聚丙烯


聚丙烯結構式

聚丙烯,英文名稱:Polypropylene,日文名稱:ポリプロピレン分子式:C3H6nCAS 登錄號:9003-07-0簡稱:PP由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂。按甲基排列位置分為等規聚丙烯(isotaeticPolyProlene)、無規聚丙烯(atacticPolyPropylene)和間規聚丙烯(syndiotaticPolyPropylene)三種。

聚丙烯分子量

  嵌段共聚AP3熔指在11左右,類似文獻中提及的分子量分布約為5.13,Mw 在300000左右。
  新加坡產的,屬嵌段共聚聚丙烯, 呈雙峰分布, MI 10.9左右。
  結構式 甲基排列在分子主鏈的同一側稱等規聚丙烯;聚丙烯樹脂若甲基無秩序的排列在分子主鏈的兩側稱無規聚丙烯;當甲基交替排列在分子主鏈的兩側稱間規聚丙烯。一般生產的聚丙烯樹脂中,等規結構的含量為95%,其余為無規或間規聚丙烯。工業產品以等規物為主要成分。聚丙烯也包括丙烯與少量乙烯的共聚物在內。通常為半透明無色固體,無臭無毒。由于結構規整而高度結晶化,故熔點高達167℃,耐熱,制品可用蒸汽消毒是其突出優點。密度0.90g/cm3,是最輕的通用塑膠。耐腐蝕,抗張強度30MPa,強度、剛性和透明性都比聚乙烯好。缺點是耐低溫沖擊性差,較易老化,但可分別通過改性和增加抗氧劑予以克服。

特點

  無毒、無味,密度小,強度、剛度、硬度耐熱性均優于低壓聚乙烯,可在100度左右使用。具有良好的電性能和高頻絕緣性不受濕度影響,但低溫時變脆、不耐磨、易老化.適于制作一般機械零件,耐腐蝕零件和絕緣零件。常見的酸、堿有機溶劑對它幾乎不起作用,可用于食具。

生產方法

  ①淤漿法。在稀釋劑(如己烷)中聚合,是最早工業化、也是迄今生產量最大的方法。
  ②液相本體法。在70℃和3MPa的條件下,在液體丙烯中聚合。
  ③氣相法。在丙烯呈氣態條件下聚合。后兩種方法不使用稀釋劑,流程短,能耗低。液相本體法現已顯示出后來居上的優勢。

成型特徵

  1.結晶料,濕性小,易發生融體破裂,長期與熱金屬接觸易分解。
  2.流動性好,但收縮范圍及收縮值大,易發生縮孔。凹痕,變形。
  3.冷卻速度快,澆注系統及冷卻系統應緩慢散熱,并注意控制成型溫度,料溫低溫高壓時容易取向,模具溫度低于50度時,塑件不光滑,易產生熔接不良,流痕,90度以上易發生翹曲變形。
  4.塑膠壁厚須均勻,避免缺膠,尖角,以防應力集中。

聚丙烯成型工藝

  注塑模工藝條件:
  注塑機選用:對注塑機的選用沒有特殊要求。由于PP具有高結晶性。需采用注射壓力較高及可多段控制的電腦注塑機。鎖模力一般按3800t/m2來確定,注射量20%-85%即可。
  干燥處理:如果儲存適當則不需要干燥處理。
  熔化溫度:PP的熔點為160-175℃,分解溫度為350℃,但在注射加工時溫度設定不能超過275℃。熔融段溫度最好在240℃。
  模具溫度:模具溫度50-90℃,對于尺寸要求較高的用高模溫。型芯溫度比型腔溫度低5℃以上。
  注射壓力:采用較高注射壓力(1500-1800bar)和保壓壓力(約為注射壓力的80%)。大概在全行程的95%時轉保壓,用較長的保壓時間。
  注射速度:為減少內應力及變形,應選擇高速注射,但有些等級的PP和模具不適用(出現氣泡、氣紋)。如刻有花紋的表面出現由澆口擴散的明暗相間條紋,則要用低速注射和較高模溫。
  流道和澆口:流道直徑4-7mm,針形澆口長度1-1.5mm,直徑可小至0.7mm。邊形澆口長度越短越好,約為0.7mm,深度為壁厚的一半,寬度為壁厚的兩倍,并隨模腔內的熔流長度逐肯增加。模具必須有良好的排氣性,排氣孔深0.025mm-0.038mm,厚1.5mm,要避免收縮痕,就要用大而圓的注口及圓形流道,加強筋的厚度要小(例如是壁厚的50-60%)。均聚PP制造的產品,厚度不能超過3mm,否則會有氣泡(厚壁制品只能用共聚PP)。
  熔膠背壓:可用5bar熔膠背壓,色粉料的背壓可適當調高。
  制品的后處理:為防止后結晶產生的收縮變形,制品一般需經熱水浸泡處理。

pp特點

  PP是一種半結晶性材料,它比PE要更堅硬并且有更高的熔點。由于均聚物型的PP溫度高于0C以上時非常脆,許多商業的PP材料是加入1~4%乙烯的無規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,但是有更強的抗沖擊強度,PP的沖擊強度隨著乙烯含量的增加而增大。PP的維卡軟化溫度為150C。由于結晶度較高,這種材料的表面剛度和抗劃痕特徵很好。PP不存在環境應力開裂問題。通常,采用加入玻璃纖維、金屬增加劑或熱塑橡膠的方法對PP進行改性。PP的流動率MFR范圍在1~40。低MFR的PP材料抗沖擊特徵較好但延展強度較低。對于相同MFR的材料,共聚物型的強度比均聚物型的要高。由于結晶,PP的收縮率相當高,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%的玻璃增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。

工程用聚丙烯纖維

  分為聚丙烯單絲纖維和聚丙烯網狀纖維
  聚丙烯網狀纖維以改性聚丙烯為原料,經擠出、拉伸、成網、表面改性處理、短切等工序加工而成的高強度束狀單絲或者網狀有機纖維,其固有的耐強酸,耐強堿,弱導熱性,具有極其穩定的化學性能。加入混凝土或砂漿中可有效的控制混凝土(砂漿)固塑性收縮、干縮、溫度變化等因素引起的微裂縫,防止及抑止裂縫的形成及發展,大大改善混凝土的阻裂抗滲性能,抗沖擊及抗震能力,可以廣泛的使用于地下工程防水,工業民用建筑工程的屋面、墻體、地坪、水池、地下室等,以及道路和橋梁工程中。是砂漿/混凝土工程抗裂,防滲,耐磨,保溫的新型理想材料

雙向拉伸聚丙烯薄膜

  在塑膠制品中包裝材料占有極其重要的位置,據統計,世界用于包裝領域的塑膠約占塑膠總消費量的35%。我國包裝用塑膠發展迅速,產量從1980年的19萬t迅速增至2003年的465萬t,預計2005年將超過550萬t,2010年超過700萬t,2015年超過900萬t,約占全國包裝總產量的13%以上。聚丙烯薄膜從產品上看,包裝用薄膜約占包裝用塑膠總量的50%以上。我國雙向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜是PP樹脂消費量最大的領域之一,2003年我國有BOPP生產企業86家(123條生產線),總生產能力約140萬t/a,2004年達到200萬t/a(138條生產線),產量將突破100萬t。近年來,國內企業注重提升產品競爭力,先后引進了一批先進的BOPP生產設備,生產的薄膜寬度可達8.3m,線速度高達400~500m/min,如浙江大東南集團引進德國布魯克納6萬t/a生產線;國風集團投資2億元引進3.5萬t/a生產線(目前亞洲第1條、世界第4條10m寬的BOPP設備);常州武進金氏集團引進德國2萬t/a五層共擠高強超薄BOPP生產線;福建現代集團引進2.5萬t/a生產線;寶碩集團計畫引進10萬t/a生產線等。按我國現有的BOPP薄膜生產能力換算,每年對PP樹脂的需求量近200萬t,因此應重視開發BOPP薄膜用高線速、延伸性、透明性好的PP專用料,包括配套用的乙、丙共聚物,以適應新引進的BOPP薄膜設備。

汽車用改性聚丙烯

  2003年,我國汽車產量為440多萬輛,已位居世界第四,同比成長36.6%。據美國ESM WerWide報道:“2008年中國汽車產量將超過600萬輛,2015將超過日本,躍居世界第二位”。這個預言已經被打破,2010年中國汽車產銷量雙超1800萬輛,超過美國1700萬輛,成為汽車工業歷史上名副其實的全球第一。
  。
  汽車工業的發展離不開汽車塑膠化的進程,目前我國工程塑膠的自給率不足16%。據中國工程塑膠協會預測,2005年我國工程塑膠需求成長率為15%,2010年約為10%,需求量將從2000年的44萬t成長到2010年的140萬t。我國汽車制造業對工程塑膠需求量成長迅速,到2010年總用量將達到94萬t(以塑膠用量占汽車重量的5%~10%計)。
  PP用于汽車工業具有較強的競爭力,但因其模量和耐熱性較低,沖擊強度較差,因此不能直接用作汽車配件,轎車中使用的均為改性PP產品,其耐熱性可由80℃提高到145℃~150℃,并能承受高溫750~1000h后不老化,不龜裂。據報道,日本豐田公司推出的新一代具有高取向結晶性的聚丙烯HEHCPP產品,可以作為汽車儀表板、保險杠,比以TPO為原料生產的同類產品成本降低30%,改性PP用作汽車配件具有十分廣闊的開發前景。

家用電器用聚丙烯

  近幾年我國家用電器產業發展迅速,品種多,產量大。2003年我國電冰櫃產量為1850萬臺,空調器4200萬臺,洗衣機1700萬臺,微波爐3500萬臺。據“2004~2006年中國城市家庭影院市場研究咨詢報告”顯示,預計未來3年內我國家庭影院系統市場規模將達到690萬臺。另外,各種小家電也擁有巨大的潛在市場,這對改性PP來說,是一個極好的商機。目前,我國一些塑膠原料廠商已經開發出洗衣機專用料如PP 1947系列、K7726系列等,受到了洗衣機制造廠商的歡迎。因此,在未來幾年內應加大開發家用電器PP專用料的力度,以適應市場變化的需求。

管材用聚丙烯

  2003年全國塑膠管材總產量突破180萬t,同比成長23%。聚丙烯管材早期,PP管材主要用作農用輸水管,但是由于早期產品性能還存在一些問題(抗沖擊強度、耐老化性能較差),市場未能開啟。隨著上海塑膠建材廠首家引進國外先進技術,采用進口PP-R料生產的輸送冷、熱水用的管材得到市場認可后,目前已有不少廠家建設PP-R管材生產線,價格也由投產初期的2萬~3萬元/t不斷回落,但PP-R管材在塑膠管材市場上的占有率仍然很低。據反映,目前國產PP-R料與進口料比較還有一定差距,質量有待改進和提高。據報道,目前韓國開發出一種耐高壓給水管用無規共聚聚丙烯PP-R 112新牌號,使用該牌號生產的管材可在20℃和11.2MPa的超高壓狀態下使用50年。
  塑膠管材是我國化學建材推廣套用的重點產品之一,建設部曾于2001年發出“關于加強共聚聚丙烯(PP-R、PP-B)管材生產管理和推廣套用工作的通知”,要求有關部門共同做好從原料、加工、質量以至管材使用、安裝等工作,要嚴格把好PP管材質量關,以利更好地做好我國PP管材的生產、套用、推廣工作。

高透明聚丙烯

  隨著人們生活水準不斷提高,必然帶來在文化、娛樂、食品、醫療、材料、居室裝飾等各個方面不同變化的要求與提高,市場中很多物品越來越多地使用透明材料。因此,開發透明PP專用料是一個很好的發展趨勢,尤其需要透明性高、流動性好,成型快的PP專用料,以便設計加工成人們喜愛的PP制品。透明PP比普通PP、PVC、PET、PS更具特色,有更多優點和開發前景。
  近幾年,國外透明PP市場成長很快,如韓國LG將透明PP作為PET替代品推向市場;德國某些公司用透明PP替代PVC;美國透明PP制品的成長速度高出普通PP制品7%~9%;日本近幾年PP成核透明劑的年用量約為2000t,若以增加量0.25%推算,日本透明PP料的年產量可達80萬t以上。據日本理化株式會社介紹,日本透明PP專用料用于微波炊具及家具兩方面的消費量最大。預計,2005年國外市場對透明PP專用料需求量約為500萬~550萬t。目前國內透明PP專用料與國外差距較大,透明PP樹脂及其制品的生產、套用仍有待加強。

中國聚丙烯工業

  中國聚丙烯的工業生產始于20世紀70年代,經過30多年的發展,已經基本上形成了溶劑法、液相本體-氣相法、間歇式液相本體法、氣相法等多種生產工藝并舉,大中小型生產規模共存的生產格局。現在中國的大型聚丙烯生產裝置以引進技術為主,中型和小型聚丙烯生產裝置以國產化技術為主。
  中國聚丙烯在將來的幾年裡產量會有較大的成長,但生產仍然供不足需,中國已經成為全球最大的聚丙烯凈進口國。但由于國內產量很快成長,進口依存度整體上呈下降趨勢。中國聚丙烯未來幾年內,表觀消費量依然會保持較高增速,進口量將會增大,聚丙烯產業在中國的前景廣闊。

聚丙烯生產工藝

  目前,聚丙烯的生產工藝按聚合類型可分為溶液法、淤漿法、本體法和氣相法和本體法-氣相法組合工藝5大類。具體工藝主要有BP公司的氣相Innovene工藝、Chisso公司的氣相法工藝、Dow公司的Unipol工藝、Novolene氣相工藝、Sumitomo氣相工藝、Basell公司的本體法工藝、三井公司開發的Hypol 工藝以及Borealis公司的Borstar工藝等。
  聚丙烯的分子結構為典型的主體規整結構,為結晶聚合物,其分子量為10~50萬。
  比重:0.9-0.91克/立方厘米成型收縮率:1.0-2.5% 成型溫度:160-220℃

特點

  密度小,強度、剛度、硬度耐熱性均優于低壓聚乙烯,可在100度左右使用。具有良好的電性能和高頻絕緣性不受濕度影響,但低溫時變脆、不耐磨、易老化.適于制作一般機械零件,耐腐蝕零件和絕緣零件,物體比較硬,燃燒時底部有藍火,頂部有紅火,有輕微香味。

品種型號

  (一)等規聚丙烯、無規聚丙烯和間規聚丙烯
  聚丙烯分子中含有甲基,按甲基排列位置分為等規聚丙烯(isotaetic polyPropylene)、無規聚丙烯(atactic PolyPropylene)和間規聚丙烯(syndiotatic Polypropylene)。甲基排列在分子主鏈的同一側稱等規聚丙烯;若甲基無秩序地分布在分子主鏈的兩側稱無規聚丙烯;當甲基交替排列在主鏈的兩側稱間規聚丙烯。一般生產的聚丙烯樹脂中,等規結構的含量(稱等規度)約為95%,其余為無規或間規聚丙烯。我國現生產的聚丙烯樹脂按熔融指數和所加入的助劑分類,表22-16中列舉聚丙烯樹脂的主要型號。
  表22-16聚丙烯的主要型號

型 號 熔融指數(MI) g/10min 等 規 度

%
拉伸強度

MPa (kgf/cm2)
吹 塑 1200

1230
0.4~0.7

0.4~0.7
96~98

96~98
25.5

25.5
(260)

(260)
注 塑 1700

1400

1300

1730

1630

1330
10~14

2.5~4

0.8~1.4

10~15

8~11

1.5~2.5
95~97

96~98

96~98

95~97

95~97

95~97
25.5

29.4

28.4

25.5

23.5

21.1
(260)

(300)

(290)

(260)

(240)

(215)
薄膜單絲 2600

2601

2630

2635

2705

2402

2302
9.5~12

5.5~8.5

8.5~11

8.5~11

12~14

2.0~3.5

1.2~2.0
96~98

96~98

96~98

96~98

96~98

96~98

96~98
30.4

30.4

23.5

23.5

31.4

29.4

28.4
(310)

(310)

(240)

(240)

(320)

(300)

(290)
纖 維 3701

3600

3400

3401
12~15

5.5~8.5

2.0~3.5

4.5~6.5
96~98

96~98

96~98

96~98
31.4

30.4

29.4

30.4
(320)

(310)

(300)

(310)

  注:為北京燕山石油化學工業總公司產品。
  無規聚丙烯是生產等規聚丙烯的副產物。在生產等規聚丙烯中產生無規聚丙烯,通過分離方法把等規聚丙烯與無規聚丙烯分離。
  間規聚丙烯為高彈熱塑性材料,它有良好的拉伸強度。也可以象乙丙橡膠一樣進行硫化。
  (二)氯化聚丙烯
  氯化聚丙烯(chorinated Polypropylene)的氯含量最高達65%。氯化聚丙烯具有耐磨、耐酸和耐水等性能。常用作保護性涂料、油墨的填料,也可作膠粘劑、紙張涂層和薄膜。
  (三)增強聚丙烯
  增強聚丙烯(reinforced polypropylene)是聚丙烯與玻璃纖維或有機纖維、石棉、或無機填料(滑石粉、碳酸鈣)的混合物。
  一般工業用的玻璃纖維增強聚丙烯中含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定性。
  增強聚丙烯主要用于制造各種機械零件,特別是汽車零件,以及耐腐蝕性的通路、管件、閥門等。
  (四)接枝聚丙烯
  聚丙烯與乙酸乙烯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等進行接枝共聚,目的是為了提高聚丙烯的拉伸強度、沖擊強度以及與其它材料的粘合強度。
  接枝聚丙烯(graft polypropylene)可用作烯烴膠粘劑、涂料以及防水涂層,也可作管、板材料。