填充PP在相对密度、刚性、硬度、热变形温度、耐蠕变性，成型收缩率及线膨胀系数等方面都有改善，
但拉伸强度及断裂伸长率等性能有所下降。
4 透明聚丙烯
透明聚丙烯是PP的一个重要改性品种，开发于近几年。其制造原理为在普通PP树脂中加入山梨醇类成核剂，从而使其具有较高的透明性。与普通PP相比，透明PP的透明度(80%以上）、雾度低（10%以下）、耐热性提高、表面光泽度、耐低温冲击性好（-20°C),但拉伸强度有所降低。
近年来透明PP的市场应用越来越广泛，可代替PET、PVC、PS等树脂，用于医疗器械、透明包装家庭用品等方面。2005年全球的需求量已达到250万吨的消费水平，我国2005年已达到30万吨的消费水平，国内生产量较少，以进口为主。
五、聚丙烯塑料的应用范围
1.注塑制品
PP树脂用在注塑制品中可占一半左右，日用品以普通PP为原料，汽车配件以增强或增靭PP为原料，其他用途以尚冲击强度和低脆化温度的PPC原料为主。PP的具体注塑制品如下。
汽车 pp越来越成为汽车配件的主导材料，成为第一大汽车用塑料品种。如保险杠和轮壳罩等用增韧pp，而增强pp用于仪表盘、方向盘、手柄及蓄电池壳等。
日用品 普通pp用于衣架、椅子、桶类、盆类、凳子、书架、浴盆、玩具、文具、办公用品、家具、周转箱及货箱等。
电器 改性pp用于洗衣机桶、电视机壳、电扇叶、电冰箱内衬及电话壳等。
2.薄膜制品
PP膜可占PP用量的10%左右，其特点为透明性和表面光泽接近玻璃纸，但柔软性不好，手揉有强声；强度高，可用于重包装材料；透氧率仅为HDPE膜的30%，适用于防潮包装材料如高级衣物、药品及香烟等包装。
PP膜的耐热性能好，可进行煮沸消毒，用于冷冻和保鲜食品的包装。
PP膜的电绝缘性能好，经过热定型处理的定向薄膜可用于电容器、电机和变压器的绝缘材料，比PET膜还要好。
PP双向拉伸膜的强度、透明性及光泽等都好，可用于打字机带、黏胶带基膜及香烟包装膜等。
3.纤维制品
PP纤维制品主要包括单丝、扁丝和纤维三类。
PP单丝的密度小、韧性好、耐磨性好，适用于生产绳索和渔网。
PP扁丝拉伸强度高，适用于生产编织袋以代替麻袋；pp编织袋具有防潮、高强度等特点，可用于包装化肥、水泥、粮食、食糖、矿物粉及化工原料等。PP扁丝还可生产编织布，用于宣传品、帐篷及防雨布等。
PP纤维广泛用于地毯、毛毯、衣料、蚊帐、人造草坪、人造毛、尿布、滤布、无纺布及窗帘等。
4.挤出制品
管及管件 管及管件为新型应用领域，主要以PPC为原料；管材可用于上水、排水、供暖及化工腐蚀性介质等，管材与管件用热熔法连接。
片 PP片材以PP/PE共混物为原料，主要用于文具及吸塑制品，具体有水杯、冰淇淋盒、药托、影集、名牌夹、文件夹、工艺
品等。
此外，PP还可用做棒、板等制品，板材可用于生产汽车挡泥板、汽车座椅、马达和泵的壳体、液体储槽等。
5.中空制品
PP中空制品的透明性和力学性能好，但单层瓶主要用做洗涤剂、化妆品和药品的包装，与阻隔材料复合的复合瓶用于食品（如酱油）、液体燃料和化学试剂的包装。
