五大通用塑料之聚丙烯（PP）

  五大通用塑料之一的聚丙烯（polypropylene，简称PP）是一种性能优良的热塑性合成树脂，为无色半透明的热塑性轻质通用塑料，具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等，这使得聚丙烯自问世以来，便迅速在机械、汽车、电子电器、建筑、纺织、包装、农林渔业和食品制造业等众多领域得到普遍的开发应用。近年来，随着我们国家包装、电子、汽车等工业的加快速度进行发展，极大地促进了中国工业的发展。而且因为其具有可塑性，聚丙烯材料正逐步替代木制产品，高强度韧性和高耐磨性能已逐步取代金属的机械功能。另外聚丙烯拥有非常良好的接枝和复合功能，在混凝土、纺织、包装和农林渔业方面具有巨大的应用空间。它已成为中国合成树脂中产量和用量仅次于聚乙烯的通用塑料品种。

  聚丙烯从分子结构上可分为由丙烯单体聚合而成的均聚物和由丙烯单体与少量乙烯单体共聚而成的共聚物。仅由丙烯单体聚合而成的聚丙烯，按分子构象大致上可以分为等规聚丙烯、间规聚丙烯和无规聚丙烯。均聚聚丙烯由于其较高的结晶性，这赋予了其良好的刚性和耐热性，其刚性在通用塑料中是最好的，但这也导致其低温下非常脆，因而在要求低温抗冲击强度的应用中没办法使用，一定要通过进一步改性。

  由于由丙烯单体聚合而成的均聚聚丙烯是高结晶性聚合物，导致其物理性能脆性大。为了改善其脆性和扩大应用，通过在聚合阶段将少量乙烯单体与丙烯单体共聚，进而得到具有低结晶度且冲击韧性更好的共聚聚丙烯。由丙烯单体和少量乙烯单体共聚而成的聚丙烯共聚物则分为无规共聚聚丙烯（random copolymer）和嵌段共聚聚丙烯（block copolymer）。以下是这两类共聚聚丙烯的分子结构示意图。

  正是由于共聚聚丙烯分子结构中少量乙烯单元结构的存在，导致其结晶性能直线下降而获得了更好的抗冲击性能，但同时刚性也变差，但正是这样的结构变化，使其非常适用于生产管材，即我们常说的PPR管和PPB管。所以，了解聚合物结构会对其结构改性、其他改性及满足多种的应用具有很大帮助。

  聚丙烯生产的基本工艺主要有溶液法、淤浆法、本体法、气相法和本体-气相法组合工艺5大类。目前世界上比较先进的生产的基本工艺主要是气相法工艺和本体-气相法组合工艺，这些工艺技术都采用本体法、气相法或本体法和气相法的组合工艺生产均聚物和无规共聚物, 再串联气相反应器系统(一个或两个) 生产抗冲共聚物。这些工艺技术适应了装置大规模(20 万吨/年以上) 和操作经济性、产品多样性和高性能的要求, 得到了较为广泛的应用。

  聚丙烯（PP）的成型加工性好，成型的方法很多，如注塑、吹塑、真空热成型、涂覆、旋转成型、熔接、机加工、电镀和发泡等，并可在金属表面喷涂。聚丙烯的二次加工性很好，其印刷性比聚乙烯好，照相凸版，胶版、平凹板等印刷方法均可使用，要获得良好的良好的耐热、耐油、耐水等要求的印刷性能，须经电晕放电处理等再行印刷。各种成型加工方法请查看：

  聚丙烯是重要的通用塑料品种之一，无论是从绝对数量上，还是从应用的广度与深度上都属发展最快的品种。在改性塑料行业，聚丙烯的超高的性价比、多功能化和工程化始终是摆在面前的重要任务。针对聚丙烯在低温下的抗冲击性能差、耐候性不佳、表面装饰性差以及在电、磁、光、热、燃烧等方面的功能性与实际需要的差距，对聚丙烯加以改性，一直是聚丙烯烯产品研究开发应用的关键和课题。聚丙烯的改性大致上可以分为化学改性和物理改性。

  对于聚丙烯的化学改性，共聚、接枝和交联是最主要的三种改性方法。共聚改性是在聚丙烯合成阶段进行，即通过采用茂金属等催化剂，并加入乙烯等烯烃类单体进行共聚而得。通过共聚改性，除了能获得嵌段共聚PP（PPB）和无规共聚PP（PPR）料外，还能够获得乙丙橡胶（EPR）和三元乙丙橡胶（EPDM）等弹性橡胶品种，这些弹性体橡胶反过来还可用于均聚PP和共聚PP的增韧耐寒改性。

  我们都知道聚丙烯是一种非极性结晶型线型结构树脂，其表面活性低，表面印刷性不良，涂布粘接性不良；在与极性高聚物进行共混改性、或对其进行矿物填充及纤维增强改性时存在相容性差的缺点。通过对聚丙烯进行接枝改性，即在其大分子链结构上引入极性基团，可实现改善PP的共混性、相容性和粘结性，达到克服难共混、难相容与难粘接的缺点。聚丙烯常见的接枝改性方法有：熔融法、溶液法、固相法、悬浮法等。接枝改性后的PP分子链中氢原子被取代而呈现较强极性，这些极性基团使得PP相容性增强，耐热性、机械性能大幅度的提高。其中，马来酸酐接枝聚丙烯（熔融法）和氯化聚丙烯（悬浮法）是这类改性的典型代表，分别在塑料改性和油墨方面存在广泛的应用。

  聚丙烯交联改性主要方法有化学交联改性（过氧化物交联和硅烷交联）和辐射交联改性，主要是把线型聚丙烯通过交联的方法改性成为网状结构的聚合物，以提高其力学性能、耐热性以及形态稳定性。化学交联改性是通过添加交联助剂来实现聚丙烯改性，辐射交联改性主要是通过电子束等强辐射或强光来实现。

  我们都知道，聚丙烯要实现交联，首先要在聚丙烯分子链上产生活性引发点，但无论是过氧化物、硅烷还是辐照的方法，都是通过产生自由基活性点来实现的，而在聚丙烯分子链上产生自由基活性点，更多的是会导致PP分子链的断裂降解。如在聚丙烯中添加少量的过氧化物则可快速得到高流动性的聚丙烯（降温母粒、降解法熔喷料），实际上就是聚丙烯大分子链被打断了，这与交联的初衷的相反的。因此，聚丙烯的交联需要另外添加助交联剂，如EPR、EPDM、聚乙烯、乙烯基硅烷等等，利用引入的乙烯链段来实现交联，这也就是EPDM很容易实现交联而均聚PP反而是断链降解的原因。所以，聚丙烯的交联改性需实现断链和交联的平衡，实施难度比较大，国外的一些公司已将这种交联改性实用化了，如辐照发泡聚丙烯。

  聚丙烯的物理改性包括通常的填充、纤维增强、共混、多层复合等手段，或以降低材料成本为目的，或增加材料的尺寸稳定性、提升材料的机械强度和阻隔性能等等。

  如通过将碳酸钙、滑石粉、钛白粉、二氧化硅、硫酸钡、硅灰石、木粉、玻璃纤维等球形、片状、针状、纤维状填料填充于聚丙烯中，从而使得聚丙烯耐热性提高、成本降低、刚性提高、遮光性提高、成型收缩率降低等等等。也可通过将聚丙烯与聚乙烯、工程塑料、热塑性弹性体或橡胶等共混的方法以达到提升PP着色性、加工性、耐冲击性等性能的目的，共混改性是在密炼机、开炼机、挤出机等加工设施中完成，工艺过程易调控，生产周期短、耗资少，可改进PP的多种性能。聚合物共混可以综合各组分的突出性能，弥补各组分性能上的不足，进而时共混物综合性能显著提升。这些改性过程的关键就是做好聚丙烯基体和填料或共混成分的界面结合，从而得到预期的改性效果。

  聚丙烯的功能改性是通过添加抗氧剂、光稳定剂、抗静电剂、成核剂、导电炭黑、碳纳米管、金属粉、抗菌防霉剂、发泡剂、阻燃剂、驻极体等功能性添加剂的手段，赋予聚丙烯以抗老化、抗菌防霉、防鼠咬防白蚁、阻燃、光学、导静电、磁性等特殊功能，以实现其高的附加价值和特定领域的应用。

  — END —专业高分子材料成分检测，配方还原技术上的支持，提升公司技术能力（关注了解更多技术信息）