聚丙烯

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聚丙烯是丙烯加聚反应而成的聚合物。系白色蜡状材料,外观透明而轻。密度为0.89~0.91g/cm3 [1]  易燃,熔点165℃,在155℃左右软化,使用温度范围为-30~140℃ [2]  。在80℃以下能耐酸、碱、盐液及多种有机溶剂的腐蚀,能在高温和氧化作用下分解。聚丙烯广泛应用于服装、毛毯等纤维制品、医疗器械、汽车、自行车、零件、输送管道、化工容器等生产,也用于食品、药品包装。 [3] 
中文名
聚丙烯
外文名
polypropylene
简    称
PP
形    状
无色、无臭、无毒、半透明固体物质
密    度
0.89~0.91g/cm³
改    性
接枝、共聚、交联、增强、填充等
再利用
合金化、复合化等
CAS号
9003-07-0
特    性
热塑性、比重轻、耐化学腐蚀等

聚丙烯简介

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聚丙烯特性

聚丙烯简称PP,是一种无色、无臭、无毒、半透明固体物质。 [4]  聚丙烯(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、农林渔业和食品工业等众多领域得到广泛的开发应用。 [4]  近年来,随着我国包装、电子、汽车等工业的快速发展,极大地促进了我国工业的发展。 [5]  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。 另外聚丙烯具有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。 [6] 
小鼠以8g/kg剂量灌胃1~5次,未引起明显中毒症状。大鼠吸入聚丙烯加热至210~220℃时的分解产物30次,每次2h,出现眼粘膜及上呼吸道刺激症状。与聚乙烯相同禁止用其再生制品盛装食品。 [3] 

聚丙烯发展简史

1954年G·纳塔首先将丙烯聚合成聚丙烯(采用铝钛的氯化物做催化剂),并创立了定向聚合理论,引起了人们的关注。 [4] 
1957年意大利的蒙特卡提尼公司和美国赫克勒斯(Hecules)公司分别建立了6000t/a和9000t/a的聚丙烯生产装置。 [4] 
20世纪60年代后期到70年代中期聚丙烯进入了大发展时期。 [4] 
80年代至今,聚丙烯产量在合成树脂中居于前列,现在仅低于聚乙烯,居第2位。 [4] 
中国于1962年开始研究聚丙烯生产工艺。 [4]  从20世纪80年代开始,聚丙烯在中国发展迅速。我国引进了一些先进的关于聚丙烯生产技术和生产设备,先后建立了燕山、扬子、辽阳等一批大中型聚丙烯生产设施,各地也兴建了大量小型散装聚丙烯生产设施,并对缓解供需矛盾起到了一定的作用。生产规模的大幅度增加,促使我国聚丙烯树脂生产进入了快速发展阶段 [7]  。2012年,我国PP生产能力达到1296.7万t。 [8]  2015年,我国PP产能为2013万吨/年。 [9] 

聚丙烯供需现状

由于我国聚丙烯的供需差距较大,近年来,大多数新的大型炼油、乙烯联产项目和煤烯烃项目都配备了聚丙烯装置,因此,未来中国聚丙烯产能将大幅增加。同时,还需要考虑那些小型的落后聚丙烯安装技术,尤其是间歇式小体法装置将被逐步淘汰,估计等到2025年聚丙烯在我国的生产能力将达到更高的水平。随着中国经济快速发展,对各种化工原料的需求不断增加,导致了对聚丙烯的消耗量达到有史以来最高水平,因此我国将成为世界上聚丙烯最大消费国家。2003年,我国聚丙烯的消耗量已经达到532万吨;2007年率先达到1000万吨;2008年受金融危机影响,略降至1079万吨;目前(2018年),在基础设施投资和国内需求的推动下,增长至1232万吨。 [7] 

聚丙烯生产工艺

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聚丙烯树脂是四大通用型热塑性树脂(聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)之一,以丙烯为原料,乙烯为共聚单体通过聚合反应生产制得。 [10] 
聚丙烯的生产工艺主要经历了溶剂法、溶液法,液相本体法(含液相气相组合式)和气相法几个发展阶段。世界上用于生产聚丙烯的工艺方法按类别划分主要有以下几大类:溶剂法、溶液法,液相本体法(含液相气相组合式)和气相法。各工艺特点简介如下: [10] 

聚丙烯溶剂聚合法

溶剂法(又称浆液法或泥浆法、淤浆法)是最早采用的聚丙烯生产工艺,但由于有脱灰和溶剂回收工序,流程长,较复杂等缺点,随着催化剂研究技术的进步,从八十年代起,溶剂法已趋于停滞状态,逐渐为液相本体法所取代。 [10] 
工艺特点:(1)丙烯单体溶解在惰性液相溶剂中(如己烷中),在催化剂作用下进行溶剂聚合,聚合物以固体输粒状态悬浮在溶剂中,采用釜式搅拌反应器;(2)有脱灰和溶剂回收工序,流程长,较复杂,装置投资大,能耗高。但生产易控制,产品质量好;(3)以离心过滤方法分离聚丙烯颗粒再经气流沸腾干燥和挤压造粒。 [10] 

聚丙烯溶液聚合法

工艺特点:(1)使用高沸点直链烃作溶剂,在高于聚丙烯熔点的温度下操作,所得聚合物全部溶解在溶剂中呈均相分布;(2)高温气提方法蒸发脱除溶剂得熔融聚丙烯,再挤出造粒得粒料产品;(3)生产厂家只有美国柯达公司一家。 [10] 

聚丙烯液相本体法

含液相气相组合式,液相本体法聚丙烯生产工艺是聚丙烯生产中后期发展起来的新工艺。该生产工艺是聚丙烯1957年开始工业化生产七年之后问世的。 [10] 
采用液相本体法生产聚丙烯,是在反应体系中不加任何其他溶剂,将催化剂直接分散在液相丙烯中进行丙烯液相本体聚合反应。聚合物从液相丙烯中不断析出,以细颗粒状悬浮在液相丙烯中。随着反应时间的增长,聚合物颗粒在液相丙烯中的浓度增高。当丙烯转化率达到一定程度时,经闪蒸回收未聚合的丙烯单体,即得到粉料聚丙烯产品。这是一种比较简单和先进的聚丙烯工业生产方法。液相本体法工艺代表着八十年代国际上聚丙烯生产的新技术、新水平。 [10] 
工艺特点:(1)系统中不加溶剂,丙烯单体以液相状态在釜式反应器中进行液相本体聚合,乙烯丙烯在流化床反应器中进行气相共聚;(2)流程简单,设备少、投资省,动力消耗及生产成本低;(3)均聚采用釜式搅拌反应器(Hypol工艺),或环管反应器(Spheripol工艺),无规共聚和嵌段共聚均在搅拌式流化床中进行。 [10] 
采用液相本体法的典型代表是BASELL公司的Spherizone液相本体法工艺。Spherizone是一种气相循环技术,采用齐格勒-纳塔催化剂,可生产出保持韧性和加工性能同时又具有高结晶度、刚性和更加均一的聚合体。它可在单一反应器中制得高度均一的多单体树脂或双峰均聚物。Spherizone循环反应有二个互通的区域,不同的区域起到由其它工艺的气相和液相环管反应器所起的作用。这两个区域能产生具有不同相对分子质量或单体组成分布的树脂,扩大了聚丙烯的性能范围。 [10] 
该工艺的核心设备为MZCR(多区循环反应器系统)反应器R230系统。该反应器由提升管和下降管两部分组成。在提升管内聚合物通过反应气体向上吹,形成流化,并送入下降管的上部经过旋风分离器后,粉料在收集在下降管内。反应气体由离心式压缩机通过外部的管线循环,反应热依靠在外部循环管线上的循环器冷却器来移出。反应器产品通过安装在下降管下部的阀门排出。排出的粉料经过高压和低压脱气后,在生产均聚物和无规共聚物时,直接进行汽蒸和干燥,得到粉料产品。生产抗冲产品时,经过高压脱气后的粉料排入气相流化床反应器。该反应器仍采用Spheripol II气相反应器系统。共聚反应器为立式圆筒式容器,上、下为球形封头,下部为沸腾床,主体材料为不锈钢,内表面抛光。 [10] 
该工艺目前单线最大生产能力已达45万吨/年。MZCR(多区循环反应器)抗冲共聚产品的乙烯含量可高达 22%(橡胶含量大于40%),还可生产含乙烯和丁烯-1的三元共聚产品。 [10] 

聚丙烯气相本体法

工艺特点:(1)系统不引入溶剂,丙烯单体以气相状态在反应器中进行气相本体聚合;(2)流程简短,设备少、生产安全,生产成本低;(3)聚合反应器有流化床(联碳/壳牌UNIPOI工艺)、立式搅拌床(巴斯夫Novolen工艺)及卧式搅拌床(阿莫科/埃尔帕索工艺)。 [10] 
采用气相本体法的典型代表是DOW化学公司Unipol气相工艺。Unipol气相聚丙烯工艺是美国联碳公司(UCCP)和壳牌公司于二十世纪八十年代开发的一种气相流化床聚丙烯工艺,是将应用在聚乙烯生产上的流化床工艺移植到聚丙烯生产中,并获得成功。该工艺采用高效催化剂体系,主催化剂为高效载体催化剂,助催化剂为三乙基铝、给电子体。 [10] 
UNIPOL工艺具有简单、灵活、经济和安全的特点;该工艺只用很少的设备就能生产出包括均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物在内的全范围产品,可在较大操作范围内调节操作条件而使产品性能保持均一。因为使用的设备数量少而使维修工作量小,装置的可靠性提高。由于流化床反应动力学本身的限制,加上操作压力低使系统中物料的贮量减小,使得该工艺比其它工艺操作安全,不存在事故失控时设备超压的危险。 [10] 
此工艺没有液体废料排出,排放到大气的烃类也很少,因此对环境的影响非常小,与其它工艺相比,该工艺更容易达到环保、健康和安全的各种严格规范。该工艺的另一显著特点是可以配合超冷凝态操作,即所谓的超冷凝态气相流化床工艺(SCM)。该技术通过将反应器内液相的比例提高到45%,可使现有的生产能力提高200%。由于液体含量多少不是流化床不稳定、形成聚合物结块的基本因素,因此该技术关键的操作变量是膨胀床的密度及膨胀松密度与沉降松密度的比例。由于超冷凝态操作能够最有效地移走反应热,它能使反应器在体积不增加的情况下提高2倍以上的生产能力,对于投资的节省是非常可观的。抗冲共聚产品的乙烯含量可高达17% (橡胶含量大于30%)的抗冲共聚产品。 [10] 
该工艺的核心设备为气相流化床反应器、循环气压缩机、循环气冷却器和挤压造粒机组。流化床反应器是空心式容器,其顶部带有扩大段,底部带有分布器,第一反应器操作压力为3.5MPaG,温度67℃,第二反应器操作压力为2.1MPaG,温度70℃;循环气压缩机为单级、恒速、离心式压缩机。 [10] 

聚丙烯聚丙烯(PP)改性

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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,成为当前塑料加工发展最为活跃的,取得成果最为丰盛的领域。 [11] 

聚丙烯PP化学改性

通过共聚改性、交联改性、接技改性、添加成核剂等使PP(聚丙烯)高分子组分与大分子结构或晶体构型发生改变而提高其机械性能、耐热性、耐老化性等性能,提升其综合性能、扩大其应用领域。 [12] 
(1)共聚改性
共聚改性是采用茂金属等催化剂在丙烯单体合成阶段进行的改性。当单体聚合时,加入的烯烃类单体与之进行共聚,聚合得到无规共聚物、嵌段共聚物和交替共聚物等,均聚PP的机械性能、透明性和加工流动性都得以提升。茂金属催化剂形成的络合物是以不规则形状受到一定限制的过渡状态作为单一活性中心,达到精确控制相对分子质量及其分布、共聚单体含量、主链上的分布和高聚物晶型结构。 [12] 
(2)接枝改性
PP(聚丙烯)树脂分子呈非极性结晶型线型结构,表面活性低,无极性。存在表面印刷性不良;涂布粘接不良;与极性高聚物难以共混;与极性增强纤维、填料难以相容的缺点。接技改性是向其大分子链上引入极性基团,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。在引发剂作用下,熔融混炼时接技单体进行接技反应,引发剂在加热熔融受热时分解产生活性游离基,当活性游离基遇到不饱和羧酸单体时,促使不饱和羧酸单体不稳定键打开后与PP活性游离基反应形成接技游离基,随后通过分子链转移反应而终止。PP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、机械性能大幅提升。 [12] 
(3)交联改性
交联改性主要是把线型或者是枝状的聚合物通过交联的方法改性成为网状结构的聚合物。PP(聚丙烯)交联改性可以使其力学性能、耐热性以及形态稳定性得到改善,成型周期缩短。聚丙烯交联改性主要方法有化学交联改性、辐射交联改性,它们主要区别在于交联机理不同、活性源不同;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强辐射或强光来实现,由于辐射交联改性对PP厚度要求使得该法普及困难。目前硅烷接枝交联法由于其能够制备出性能优良的材料而发展迅速,硅烷接枝交联法生产的PP强度高、耐热性好、熔体强度高、化学稳定性强、耐腐蚀性能好。 [12] 

聚丙烯PP物理改性

在混合、混炼过程中向PP(聚丙烯)基体中添加有机或无机助剂等得到性能优异的PP复合材料,主要包括:填充改性、共混改性等。 [12] 
(1)填充改性
在PP成型过程中,将硅酸盐、碳酸钙、二氧化硅、纤维素、玻璃纤维等填料填充于聚合物中,达到PP耐热性提高、成本降低、刚性提高、成型收缩率降低等,但PP冲击强度、伸长率也会随之降低。玻璃纤维作为一种性能优异的无机非金属晶须,价格低、绝缘好、耐热强、抗腐好,机械强度高,应用比较普遍,经玻璃纤维填充改性的PP性能得到明显的改善,但是玻纤添加量达到30%左右时,材料的机械性能才能有明显的提高;添加量过大时会导致部分玻璃纤维得不到充分浸渍,使聚合物基体与玻璃纤维界面的结合性能变差,导致复合材料的力学强度下降,并且随着玻璃纤维添加量的增加复合材料的流动性能降低,导致PP成型加工工艺性能困难。 [12] 
(2)共混改性
将PP(聚丙烯)与聚乙烯、工程塑料、热塑性弹性体或橡胶等共混,达到提升PP性能的改性方法。共混改性是在密炼机、开炼机、挤出机等加工设备中完成,工艺过程易调控,生产周期短、耗资少,可改进PP的着色性、加工性、抗静电性、耐冲击性等多种性能。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,共混物综合性能明显提升,但共混改性PP的耐低温性、耐老化性仍然不甚理想。共混改性时,剪切力可能导致一部分大分子链被切断形成自由基并形成接枝或嵌段共聚物,这些新的共聚物也可以有效的对PP起到增容作用。 [12] 
PP改性技术使得复合材料机械性能得到成倍的提升,极大的拓展了PP应用领域,提高了制品的性价比,推动了PP的工程化进程,也使得PP从通用塑料拓展应用于工程塑料领域,大大拓宽了它的应用范围。近年,PP改性技术的研究发展迅速,越来越多新型技术应用于PP改性,PP综合性能提升明显、应用领域不断扩大,发展前景十分广阔。 [12] 
(3)增强改性
纤维状材料加入到塑料中,可以显著提高塑料材料的强度,故称之为增强改性。大径厚比的材料可以显著提高塑料材料的弯曲模量(刚性),也可以将其称之为增强改性。 [11] 
PP(聚丙烯)的增强改性中应用的增强材料主要是玻璃纤维及其制品,此外还有碳纤维、有机纤维、硼纤维、晶须等。玻璃纤维增强PP中,用得较多的玻璃纤维为无碱玻璃纤维和中碱玻璃纤维,其中无碱玻璃纤维的用量最大。玻纤的直径控制在6~15μm范围内,玻纤的长度必须保证在0.25~0.76mm,这样既能够保证制品性能,又能使玻纤分散良好。一般认为制品中的玻纤长度大于0.2 mm时才有改性效果。玻纤含量(质量分数)在10%~30%为佳,超过40%时性能下降。另外,添加有机硅烷类偶联剂能使玻纤和PP两者形成良好界面,提高复合体系的弯曲模量、硬度、负荷变形温度,特别是尺寸稳定性。 [13] 
由于玻纤增强PP可以提高机械强度和耐热性,且玻纤增强PP的耐水蒸汽性、耐化学腐蚀性和耐蠕变性都很好,在许多场合可以作为工程塑料使用,如风扇叶片、暖风机格栅、叶轮泵、灯罩、电炉和加热器外壳等等。 [11] 
聚丙烯在生产数量迅速发展的同时,也在性能上不断出新,使其应用的广度和深度不断变化,近年来或者通过在聚合反应时加以改进,或者在聚合后造粒时采取措施,有一些更具独特性能的聚丙烯新的品种问世,如透明聚丙烯、高熔体强度聚丙烯等。 [11] 

聚丙烯透明改性

PP(聚丙烯)的结晶是造成不透明的主要原因,利用急冷冻结PP的结晶趋向,可以得到透明的薄膜,但有一定壁厚的制品,因热传导需要时间,芯层不可能迅速被冷却冻结,因此对于有一定厚度的制品不能指望用急冷的办法提高透明度,必须从PP的结晶规律和影响因素入手。 [11] 
经一定技术手段得到的改性PP,可具有优良的透明性和表面光泽度,甚至可以和典型的透明塑料(如PET、PVC、PS等)相媲美。透明PP更为优越的是热变形温度高,一般可高于110℃,有的甚至可达135℃,而上述三种透明塑料的热变形温度都低于90℃。由于透明PP的性能优势明显,近年来在全球都得以迅速发展,应用领域从家庭日用品到医疗器械,从包装用品到耐热器皿(微波炉加热用),都在大量使用。 [11] 
PP的透明性提高可通过以下三种途径:
(1)采用茂金属催化剂聚合出具有透明性的PP;
(2)通过无规共聚得到透明性PP;
(3)在普通聚丙烯中加入透明改性剂(主要是成核剂)提高其透明性。 [11] 

聚丙烯高熔体强度聚丙烯

聚丙烯的缺点之一是熔体强度低,耐熔垂性差。通常非晶态聚合物(如ABS、PS)在较宽的温度范围内存在类似橡胶一样的弹性行为,而处于半结晶的聚丙烯则没有。这一缺点造成了聚丙烯不能在较宽的温度范围内进行热成型,它的软化点和熔点非常接近,一旦到达熔点,熔体粘度急剧下降,随之熔体强度也大幅下降,导致在热成型时制品壁厚不均,挤出发泡泡孔塌陷等问题,大大限制了聚丙烯在某些方面的应用。高熔体强度聚丙烯(HMSPP)就是指熔体强度对温度和熔体流动速率不太敏感的聚丙烯,极具开发应用前景。 [11] 
HMSPP是一种树脂含有长支链的聚丙烯,长支链是在后聚合中引发接枝的,这种均聚物的熔体强度是具有相似流动特性普通聚丙烯均聚物的9倍,在密度和熔体流动速率相近的情况下,HMSPP的屈服强度、弯曲模量以及热变形温度和熔点均高于普通聚丙烯,但缺口冲击强度比普通聚丙烯低。 [11] 
HMSPP的另外一个特点是具有较高的结晶温度和较短的结晶时间,从而允许热成型制件可以在较高温度下脱模,以缩短成型周期,可以在普通热成型设备上制成较大拉伸比、薄壁的容器。 [11] 
HMSPP在恒定应变速率下,熔体流动的应力开始呈现逐渐增加,然后成指数级增加,表现出明显的应变硬化行为。发生应变时,普通聚丙烯的拉伸粘度随即下降,而HMSPP则保持稳定。HMSPP的应变硬化能力可以保证其在成型拉伸时,保持均匀变形,而普通PP在受到拉伸时总是从结构中最薄弱的或最热的地方开始变形,导致制品种种缺陷,甚至不能成型。 [11] 
目前,HMSPP的制备方法主要有两种:一种是将聚丙烯与其他化合物进行反应性改性,另一类是聚丙烯与其他聚合物进行共混改性,具体的实施方法主要有射线辐射法、反应挤出法、聚合过程中引发接枝法等。在制备HMSPP的过程中,面临着两大难题:聚丙烯的降解和凝胶问题,同时存在着聚合物接枝与单体均聚的竞争、聚合物主链β断键和交联与支化的竞争。影响高聚物熔体强度的主要因素是其分子结构。就聚丙烯而言,相对分子质量及其分布和是否具有支链结构决定其熔体强度。一般相对分子质量越大,相对分子质量分布越宽,其熔体强度越大,长支链可明显提高接枝聚丙烯的熔体强度。 [11] 
HMSPP专用树脂解决了普通聚丙烯热成型困难的问题,可在普通热成型设备上成型较大拉伸比的薄壁容器,加工温度范围较宽,工艺容易掌握,容器壁厚均匀。可以用于制作微波食品容器和高温蒸煮杀菌容器。混有HMSPP的普通聚丙烯比纯普通聚丙烯具有较高的加工温度和加工速度,制成的薄膜透明性也好于普通聚丙烯。这主要是由于HMSPP具有拉伸应变硬化的特点,它的长支链具有细化晶核的作用。 [11] 
HMSPP的应变硬化行为是取得高拉伸比和涂覆速度快的关键因素。使用HMSPP可获得较高的涂覆速度和较薄的涂层厚度。HMSPP具有较高的熔体强度和拉伸粘度,其拉伸粘度随剪切应力和时间的增加而增加,应变硬化行为促使泡孔稳定增长,抑制了微孔壁的破坏,开辟了聚丙烯挤出发泡的可能性。 [11] 
高熔体强度聚丙烯的研究虽然起自20世纪80年代末,但它的各种优异性能、合理的价格优势以及广泛的应用范围已经获得世界范围的认同,并有逐步取代传统的PS、ABS,向工程塑料发展的趋势,其开发利用前景广阔。
聚丙烯是重要的通用塑料之一,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。作为改性塑料行业,聚丙烯的高性价比、多功能化和工程化始终是摆在面前的重要任务。 [11] 

聚丙烯应用

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聚丙烯用途分配

欧美各国用于注射制品占总消费量的50%,主要用作汽车、电器的零部件,各种容器、家具、包装材料和医疗器材等;薄膜占8%~15%,聚丙烯纤维(中国习称丙纶)占8%~10%;建筑等用的管材和板材占10%~15%,其他为10%~12%。中国目前用于编织制品的量占40%~45%,其次是薄膜和注射制品占40%左右;丙纶及其他占10%~20%。 [4] 
我国主要将聚丙烯这种材料应用在食品包装、家用物品、汽车、光纤等领域。我国使用聚丙烯最大的领域是编织袋、包装袋、捆扎绳等产品,约占总消费的 30%。近年来,随着聚丙烯注塑产品和包装膜的发展,聚丙烯用于织造产品的比例有所下降,但还是其聚丙烯消耗最多的区域。注塑产品是中国第二大聚丙烯消费领域,占总消费量的 26% 左右,它也是未来聚丙烯需求量最大的地区之一。国产聚丙烯的另一个主要消费领域是薄膜,占总消费的 20%左右,主要是BOPP(双向拉伸聚丙烯薄膜)薄膜。在未来的几年里,纺织产品的比例将逐渐下降,而注塑产品、管材和板材的比例将会增加,根据专家对聚丙烯行业发展的预测,到2020年我国对聚丙烯的需求量有可能达到2370万吨左右。纺织产品、注塑产品、薄膜仍是我国聚丙烯的主要需求领域,而管材、板材、纤维等领域的年度需求增长迅速,国内对聚丙烯的需求也迅速增长。高速绘图BOPP薄膜、管材、薄无纺布、高透明食品容器等特种材料市场发展前景良好。 [7] 

聚丙烯机械及汽车制造零部件

聚丙烯具有良好的机械性能,可以直接制造或改性后制造各种机械设备的零部件,如制造工业管道、农用水管、电机风扇、基建模板等。改性的聚丙烯可模塑成保险杠、防擦条、汽车方向盘、仪表盘及车内装饰件等,大大减轻车身自重达到节约能源的目的。 [6] 

聚丙烯电子及电气工业器件

改性的聚丙烯可用于制作家用电器的绝缘外壳及洗衣机内胆,普遍用于电线电缆和其他电器的绝缘材料。采用重量份数的均聚聚丙烯60~80份,乙烯-乙烯醇共聚物20~40份,相容剂(聚丙烯马来酸酐接枝物与乙烯-乙烯醇共聚物的反应物)1~10份,于170℃~190℃条件下混炼制成的聚丙烯复合材料具有较高的韧性,其冲击强度高达210J/m,具有较高的气体阻隔性能,透水蒸汽速率接近2000g·μm/(m2·24h)。在制备阻隔性薄膜时,可采用传统的制膜工艺进行生产,工艺较为简单,生产的成本较低。 [6] 

聚丙烯建筑业

聚丙烯纤维是所有化学纤维中是最轻的,其密度为(0.90~0.92)g/cm3,具有强度高、韧性好,耐化学品性和抗微生物性好及价格低等优点,用玻璃纤维增强改性或用橡胶、SBS改性过的聚丙烯被大量用于制作建筑工程模板发泡后的聚丙烯可用于制作装饰材料。 [6]  在地震发生时,聚丙烯纤维陶粒混凝土的破坏形态为塑性破坏,无碎块剥落。选用聚丙烯纤维陶粒混凝土比素陶粒混凝土更安全。 [6] 

聚丙烯农业、渔业及食品工业

聚丙烯可用于制作温室气蓬、地膜、培养瓶、农具、鱼网等,制作食品周转箱、食品袋、饮料包装瓶等。与废旧PET(聚对苯二甲酸乙二酯)反应性共混制成多功能废旧PET,将多功能废旧PET与聚丙烯原位成纤复合制成的原位成纤复合材料。该复合材料具有废旧PET形成异形微纤、废旧PET微纤与PP基体树脂间形成适度柔性强结合的界面等结构特征,废旧PET与PP复合制备的原位成纤复合材料的韧性刚性均比PP明显提高,力学性能的重现性相当好。将我国每年大量产生的废弃物即废旧PET资源化,具有显著的经济和社会效益。 [6] 
我国东部沿海地区,拥有广袤的海洋滩涂,具有典型的盐渍土特征。有研究聚丙烯酰胺(PAM)协同3种牧草对滨海盐渍土区实施水土保持。生物措施下施用PAM。对3种牧草均有促进土壤提高抗侵蚀能力的提升具有良好的促进作用。施用PAM可减少土壤侵蚀量,提升雨水截留量;优先考虑低剂量(1g/m),其单位质量PAM的水土保持效益最高,可减少年侵蚀量42.8%~46.7%,可抑制土壤腾发总量28.7%~40.4%,增大土壤水分散失量5.0%~12.4%,降低水分散失率1.83%~3.25%,促进土壤持水能力上升;在牧草生长初期。提升雨水截留量16.5%~33.8%。PAM的协同作用有利于抑制土壤腾发的产生和加强雨水截留能力。 [6] 

聚丙烯纺织和印刷工业

聚丙烯是合成纤维的原料,丙纶纤维被广泛用于制作轻质美观的耐用纺织用品,应用聚丙烯材料印刷出的画面特别光亮、鲜艳、美观。 [6] 

聚丙烯其它行业

在化学工业中,聚丙烯可以应用于制备各种耐腐蚀的输送管道、储槽、阀门、填料塔中的异型填料、过滤布、耐腐泵及耐腐容器的衬里;在医药方面可用于制作医疗器具;聚丙烯还可以通过接枝、复合和共混工艺,实现在能源领域的开发应用。 [6] 

聚丙烯废旧PP再资源化技术

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聚丙烯(PP)是目前第二大通用塑料,随着建筑、汽车、家电和包装等行业的发展,废旧PP成为近年来产量较大的废弃高分子材料之一。目前,处理废旧PP的途径主要有:焚烧供能、催化裂解制备燃料、直接利用和再资源化。考虑处理废旧PP过程中的技术可行性、成本、能量消耗和环境保护等因素,再资源化是目前最常用、有效和最为提倡的处理废旧PP途径。 [14] 
由于使用过程中受光、热、氧和外力等因素影响,PP的分子结构会发生变化,制品变黄、变脆、甚至开裂,导致PP韧性、尺寸稳定性、热氧稳定性和可加工性等明显变差,直接使用废旧PP制造制品难以满足加工和使用过程的要求。 [14] 
因此,废旧PP再资源化技术不断发展,采用与其他聚合物合金化或与填料复合化,可明显改善废旧PP的加工性能、热性能、物理和力学性能,实现废旧PP的高性能化。 [14] 

聚丙烯合金化

合金化是将废旧PP与其他高分子材料进行混合,制备宏观均匀材料的过程。通过选择不同高分子材料合金化,能够改善废旧PP加工性能、物理和力学性能,如采用弹性体可明显提高废旧PP的冲击韧性。 [14] 
有研究废旧PP/RU复合胶(天然橡胶和丁苯橡胶各占50%)共混材料的力学性能和热变形行为,发现先将RU复合胶塑炼成细小橡胶颗粒,使其均匀地分散于废旧PP连续相,可明显提高废旧PP的冲击强度和断裂伸长率,但会导致PP刚性和耐热变形性降低。 [14] 
由于绝大多数弹性体与废旧PP不相容,界面黏结较差,在加工和使用过程存在相分离,影响其性能。为改善废旧PP合金界面相容性,增强界面黏结,许多学者开展了广泛研究,发现了两种能增强共混材料的界面黏结,提高共混材料的储能模量、损耗模量和体系黏度的增容剂。 [14] 
硫化剂可提高共混材料的冲击与拉伸强度、熔体黏度、断裂伸长率和延展性; 过氧化物交联剂的加入还能进一步改善共混材料的相容性,提高共混材料冲击和拉伸强度,但导致断裂伸长率略有下降。 [14] 

聚丙烯复合化

复合化是将废旧PP与非高分子材料混合制备复合材料的过程,是实现废旧PP高性能化、功能化的主要途径。废旧PP复合化可改善其刚性、强度、热学、电学等物理与力学性能,降低成本等。 [14] 
按照填料成分可分为无机填料和有机填料。 [14] 
无机填料复合化
常用于PP复合的无机填料都可以用来与废旧PP复合,例如碳酸钙、滑石粉、蒙脱土、金属氧化物、粉煤灰和玻璃纤维等。研究发现这些无机填料虽能显著改善废旧PP刚性、降低成本,但与废旧PP极性相差较大,表面能高,相容性差,导致复合材料的断裂伸长率和冲击韧性下降。 [14] 
有机填料复合化
常见有机填料包括木粉与木纤维、淀粉、麦秸、麻纤维和废弃报纸等。有对木质纤维填充废旧PP微孔发泡技术的研究,结果表明熔融温度180℃,保压压力12.5MPa时,微孔结构均匀分布。由于微孔结构能够延长裂缝的传播路径,吸收外界冲击能量,从而提高冲击强度。 [14] 
天然纤维是新兴的废旧PP填充材料,针对其高吸水性以及与废旧PP的不相容性,对其进行表面处理是实现天然纤维填充废旧PP复合材料高性能化的主要方法。另外,废弃涤纶也可用于改性废旧PP,有学者研究了β-成核废旧PP/废弃涤纶织物复合材料的结晶行为,结果表明废弃涤纶和β-成核剂对废旧PP结晶均具有异相成核作用,提高废旧PP结晶温度,并诱导形成β晶。 [14] 
混杂复合化
混杂复合化是两种以上填料填充聚合物制备复合材料的过程。由于单一填料的局限性,混杂复合化可通过不同填料优势互补和协同作用,更好改善聚合物的综合性能。因此有关混杂填料填充废旧PP复合材料的制备和相关性能的研究已引起关注,涉及的填料主要包括不同无机填料混杂、无机/有机填料混杂。 [14] 

聚丙烯合金复合化

为充分发挥合金化和复合化优点,有研究者开始将合金化和复合化结合以进一步改善和提高废旧PP物理与力学性能,实现废旧PP高性能化和工业化,如有机填料和弹性体、无机填料和弹性体结合改性废旧PP等。 [14] 
针对这方面的研究结果表明:废旧PP和滑石粉填充废旧PP复合材料在低温下的断裂均为脆性行为,EOC(乙烯-辛烯共聚物)加入可显著改善复合材料的抗冲击性能;EOC增韧滑石粉填充废旧PP复合材料的动态力学行为并不随着回收次数增加而变化。 [14] 
参考资料
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