聚丙烯,是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂。按甲基排列位置分為等規(guī)聚丙烯(isotactic polypropylene)、無規(guī)聚丙烯(atactic polypropylene)和間規(guī)聚丙烯(syndiotactic polypropylene)三種。
甲基排列在分子主鏈的同一側稱等規(guī)聚丙烯,若甲基無秩序的排列在分子主鏈的兩側稱無規(guī)聚丙烯,當甲基交替排列在分子主鏈的兩側稱間規(guī)聚丙烯。一般工業(yè)生產的聚丙烯樹脂中,等規(guī)結構含量約為95%,其余為無規(guī)或間規(guī)聚丙烯。工業(yè)產品以等規(guī)物為主要成分。聚丙烯也包括丙烯與少量乙烯的共聚物在內。通常為半透明無色固體,無臭無毒。由于結構規(guī)整而高度結晶化,故熔點可高達167℃。耐熱、耐腐蝕,制品可用蒸汽消毒是其突出優(yōu)點。密度小,是最輕的通用塑料。缺點是耐低溫沖擊性差,較易老化,但可分別通過改性予以克服。
共聚物型的PP材料有較低的熱變形溫度(100℃)、低透明度、低光澤度、低剛性,但是有更強的抗沖擊強度,PP的沖擊強度隨著乙烯含量的增加而增大。PP的維卡軟化溫度為150℃。由于結晶度較高,這種材料的表面剛度和抗劃痕特性很好。PP不存在環(huán)境應力開裂問題。
PP的熔體質量流動速率(MFR)通常在1~100。低MFR的PP材料抗沖擊特性較好但延展強度較低。對于相同MFR的材料,共聚型的抗沖強度比均聚型的要高。由于結晶,PP的收縮率相當高,一般為1.6~2.0%。
物理性能:
聚丙烯為無毒、無臭、無味的乳白色高結晶的聚合物,密度只有0. 90--"0. 91g/cm3,是目前所有塑料中最輕的品種之一。它對水特別穩(wěn)定,在水中的吸水率僅為0. 01%,分子量約8萬一15萬。成型性好,但因收縮率大(為1%~2.5%).厚壁制品易凹陷,對一些尺寸精度較高零件,很難于達到要求,制品表面光澤好。
力學性能:
聚丙烯的結晶度高,結構規(guī)整,因而具有優(yōu)良的力學性能。聚丙烯力學性能的絕對值高于聚乙烯,但在塑料材料中仍屬于偏低的品種,其拉伸強度僅可達到30 MPa或稍高的水平。等規(guī)指數較大的聚丙烯具有較高的拉伸強度,但隨等規(guī)指數的提高,材料的沖擊強度有所下降,但下降至某一數值后不再變化。
溫度和加載速率對聚丙烯的韌性影響很大。當溫度高于玻璃化溫度時,沖擊破壞呈韌性斷裂,低于玻璃化溫度呈脆性斷裂,且沖擊強度值大幅度下降。提高加載速率,可使韌性斷裂向脆性斷裂轉變的溫度上升。聚丙烯具有優(yōu)異的抗彎曲疲勞性,其制品在常溫下可彎折106次而不損壞。
但在室溫和低溫下,由于本身的分子結構規(guī)整度高,所以抗沖擊強度較差。聚丙烯最突出的性能就是抗彎曲疲勞性,俗稱百折膠。
熱性能:
聚丙烯具有良好的耐熱性,制品能在100℃以上溫度進行消毒滅菌,在不受外力的條件下,150℃也不變形。脆化溫度為-35℃,在低于-35℃會發(fā)生脆化,耐寒性不如聚乙烯。對于聚丙烯玻璃化溫度的報道值有一18qC, 0qC, 5℃等,這也是由于人們采用不同試樣,其中所含晶相與無定形相的比例不同,使分子鏈中無定形部分鏈長不同所致。聚丙烯的熔融溫度比聚乙烯約提高40一50%,約為164一170℃, 100%等規(guī)度聚丙烯熔點為176℃。
化學穩(wěn)定性:
聚丙烯的化學穩(wěn)定性很好,除能被濃硫酸、濃硝酸侵蝕外,對其它各種化學試劑都比較穩(wěn)定,但低分子量的脂肪烴、芳香烴和氯化烴等能使聚丙烯軟化和溶脹,同時它的化學穩(wěn)定性隨結晶度的增加還有所提高,所以聚丙烯適合制作各種化工管道和配件,防腐蝕效果良好。
電性能:
它有較高的介電系數,且隨溫度的上升,可以用來制作受熱的電器絕緣制品。它的擊穿電壓也很高,適合用作電器配件等??闺妷?、耐電弧性好,但靜電度高,與銅接觸易老化。
耐候性:
聚丙烯對紫外線很敏感,加入氧化鋅、硫代二丙酸二月桂酯、炭黑或類似的乳白填料等可以改善其耐老化性能。
疏水參數計算參考值(XlogP):3.32、 氫鍵供體數量:03、 氫鍵受體數量:34、 可旋轉化學鍵數量:15、 互變異構體數量:6、 拓撲分子極性表面積(TPSA):29.5避免強氧化劑,氯,高錳酸鉀密閉,陰涼干燥處保存,確保有良好的通風。
特點:
無毒、無味,密度小,強度、剛度、硬度耐熱性均優(yōu)于低壓聚乙烯,可在100℃左右使用。具有良好的介電性能和高頻絕緣性且不受濕度影響,但低溫時變脆,不耐磨、易老化。適于制作一般機械零件、耐腐蝕零件和絕緣零件。常見的酸、堿等有機溶劑對它幾乎不起作用,可用于食具。
聚丙烯具有許多優(yōu)良特性:
1、相對密度小,僅為0.89-0.91,是塑料中最輕的品種之一。
2、良好的力學性能,除耐沖擊性外,其他力學性能均比聚乙烯好,成型加工性能好。
3、具有較高的耐熱性,連續(xù)使用溫度可達110-120℃。
4、化學性能好,幾乎不吸水,與絕大多數化學藥品不反應。
5、質地純凈,無毒性。
6、電絕緣性好。
7、聚丙烯制品的透明性比高密度聚乙烯制品的透明性好。
它有很多優(yōu)點但也有缺點:
1、制品耐寒性差,低溫沖擊強度低。
2、制品在使用中易受光、熱和氧的作用而老化。
3、著色性不好。
4、易燃燒。
5、韌性不好,靜電度高,染色性、印刷性和黏合性差。
應用:
1、家用電器:
近幾年我國家用電器產業(yè)發(fā)展迅速,品種多,產量大。2003年我國電冰箱產量為1850萬臺,空調器4200萬臺,洗衣機1700萬臺,微波爐3500萬臺。據“2004~2006年中國城市家庭影院市場研究咨詢報告”顯示,預計未來3年內我國家庭影院系統(tǒng)市場規(guī)模將達到690萬臺。另外,各種小家電也擁有巨大的潛在市場,這對改性PP來說,是一個極好的商機。我國一些塑料原料廠商已經開發(fā)出洗衣機專用料如PP 1947系列、K7726系列等,受到了洗衣機制造廠商的歡迎。因此,在未來幾年內應加大開發(fā)家用電器PP專用料的力度,以適應市場變化的需求。
2、塑料管材:
2003年全國塑料管材總產量突破180萬t,同比增長23%。早期,PP管材主要用作農用輸水管,但是由于早期產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,采用進口PP-R料生產的輸送冷、熱水用的管材得到市場認可后,已有不少廠家建設PP-R管材生產線,價格也由投產初期的2萬~3萬元/t不斷回落,但PP-R管材在塑料管材市場上的占有率仍然很低。據反映,國產PP-R料與進口料比較還有一定差距,質量有待改進和提高。據報道,韓國開發(fā)出一種耐高壓給水管用無規(guī)共聚聚丙烯PP-R 112新牌號,使用該牌號生產的管材可在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建材推廣應用的重點產品之一,建設部曾于2001年發(fā)出“關于加強共聚聚丙烯(PP-R、PP-B)管材生產管理和推廣應用工作的通知”,要求有關部門共同做好從原料、加工、質量以至管材使用、安裝等工作,要嚴格把好PP管材質量關,以利更好地做好我國PP管材的生產、應用、推廣工作。
3、高透材料:
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PP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PP專用料,以便設計加工成人們喜愛的PP制品。透明PP比普通PP、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PP市場增長很快,如韓國將透明PP作為PET替代品推向市場;德國某些公司用透明PP替代PVC;美國透明PP制品的增長速度高出普通PP制品7%~9%;日本近幾年PP成核透明劑的年用量約為2000t,若以添加量0.25%推算,日本透明PP料的年產量可達80萬t以上。據日本理化株式會社介紹,日本透明PP專用料用于微波炊具及家具兩方面的消費量最大。預計,2005年國外市場對透明PP專用料需求量約為500萬~550萬t。目前國內透明PP專用料與國外差距較大,透明PP樹脂及其制品的生產、應用仍有待加強。
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