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    關于均聚聚丙烯

    2011-08-04   瀏覽次數:583
    聚丙烯是丙烯的高聚體
    聚丙烯(PP)作為熱塑塑料聚合物在塑料領域內有十分廣泛的應用,因所用催化劑和聚合工藝不同,所得聚合物性能,用途也不同。PP有很多有用的性能,但還缺乏固有的韌性,特別是在低于其玻璃化溫度的條件下。然而,通過添加沖擊改性劑,可以提高其抗沖擊性能。

    PP均聚物

    聚丙烯(PP)作為熱塑塑料聚合物于1957年開始商品化生產,是有規立構聚合物中的第一個。其歷史意義更體現在,它一直是增長最快的主要熱塑性塑料,2004年它的全國總產量達到300萬噸。它在熱塑性塑料領域內有十分廣泛的應用,特別是在纖維和長絲、薄膜擠壓、注塑加工等方面。

    1.1 化學和性質

    PP是在金屬有機有規立構催化劑(Ziegler-Natta型),如δ-TiCl3-(C2H5)2AlCl或TiCl3-(C2H5)3Al(效率300~900克聚丙烯/克TiCl3)作用下,使丙烯單體在控制的溫度和壓力條件下合成的。因所用催化劑和聚合工藝不同,所得聚合物的分子結構有三種不同類型的立體化學結構,數量也不一樣。這三種結構是指等規聚合物、間規聚合物和無規聚合物。在等規聚丙烯(最常見的商品形式)中,甲基原子團都處在聚合物骨架的同一側,這一結構很容易形成結晶態。等規形式的結晶性賦予它良好的抗溶劑和抗熱性能。在前十年期間所用的催化劑技術使非等規異構體的生成達到最少程度,消除了對無價值的無規組分進行分離的必要性,簡化了生產步驟。生產聚丙烯的工藝主要有兩種:一種是氣相法;一種是液體丙烯淤漿法。此外,還有一些老式淤漿工藝裝置在運行,它們采用一種液態飽和烴作為反應介質。

    比較而言,高密度和低密度聚乙烯都有較高的密度,相當低的熔點和較低的彎曲模量即剛度。這些性能差異導致了最終用途不同。剛度和易定向性使聚丙烯均聚物適合制作各種纖維和用于延展帶,而它們較高的耐熱性使它們能用于制作硬的高壓容器和器具及汽車的模塑部件。

    影響聚丙烯均聚物的加工性能和物理性能的主要因素包括:分子量(通常用流速表示);分子量分布(簡稱MWD);有規立構性和助劑。聚丙烯平均分子量范圍從約200 000到 600 000。分子量分布通常用聚合物的重均分子量()與數均分子量()的比值表示, 。該式又稱為多分散性指數。

    一個聚合物的分子量分布對它的加工性能和最終使用性能有舉足輕重的影響。這是因為熔融態的聚丙烯對剪切敏感,即當施加的壓力升高時,其表觀粘度降低。分子量分布范圍寬的聚丙烯比分布窄的更對剪切敏感,因而具有寬范圍分子量分布的材料在注塑過程中更易于加工。某些特定的用途,特別是纖維,則要求窄范圍的分子量分布。分子量分布與催化劑體系和聚合反應工藝都有關系。常用過氧化物在反應器后面的擠壓過程進行化學裂解,使分子量分布范圍變窄。這一過程稱為控制流變學(CR)過程。

    與聚乙烯相比較,等規聚丙烯其獨特的分子結構及螺旋狀晶體導致其分子鏈更易受光和熱而氧化降解。在通常的加工和最終使用條件下,聚丙烯要經受無規的斷鏈作用,導致分子量降低和流速升高。所有的商品級聚丙烯都含有穩定劑,以便在加工時保護材料,提供令人滿意的最終使用性能。對于特別的用途,除了加抗氧劑和紫外線抑制劑外,還須加其它添加劑。例如:在薄膜配方中加入潤滑劑和防粘劑,以減少摩擦系數并防止薄膜自身粘連。在包裝材料中添加抗靜電以消除靜電荷。為了提高透明度或縮短模型周期,則需用成核劑。均聚物樹脂通常按流速和最終用途分類。流速取決于平均分子量和分子量分布兩者。某些特殊用途要求流速高達400分克/分鐘,而普通商品均聚物的流速則在0.5-50分克/分鐘的范圍以內。流速通常是確定加工特性最主要的因素。

    1.2 加工和應用

    聚丙烯極好的流動性能和寬范圍的流速,以及其它獨特的聚合物特性相結合,使它具有優異的加工性能。較低的流速能滿足擠壓帶、帶狀長絲和單絲等的加工要求,還能使成品有抗張強度和低延伸性,同時保持足夠的橫向完整性,使卷絲機導向裝置上的劈裂和粉塵飛揚的情況達到最低程度。為了抵消它們特有的低橫向強度和斷裂傾向(原纖化),定向程度更高的薄膜到纖維產品,如:粗纖度紡織品、細繩和繩子,通常要求流速在7~20的范圍內。含有發泡劑的裝飾帶條產品是由流速接近于10的聚丙烯擠壓而成的,這樣才能使熔體強度和定向能力達到適當的均衡。這種聚合物經中等程度的定向,能產生光滑的類似緞于一樣的表面效果,產品有足夠的橫向強度可以延緩斷裂。非織布和多絲產品的擠壓需要一種低粘度、自由流動的材料,因此,流速極高的聚丙烯用于這些用途。

    澆鑄PP薄膜大量用于繪圖藝術品方面。另外,薄膜可以雙軸取向和熱變定,使具有極好的機械性能和熱性能,應用于各種性能層合材料和包裝材料方面。使用管式水冷激工藝可以把PP加工成共擠出吹制薄膜以及單層薄膜。熱成型用的擠塑片材要求使用低流速配方的材料,使具有足夠的熔體強度。當使用PP擠塑型材時,較低的流速加工性能總是要好些。型材擠壓通常限于較小的截面以便能用水急冷保證產品具有足夠的韌度。PP還可以擠塑成管狀產品,如飲料吸管和飲用水管。PP在線纜涂層方面也有用途。

    在用量方面僅次于擠塑的注塑加工很適應聚丙烯的特性。PP良好的流動性能和強韌機械特性,被利用來生產許多種不同類型的具有內在的強韌機械性能的產品。良好的加工性能與極好的抗應力斷裂性能產生了優良的模塑成型的密封罩。一般而言,低流速配方材料用于生產厚壁產品和那些要求韌性的產品。高流速的材料用于生產薄壁部件和要求快速加工的產品。

    1.3 市場

    PP均聚物可使用各種加工工藝,生產范圍很寬的產品。

    擠塑制品是消耗PP的最大市場,而紡織纖維和單絲又是其中最大的部分。長期以來,PP一直是制造纖維的主要原料,這是因為它的著色能力、耐磨損、耐化學品性能以及有利的經濟條件。定向和非定向薄膜占據擠塑制品市場的第二大份額,并且是繼續保持增長的領域。

    接下來,注塑品是PP均聚物的第二大市場,包括容器、密封器、汽車方面的應用、家庭用品、玩具及其它許多消費品和工業方面的最終用途。許多吹塑容器選用聚丙烯,是因為它的良好的隔潮性能和足夠的清沏度。鑒于對未來塑料制品的新需求,PP均聚物將繼續保持增長。良好的經濟方面的條件、良好的機械性能以及重量輕、著色能力強和易于加工等特性,將使PP繼續成為本世紀眾多應用領域的首選材料。

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