聚丙烯的結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用

1、聚丙烯的結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用一、聚丙烯（聚丙烯）的結(jié)構(gòu)聚丙烯是一種高分子化合物，是一種通用合成樹脂（或通用合成塑料），由于它是烯烴的聚合產(chǎn)物，因而又是一種聚烯烴樹脂。聚丙烯的結(jié)構(gòu)是指高聚物內(nèi)部組織，它有兩層意義：一是指聚丙烯分子內(nèi)部的組織和形態(tài)，稱為分子結(jié)構(gòu)，二是指這些大分子聚集在一起的形態(tài)，稱為聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。1.聚丙烯的分子結(jié)構(gòu)對一般的單烯烴聚合物可用通式 （CH2-CH2）n表示。 R 當(dāng)-R為CH3-時即為聚丙烯，按CH3-在分子中的排布（位置、配向、次序等）不同，可分為三種立構(gòu)異構(gòu)體，即等規(guī)聚丙烯、間規(guī)聚丙烯和無規(guī)聚丙烯，等規(guī)聚丙烯所有的甲基都排在平面的同一側(cè)。間規(guī)聚丙烯的甲基有規(guī)則的交互分

2、布在平面的兩側(cè)。無規(guī)聚丙烯的甲基無秩序地分布在平面的兩側(cè)。在三種立體異構(gòu)體中，等規(guī)和間規(guī)聚丙烯都屬于有規(guī)聚丙烯，有規(guī)聚丙烯的結(jié)晶度高，根據(jù)X射線對結(jié)晶性聚丙烯的研究，測得其分子鏈的等同周期為6.5×10-10m，C-C鍵角為109°28,C-C原子間鍵距為1.54×10-10m，據(jù)此設(shè)想出等規(guī)聚丙烯的三重螺旋結(jié)構(gòu)。以上所述均指聚丙烯的均聚物，聚丙烯聚合物中還有共聚物，如以丙烯為主要單體，以少量乙烯為第二單體（或稱共聚單體）進行共聚而成的聚合物，共聚物按其立體結(jié)構(gòu)的規(guī)整性又可分為無規(guī)共聚物和嵌段共聚物，制取共聚物的目的是為了改善均聚物的某些性能（如耐寒、耐溫、抗沖性

3、能等）以滿足特殊用途的需要。2.聚丙烯的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)高分子的鏈結(jié)構(gòu)是決定高聚物基本性質(zhì)的主要因素，而高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是決定高聚物本體性質(zhì)的主要因素，也就是說，其使用性能直接取決于加工成型過程中高分子所形成的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。聚丙烯和其它高分子一樣，是由很多大分子聚集在一起的，分子間存在著相互作用，通常之間的作用力包括范德華力和氫鍵，使聚丙烯的大分子聚集在一起，并賦予它特定的性能，大分子聚集態(tài)通常有下述兩種情況：（1）無定形態(tài)當(dāng)很多分子在一起時，如果分子間雜亂無章，沒有一定次序地相互堆在一起，這種結(jié)構(gòu)稱為無定型形態(tài)，這種結(jié)構(gòu)比較疏松，密度低，分子容易運動，強度也低。（2）結(jié)晶態(tài)很多分子有相互排列得很多整

4、齊或一部分排列的很整齊，形成三維有序的結(jié)構(gòu)，稱為結(jié)晶態(tài)。丙烯聚合過程中，由于采用立體定向聚合催化劑，能使丙烯進行配位定向聚合，得到立體構(gòu)型很規(guī)整的等規(guī)立構(gòu)聚丙烯（等規(guī)聚丙烯含量達到95%以上），因此能夠很好地結(jié)晶，其結(jié)晶形態(tài)有、和擬六方晶形五種。最普通的晶態(tài)，屬單斜晶系，晶格參數(shù)為：=6.50×10-10m b=20.96×10-10mc=6.50×10-10m =99°20在138左右，聚丙烯結(jié)晶形成晶態(tài)，是五種晶態(tài)中最穩(wěn)定的一種結(jié)構(gòu)，熔點為180，密度為0.936g/cm3。在緩慢冷卻的條件下等規(guī)聚丙烯還能從熔融狀態(tài)形成球晶結(jié)構(gòu)，結(jié)晶溫度越高，球晶越

5、大；結(jié)晶溫度越低，球晶越小；球晶越大，性質(zhì)越脆，因此球晶的大小直接影響到制品的沖擊強度和拉伸性質(zhì)。一般來說分子越大，分子鏈擴散越難，結(jié)晶度越小，但由于成型條件的不同，結(jié)晶度會發(fā)生變化。結(jié)晶度是以結(jié)晶部分重量占樣品總重量的百分?jǐn)?shù)來表示的，一般用X射線測定結(jié)晶度，等規(guī)聚丙烯的結(jié)晶度一般可達65%以上。在聚丙烯中，可以采用添加成核劑的辦法來增加和降低球晶的直徑并控制其一定的形態(tài)，以改善其拉伸屈服強度和沖擊強度，改善其透明性和光澤性，降低成型時的加工溫度，還可以改進成型加工的其它性能。結(jié)晶度可以用公式來計算 do(d-da)X（%）= ×100% d(dc-da)X：結(jié)晶度（%） dc：完全

6、結(jié)晶的密度g/m3da：完全無定型的密度g/m3 d：所測試樣的密度g/m3結(jié)晶度高，密度就大，與結(jié)晶度0-100%相對應(yīng)的密度為0.8510.935 g/m3二、聚丙烯的性質(zhì)1.聚丙烯的物理性能聚丙烯樹脂具有可塑性，它是一種典型的熱塑性塑料，受熱時（達到熔點）熔化，冷卻時固化成型，且這一過程可以多次重復(fù)進行，由于這一特性可以使聚丙烯加工成型十分方便，可以很容易用擠出，注塑，吹塑的方法直接加工成型，并可以使所加工的邊角料及廢舊料回收重復(fù)利用。聚丙烯塑料具有較好的耐熱性能，它的熔點高達164170（純等規(guī)物的熔點可達176）軟化點為150以上，即使在沸水中也不變形，不失去其結(jié)晶性，聚丙烯連續(xù)使用

7、溫度為120，在無負(fù)荷情況下最高使用溫度為150，聚丙烯樹脂是通用樹脂中耐熱性最好的一種。聚丙烯樹脂的密度小，相對密度為0.900.91，是各種樹脂中密度最小的。聚丙烯樹脂的物理機械性能良好，它的拉伸屈服強度為3038MPa，這也是通用合成樹脂中最高的品種之一，它表面硬度大，彈性較好，耐磨性能、介電性能和吸水性能良好。沖擊強度低，這是聚丙烯的最大缺點，尤其是在低溫下其沖擊強度急劇下降，但是可以通過共聚或共混改性來改善它的耐低溫沖擊性能，聚丙烯均聚物的性質(zhì)見表1-2。2.聚丙烯的化學(xué)性質(zhì)聚丙烯具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，并隨著其結(jié)晶度的增加穩(wěn)定性也增加，它與絕大多數(shù)化學(xué)品接觸幾乎不發(fā)生作用，但發(fā)煙硫酸

8、，發(fā)因硝酸、氯、鉻酸對聚丙烯有腐蝕作用。聚丙烯的熱化學(xué)穩(wěn)定性好，在100下，大多數(shù)無機酸、堿、鹽溶液除具有強氧化性者外，對聚丙烯幾乎都無破壞作用。聚丙烯是非極性有機化合物，因此它比較容易在非極性有機溶劑中溶脹或溶解，溫度越高，溶脹或溶解越快，在一定溫度下，它可溶解在十氫萘，四氫萘，1.2.4-三氯代苯中，用粘度法測定聚丙烯的分子量，就是利用它在十氫萘中的溶解性能制成溶液樣品，但是聚丙烯對極性有機溶劑都很穩(wěn)定，醇類、酚類、醛類、酮類和大多數(shù)羧酸都不易使聚丙烯發(fā)生溶脹，只有芳烴和氯代烴在80以上時對聚丙烯有溶解作用，聚丙烯對一些介質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性如表1-3。由于聚丙烯結(jié)構(gòu)中存在叔碳原子，因此易被氧化

9、性介質(zhì)侵蝕，與其它合成材料一樣，聚丙烯在光、紫外線、熱氧存在的條件下會發(fā)生老化現(xiàn)象，使其變質(zhì)，失去原有的性質(zhì)，要使聚丙烯不老化是不可能的，只能添加抗氧劑、紫外線吸收劑、防老劑等來減緩聚丙烯的老化速度，改善其抗老化性能。表1-2 聚丙烯均聚物的典型性能性能測試方法級別管材、板材薄膜注塑流延薄膜、管型薄膜熔體流動速率g/10minD1238L0.250.351.52057710特性粘度，230,dl/gME150712.63.02.02.41.82.11.51.9密度，g/cm3D-15050.9000.9050.9000.9050.9000.9050.9000.905結(jié)晶度X射線,%ME149/

10、6758595960616262.564.0結(jié)晶熔點dsc法，ME15702161163161163162164163165結(jié)晶溫度dsc法，ME15702104105104106104107104107等規(guī)指數(shù)IS0187396.096.095.094.0Mw/Mn，gpc法ME15627810796857螺旋流動度，230ME1754439045052555070075080085060kg/cm.mm熔體張力試驗溶脹/24hME171151.571.601.601.631.631.641.631.64拉伸比ME1711550070011001300150017002800線性模壓收縮，%

11、1.91.91.91.9拉伸屈服強度D6382931323433353335艾估德沖擊強度，23，J/mD2561.52.00.50.70.30.50.20.3洛氏硬度，C標(biāo)度D-78585560556060656065畸度溫度1.8MPa，D6485055505555605560維卡特溫度9.8MPa，D-1525150150150150黃變指度，粒料，%D-1925815483636光澤，板%D5234850485049514951線性熱膨脹系數(shù)×105D696從-3006.56.56.56.5從03010.510. 510. 510. 5從306014.014.014.014.

12、0發(fā)光度，板%D16356870707070吸水性，24h浸泡D5700.030.030.030.03環(huán)境應(yīng)力開裂,hD1693不裂不裂不裂不裂介電常數(shù)D153110KHz2.22.62.22.62.22.62.22.61MHz2.22.62.22.62.22.62.22.61GHz2.22.62.22.62.22.62.22.6損耗因數(shù)10KHz0.00050.00050.00050.00051MHz0.00050.00050.00050.00051GHz0.00050.00050.00050.0005-0.0018-0.0018-0.0018-0.0018抗電弧性D495136185136

13、185136185136185表1-3 聚丙烯的化學(xué)穩(wěn)定性介質(zhì)濃度%溫 度2060100H2SO498×H2SO440H2SO42HNO410-HCl30HCl10HCl2HF3840-H3PO485甲酸85-甲酸10-水醋酸10-醋酸97醋酸40氯磺酸10×××鋁酸100-鉻酸10-NaOH1NaOH50NaOH10NaOH50NH3.H2O10-過氧化氫飽和-次氯酸鈉30-丙酮20苯100二硫化碳100乙醚100-甘油100變壓器油100硫酸銨飽和NaCl飽和乙醇66NH3氣體（100%）H2S80-氯氣干碘酊-表中 ：穩(wěn)定 ：尚穩(wěn)定 ：不穩(wěn)定 &#

14、215;：破壞三、聚丙烯樹脂的用途1.工程用聚丙烯纖維分為聚丙烯單絲纖維和聚丙烯網(wǎng)狀纖維。聚丙烯網(wǎng)狀纖維以改性聚丙烯為原料，經(jīng)擠出、拉伸、成網(wǎng)、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(wǎng)狀有機纖維，其固有的耐強酸，耐強堿，弱導(dǎo)熱性，具有極其穩(wěn)定的化學(xué)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(fā)展，大大改善混凝土的阻裂抗?jié)B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(yè)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。2.雙

15、向拉伸聚丙烯薄膜 在塑料制品中包裝材料占有極其重要的位置，據(jù)統(tǒng)計，世界用于包裝領(lǐng)域的塑料約占塑料總消費量的35%。我國包裝用塑料發(fā)展迅速，產(chǎn)量從1980年的19萬噸迅速增至2005年的550萬噸，2010年將超過700萬噸，2015年超過900萬噸，約占全國包裝總產(chǎn)量的13%以上。 從產(chǎn)品上看，包裝用薄膜約占包裝用塑料總量的50%以上。我國雙向拉伸聚丙烯（BO聚丙烯）薄膜是聚丙烯樹脂消費量最大的領(lǐng)域之一，2003年我國有BO聚丙烯生產(chǎn)企業(yè)86家（123條生產(chǎn)線），總生產(chǎn)能力約140萬t/a，2004年達到200萬t/a（138條生產(chǎn)線），近年來，國內(nèi)企業(yè)注重提升產(chǎn)品競爭力，先后引進了一批先進的

16、BO聚丙烯生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)的薄膜寬度可達8.3m，線速度高達400500m/min，如浙江大東南集團引進德國布魯克納6萬t/a生產(chǎn)線；國風(fēng)集團投資2億元引進3.5萬t/a生產(chǎn)線（目前亞洲第1條、世界第4條10m寬的BO聚丙烯設(shè)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BO聚丙烯生產(chǎn)線；福建現(xiàn)代集團引進2.5萬t/a生產(chǎn)線；寶碩集團計劃引進10萬t/a生產(chǎn)線等。按我國現(xiàn)有的BO聚丙烯薄膜生產(chǎn)能力換算，每年對聚丙烯樹脂的需求量近200萬噸，因此應(yīng)重視開發(fā)BO聚丙烯薄膜用高線速、延伸性、透明性好的聚丙烯專用料，包括配套用的乙、丙共聚物，以適應(yīng)新引進的BO聚丙烯薄膜設(shè)備。 3.汽車用改性聚

17、丙烯 2003年，我國汽車產(chǎn)量為440多萬輛，已位居世界第四，同比增長36.6%。據(jù)美國權(quán)威報道：“2009年中國汽車產(chǎn)量將超過600萬輛，2015將超過日本，躍居世界第二位”。 汽車工業(yè)的發(fā)展離不開汽車塑料化的進程，目前我國工程塑料的自給率不足16%。據(jù)中國工程塑料協(xié)會預(yù)測，2010年我國工程塑料需求增長率為10%，需求量將從2000年的44萬噸增長到2010年的140萬噸。我國汽車制造業(yè)對工程塑料需求量增長迅速，到2010年總用量將達到94萬噸（以塑料用量占汽車重量的5%10%計）。 聚丙烯用于汽車工業(yè)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

18、使用的均為改性聚丙烯產(chǎn)品，其耐熱性可由80提高到145150，并能承受高溫7501000h后不老化，不龜裂。據(jù)報道，日本豐田公司推出的新一代具有高取向結(jié)晶性的聚丙烯HEHC聚丙烯產(chǎn)品，可以作為汽車儀表板、保險杠，比以TPO為原料生產(chǎn)的同類產(chǎn)品成本降低30%，改性聚丙烯用作汽車配件具有十分廣闊的開發(fā)前景。 4.家用電器用聚丙烯 近幾年我國家用電器產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，品種多，產(chǎn)量大。2003年我國電冰箱產(chǎn)量為1850萬臺，空調(diào)器4200萬臺，洗衣機1700萬臺，微波爐3500萬臺。據(jù)“2004-2006年中國城市家庭影院市場研究咨詢報告”顯示，預(yù)計未來3年內(nèi)我國家庭影院系統(tǒng)市場規(guī)模將達到690萬臺。另外

19、，各種小家電也擁有巨大的潛在市場，這對改性聚丙烯來說，是一個極好的商機。目前，我國一些塑料原料廠商已經(jīng)開發(fā)出洗衣機專用料如聚丙烯 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(nèi)應(yīng)加大開發(fā)家用電器聚丙烯專用料的力度，以適應(yīng)市場變化的需求。 5.管材用聚丙烯。 2004年全國塑料管材總產(chǎn)量突破200萬噸。早期，聚丙烯管材主要用作農(nóng)用輸水管，但是由于早期產(chǎn)品性能還存在一些問題（抗沖擊強度、耐老化性能較差），市場未能打開。隨著上海塑料建材廠首家引進國外先進技術(shù)，采用進口聚丙烯-R料生產(chǎn)的輸送冷、熱水用的管材得到市場認(rèn)可后，目前已有不少廠家建設(shè)聚丙烯-R管材生產(chǎn)線，價格也

20、由投產(chǎn)初期的2萬3萬元/t不斷回落，但聚丙烯-R管材在塑料管材市場上的占有率仍然很低。據(jù)反映，目前國產(chǎn)聚丙烯-R料與進口料相比較還有一定差距，質(zhì)量有待改進和提高。據(jù)報道，目前韓國開發(fā)出一種耐高壓給水管用無規(guī)共聚聚丙烯聚丙烯-R 112新牌號，使用該牌號生產(chǎn)的管材可在20和11.2MPa的超高壓狀態(tài)下使用50年。 塑料管材是我國化學(xué)建材推廣應(yīng)用的重點產(chǎn)品之一，建設(shè)部曾于2001年發(fā)出“關(guān)于加強共聚聚丙烯（聚丙烯-R、聚丙烯-B）管材生產(chǎn)管理和推廣應(yīng)用工作的通知”，要求有關(guān)部門共同做好從原料、加工、質(zhì)量以至管材使用、安裝等工作，要嚴(yán)格把好聚丙烯管材質(zhì)量關(guān)，以利更好地做好我國聚丙烯管材的生產(chǎn)、應(yīng)用、推廣工作。 6.高透明聚丙烯 隨著人們生活水平不斷提高，必然帶來在文化、娛樂、食品、醫(yī)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(fā)透明聚丙烯專用料是一個很好的發(fā)展趨勢，尤其需要透明性高、流動性好，成型快的聚丙烯專用料，以便設(shè)計加工成人們喜愛的聚丙烯制品。透明聚丙烯比普通聚丙烯、PVC、PET、PS更具特色，有更多優(yōu)點和開發(fā)前景。 近幾年，國外透明聚丙烯市場增長很快，如韓國LG將透明聚丙烯作為PET替代品推向市場；德國某些公司用透明聚丙烯替代PVC；美國透明聚丙烯制品的增長速度高