聚丙烯基礎(chǔ)知識(shí)介紹

聚丙烯（PP）基礎(chǔ)知識(shí)介紹1聚丙烯樹(shù)脂分類與結(jié)構(gòu)、性能1.1聚丙烯樹(shù)脂簡(jiǎn)介聚丙烯（polypropylene）是丙烯的聚合物，英文縮寫(xiě)為PP。熔融溫度約174°C，密度為0.91克/厘米3。它具有強(qiáng)度高、硬度大、耐磨、耐彎曲疲勞、耐熱溫度達(dá)120°C、耐濕和耐化學(xué)性優(yōu)良、容易加工成型、價(jià)格低廉而應(yīng)用廣泛的通用高分子材料。但具有低溫韌性差，不耐老化等缺點(diǎn)。近年來(lái)可以通過(guò)共聚和共混等方法進(jìn)行改進(jìn)其性能。聚丙烯可用注射、擠出、吹塑、層壓、熔紡等工藝成型，也可雙向拉伸。被廣泛用于制造容器、管道、包裝材料、薄膜和纖維，也常用增強(qiáng)方法獲得性能優(yōu)良的工程塑料。大量應(yīng)用于汽車、建筑、化工、醫(yī)療器具、農(nóng)業(yè)和家庭用品方面。聚丙烯纖維的中國(guó)商品名為丙綸。強(qiáng)度與耐綸相仿而價(jià)格低廉，用于織造地毯、濾布、纜繩、編織袋等。12聚丙烯樹(shù)脂分類按聚丙烯分子中甲基（一CH3）的空間位置不同分為等規(guī)、間規(guī)和無(wú)規(guī)三類。等規(guī)聚丙烯又稱全同立構(gòu)聚丙烯，英文縮寫(xiě)為IPP。從立體化學(xué)來(lái)看，IPP分子中每個(gè)含甲基（一CH3）的碳原子都有相同的構(gòu)型，即如果把主鏈拉伸（實(shí)際呈線團(tuán)狀），使主鏈的碳原子排列在主平面內(nèi)，則所有的甲基—CH3）都排列在主平面的同一側(cè)。我國(guó)各石化企業(yè)生產(chǎn)的均聚聚丙烯都屬于等規(guī)聚丙烯。間規(guī)聚丙烯，英文縮寫(xiě)為SPP。從立體化學(xué)來(lái)看，SPP分子中含有甲基（一CH3）的碳原子分為兩種不同構(gòu)型且交替排列，如把主鏈拉伸，使主鏈的碳原子排列在主平面內(nèi)，則所有的甲基（-CH3）交替排列在主平面的兩側(cè)。SPP是高彈性的熱塑性塑料，有良好的拉伸強(qiáng)度，它可以像乙丙橡膠那樣進(jìn)行硫化成為彈性體，機(jī)械性能優(yōu)于一般不飽和橡膠。無(wú)規(guī)聚丙烯，英文縮寫(xiě)為APP。從立體化學(xué)來(lái)看，APP主鏈上所連甲基（一CH3）在主平面上下兩方呈無(wú)規(guī)則排列。APP曾是碳酸鈣填充母料的載體樹(shù)脂的主要原料，其原因是它作為IPP生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)物，價(jià)格較為低廉，當(dāng)初作為技術(shù)輸出的外國(guó)公司認(rèn)為它沒(méi)有應(yīng)用價(jià)值，通常將其焚燒處理，是我國(guó)的科技人員將其用于制作碳酸鈣填充母料。在八十年代初期，APP母料曾紅極一時(shí)，為當(dāng)時(shí)合成樹(shù)脂原料奇缺的塑料工業(yè)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益。后來(lái)北京燕山石化進(jìn)行了技術(shù)改造，改變了聚丙烯生產(chǎn)工藝，使得副產(chǎn)物APP的來(lái)源枯竭，碳酸鈣填充母料用的載體樹(shù)脂轉(zhuǎn)向其它高分子材料。但APP作為一種聚合物，仍然有其自己的獨(dú)特之處，至今仍有一些進(jìn)口的APP在許多領(lǐng)域使用，這些APP已不再是IPP生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)物，而是特殊工藝制造出的真正意義上的無(wú)規(guī)聚丙烯。純APP為典型的非晶態(tài)高分子材料，內(nèi)聚力較小，玻璃化溫度低，常溫下呈橡膠狀態(tài)，而高于50C時(shí)即可緩慢流動(dòng)。13材料性能物理性能：一般地說(shuō)，無(wú)規(guī)PP共聚物比PP均聚物的撓曲性好而剛性低。它們?cè)跍囟冉抵?2°F時(shí)，還能保持適中的沖擊強(qiáng)度，而當(dāng)溫度降至-4°F時(shí)，用途就有限了。共聚物的彎曲模量（1%應(yīng)變時(shí)的割線模量）在483?1034MPa范圍內(nèi)，而均聚物則在1034?1379MPa范圍內(nèi)。PP共聚物材料的分子量對(duì)剛性的影響不如PP均聚物的大。帶切口的懸臂梁式?jīng)_擊強(qiáng)度一般在0.8?1.4英尺？磅/英寸的范圍內(nèi)。耐化學(xué)性能：無(wú)規(guī)PP共聚物對(duì)酸、堿、醇、低沸點(diǎn)碳?xì)浠衔锶軇┘霸S多有機(jī)化學(xué)品的作用有很強(qiáng)的抵抗力。室溫下，PP共聚物基本不溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑。而且，當(dāng)暴露在肥皂、皂堿液、水性試劑和醇類中時(shí)，它們不像其它許多聚合物那樣會(huì)發(fā)生環(huán)境應(yīng)力斷裂損壞。當(dāng)與某些化學(xué)品接觸時(shí)，特別是液體烴、氯代有機(jī)物和強(qiáng)氧化劑，能引起表面裂紋或溶脹。非極性化合物一般比極性化合物更容易為聚丙烯所吸收。阻隔性能：PP共聚物和均聚物都有很低的水蒸汽滲透率（0.5克/毫升/100平方英寸/24小時(shí)）。這些性質(zhì)可以通過(guò)定向加以改進(jìn)。拉伸吹塑型聚丙烯瓶子已把抗水蒸汽滲透性能改進(jìn)至0.3,氧氣滲透率到2500。電性能：一般地，聚丙烯有很好的電性能，包括：高介電強(qiáng)度，低介電常數(shù)和低損耗因子。其中，電力應(yīng)用一般選擇均聚物。2聚丙烯樹(shù)脂生產(chǎn)方法及工藝2.1生產(chǎn)方法聚丙烯的生產(chǎn)方法如果按聚合反應(yīng)相態(tài)來(lái)分，主要有4種，即溶液法、溶劑淤漿法、液相本體法和氣相法。2.1.1溶液法溶液法是早期的生產(chǎn)方法，丙烯在160-170°C、聚合壓力在2.8-7.0MPa下進(jìn)行聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)生成的PP溶解在溶劑中，PP冷卻后方能析出，用離心分離機(jī)分離出PP和溶劑，再?gòu)娜軇┲谐ゴ呋瘎堅(jiān)蜔o(wú)規(guī)物。這種方法容易控制PP的分子量和分子量分布，但是需要采用高溫和較高的壓力，反應(yīng)設(shè)備費(fèi)用高、工藝流程長(zhǎng)、無(wú)規(guī)物多，生產(chǎn)成本高，所以現(xiàn)在很少采用。2.1.2溶劑淤漿法溶劑淤漿法工藝可以分為常規(guī)催化劑淤漿法和高效催化劑淤漿法兩種。早期的溶劑淤漿法工藝是采用常規(guī)催化劑，用溶劑做稀釋劑，采用C6-C7脂肪烴，丙烯在60-80C、1-2MPa下進(jìn)行聚合反應(yīng)，生成的PP懸浮在稀釋劑中，聚合反應(yīng)在帶有攪拌機(jī)和冷卻裝置的釜式反應(yīng)器中進(jìn)行。工藝需要除去未反應(yīng)的單體、除去無(wú)規(guī)物和催化劑殘?jiān)?，PP需要進(jìn)行干燥。高效催化劑淤漿法工藝采用超高活性催化劑，無(wú)需除去無(wú)規(guī)物和催化劑殘?jiān)?，因而?jiǎn)化了工藝流程，降低了生產(chǎn)成本。2.1.3液相本體法液相本體法無(wú)需烴類稀釋劑，而是將丙烯單體本身作為稀釋劑來(lái)使用，在50-80C、3.0-4.0MPa和催化劑下進(jìn)行聚合反應(yīng)，聚合物淤漿則減壓閃蒸，除去未發(fā)言的丙烯單體，采用高活性催化劑＞無(wú)需脫灰和脫無(wú)規(guī)聚合物工藝，因而簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝。2.1.4氣相法PP氣相法工藝是BASF在1969年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的。由于采用反應(yīng)器的種類不同，可以分為氣相攪拌床和氣相流化床法。氣相攪拌床反應(yīng)器內(nèi)單體的流速保持在流態(tài)化速度以下，因而空速比氣相流化床工藝高，而且向反應(yīng)器加入液相丙烯時(shí)，能夠吸收反應(yīng)熱后氣化，除去聚合熱。2.2主要生產(chǎn)工藝221巴塞爾(Basell)生產(chǎn)工藝該工藝采用球型(Spheripol)生產(chǎn)技術(shù)。液體丙烯在環(huán)管反應(yīng)器中進(jìn)行均聚和無(wú)規(guī)共聚，多相抗沖共聚物在一個(gè)串聯(lián)的氣相反應(yīng)器中生成，由于采用超高活性催化劑，因而無(wú)需除去催化劑殘?jiān)蜔o(wú)定形聚合物功效。未反應(yīng)單體在二段加壓系統(tǒng)中閃蒸并循環(huán)返回至反應(yīng)器。該工藝具有投資和操作費(fèi)用低，產(chǎn)品收率高和質(zhì)量好等特點(diǎn)。該工藝可以生產(chǎn)出均聚聚丙烯、無(wú)規(guī)共聚和三聚體的聚丙烯產(chǎn)品，還可以多種抗沖和特種抗沖(可組合質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)25%的乙烯)共聚體以及高增強(qiáng)、高透明的共聚PP。巴塞爾公司最近還開(kāi)發(fā)了生產(chǎn)聚丙烯的多區(qū)反應(yīng)器技術(shù)，該技術(shù)可以生產(chǎn)高剛性的均聚丙烯或高均相共聚丙烯。這一技術(shù)可使高剛性和抗沖性能得以均衡，在汽車工業(yè)和機(jī)器設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，可替代工程塑料。222BP氣相法(Innovene)工藝該氣相法工藝采用第四代催化劑生產(chǎn)聚丙烯均聚物，無(wú)規(guī)共聚物和抗沖共聚物。催化劑配制為礦物油淤漿，采用臥式攪拌床反應(yīng)器。該工藝已經(jīng)應(yīng)用于德國(guó)吉申克爾赤、中國(guó)揚(yáng)子、上海賽科、北京燕山、新疆獨(dú)山子石化、比利時(shí)吉爾、荷蘭吉寧和美國(guó)喬古拉特-貝榮的聚丙烯生產(chǎn)裝置上。2.2.3三井化學(xué)公司Hypol工藝三井化學(xué)的Hypol工藝為無(wú)溶劑、無(wú)脫灰過(guò)程，減少了脫除無(wú)規(guī)聚合物和催化劑殘?jiān)墓ば?，催化劑活性?-10萬(wàn)kg/kg。聚合物等規(guī)度達(dá)98.0%-99.9%。目前世界上有25套生產(chǎn)裝置采用該生產(chǎn)工藝技術(shù)在運(yùn)轉(zhuǎn)、設(shè)計(jì)和