第二章聚丙烯pp

1、第二章 热塑性塑料(PP)第二节 聚丙烯（PP）2.1 聚丙烯的结构（重点）2.2 聚丙烯的性能 (重点）2.3 聚丙烯的应用2.4 聚丙烯的改性2.1 聚丙烯概述 定义聚丙烯是丙烯的聚合产物。聚合产物。英文：polypropylene, 缩写为PP。nCH2=CH-CH3CH2CHCH3n无毒、无味、无臭、半透明蜡状固无毒、无味、无臭、半透明蜡状固体，密度小。体，密度小。 PP的聚合Zieglar-Natta催化剂催化的阴离子配位聚合制成等规PP。该反应的副产物是无规PP。2021-10-2942.2 聚丙烯的结构聚丙烯的结构 线性结构线性结构 结构式：结构式：存在存在等规、间规、无规等规、

2、间规、无规三种立体结构；三种立体结构；（如图，（如图，P40，图图2-1）结构规整性好，结构规整性好，高度结晶性，熔高度结晶性，熔点高，硬度和刚点高，硬度和刚度大，力学性能度大，力学性能好好无定形无定形材料，材料，强度很强度很低，使低，使用价值用价值小小性能介于两者之性能介于两者之间，结晶能力较间，结晶能力较差，硬度刚度小，差，硬度刚度小，冲击性能较好冲击性能较好CH2CHCH3n PP的三种不同立体构型的三种不同立体构型等规等规PP：结晶度高，占：结晶度高，占PP产量的产量的95。间规间规PP：结晶度低。目前：结晶度低。目前产量少。产量少。无规无规PP：不结晶，粘稠状：不结晶，粘稠状物质，不

3、能用做塑料。物质，不能用做塑料。（Fischer投影图）投影图）PE平面锯齿构象，平面锯齿构象，Tg-125oC等规等规PP的链构象的链构象(与与PE对比）对比）2.53PP螺旋构象螺旋构象因甲基的空间位阻，因甲基的空间位阻，PP分子链较僵硬，分子链较僵硬，Tg-10oC6.2 等规聚丙稀，iPP 无规聚丙稀 , aPP 间规聚丙稀 ，SPP 茂金属聚丙稀，mPP 等规聚丙烯立构规整性的程度是用等规度等规度（或称全同指数立构规整度IIP）来表示的。 等规度等规度就是立构规整聚合物占总聚合物的立构规整聚合物占总聚合物的分数。分数。一般IIP大于90%。 本章主要介绍等规聚丙稀iPP ，一般无特殊

4、说明即指等规聚丙稀。等规等规PP的聚集态和结晶结构的聚集态和结晶结构1.聚集态特征聚集态特征：等规等规PP在使用温度范围内是在使用温度范围内是结晶和无定形结构共存结晶和无定形结构共存。2. 等规等规PP是高度结晶的聚合物是高度结晶的聚合物：结晶度在：结晶度在5080之间。之间。3. 等规等规PP具有多种不同的结晶结构具有多种不同的结晶结构： 、和拟六方型和拟六方型4种。种。 晶型是最常见，热稳定晶型是最常见，热稳定性最好性最好,熔点熔点176oC。4. 等规等规PP结晶结构的密度较小结晶结构的密度较小： ，0.936 g.cm-3（而（而PE 型为型为1.0 g.cm-3）。）。影响等规影响等

5、规PP结晶度的分子结构因素结晶度的分子结构因素（a） 等规度等规度（b）分子量）分子量（数均（数均3800060000)，结晶度结晶度等规度等规度增大增大分子量较低时分子量较低时（MFI大）：结晶度大）：结晶度分子量较大时分子量较大时（MFI小）：结晶度小）：结晶度 不变不变熔体流动指数 等规等规PP的球晶结构的球晶结构在在PP中易形成大球晶，对中易形成大球晶，对性能不利性能不利影响影响球晶球晶结构结构因素因素熔融温度和时间熔融温度和时间熔体温度熔体温度晶核晶核球晶尺寸球晶尺寸熔融时间熔融时间晶核晶核球晶尺寸球晶尺寸冷却速率冷却速率速度慢速度慢骤冷骤冷加工剪切应力加工剪切应力成核剂成核剂生成大

6、球晶生成大球晶严重严重“皮心皮心”结构结构晶核晶核球晶尺寸球晶尺寸晶核晶核球晶尺寸球晶尺寸一般采用一般采用中等中等降温速率降温速率在在PP中易形成大球晶，对性能不利中易形成大球晶，对性能不利？2.2 聚丙烯的性能4、耐化学药品性能5、电性能6、环境性能7、加工性能物理性能物理性能PP是所有树脂中最轻的品种之一，密度为0.90 0.91 g / cm3 ,仅大于聚4 - 甲基 -1-戊烯。吸水率低，仅为0.010.04。PP中晶相与非晶的密度分别为0.94和0.85，其差值较小，因此与PE相比PP具有较好的透明性透明性，而茂金属PP（ mPP ）的透明度可达96，能与PET和PS相媲美. 力学性

7、能力学性能 强度、硬度和刚性明显高于强度、硬度和刚性明显高于PE； 具有优良的耐弯折疲劳性能；具有优良的耐弯折疲劳性能； 抗冲击性能、特别是低温抗冲击性差。抗冲击性能、特别是低温抗冲击性差。 等规度和分子量（等规度和分子量（MFI）对性能有很大影响。）对性能有很大影响。 等规度增大等规度增大，强度、刚度、硬度提高、抗冲击性下降。，强度、刚度、硬度提高、抗冲击性下降。 分子量增大分子量增大（MFI减小），强度、刚度、硬度降低、减小），强度、刚度、硬度降低、抗冲击性能提高。抗冲击性能提高。 结晶度提高结晶度提高刚度、硬度、强度、耐热性、刚度、硬度、强度、耐热性、耐溶剂、气液阻隔性能耐溶剂、气液阻隔

8、性能提高提高。韧性、抗冲击性和透明度韧性、抗冲击性和透明度下降下降。n大尺寸球晶对性能不利大尺寸球晶对性能不利：断裂伸长、韧性、抗冲击：断裂伸长、韧性、抗冲击性下降、透明度下降。性下降、透明度下降。耐热性能 PP的结晶熔化温度为164176，具有良好的耐热性能，其制品能在100以上使用。PP的耐热性能可用维卡软化点和热变形温度来衡量，随着MI的增大，二者均增加，这显然是结晶度的变化引起的。热变形温度（HDT）：塑料试样在静弯曲负荷作用下，浸入一种等速升温的液体(或空气)传热介质中，当试样受热变形，变形量达到一定时的温度。维卡温度(维卡软化温度），是指测定高分子材料在合适的液体传热介质中，在一定

9、的负荷、一定的等速升温条件下，试样被1毫米2压针头压入1毫米时的温度。低温脆性 PP的玻璃化温度 一般认为是-10左右,在0以下PP易变脆,冲击强度急剧下降。低温脆性可用脆化温度（脆化点）来表示。等规度IIP对脆化温度的影响不大，但MI的影响较大，随MI的增大，脆化温度迅速升高，等规度高的更为明显。耐应力开裂性 对于对于PP，不同试剂产生应力开裂的方式不一样，如，不同试剂产生应力开裂的方式不一样，如乙二醇、蓖麻油和表面活性剂是乙二醇、蓖麻油和表面活性剂是PP强的应力开裂剂；强的应力开裂剂；强氧化性的硫酸、硝酸和铬酸等可能使强氧化性的硫酸、硝酸和铬酸等可能使PP降解而产降解而产生应力开裂；在受热

10、受力作用时，生应力开裂；在受热受力作用时，PP表面热氧化作表面热氧化作用加剧，使分子量下降而产生应力开裂，这种现象用加剧，使分子量下降而产生应力开裂，这种现象称为热应力脆化。称为热应力脆化。PP比比PE有较好的耐应力开裂性，有较好的耐应力开裂性，其分子量越大，耐应力开裂性能越好。其分子量越大，耐应力开裂性能越好。PP共聚物的共聚物的耐应力开裂性优于均聚物。耐应力开裂性优于均聚物。耐化学试剂性能 由于由于PP中中存在叔碳原子存在叔碳原子，当曝露在大气中，尤其是在受，当曝露在大气中，尤其是在受到光（主要是紫外线）和热的作用下，到光（主要是紫外线）和热的作用下，容易被氧化容易被氧化，大，大分子链产生

11、断裂介质侵蚀。无机酸碱盐的溶液，除具有分子链产生断裂介质侵蚀。无机酸碱盐的溶液，除具有强氧化性的外，对强氧化性的外，对PP几乎无破坏作用。几乎无破坏作用。 PP的氧化老化过程是按的氧化老化过程是按自由基连锁反应机理自由基连锁反应机理进行的，进行的，在大气中的氧气、光和热的作用下，在大气中的氧气、光和热的作用下，PP大分子断裂生成大分子断裂生成活泼的自由基，这些自由基进一步引起大分子链断裂，活泼的自由基，这些自由基进一步引起大分子链断裂，最后导致最后导致PP材料性能全面下降。材料性能全面下降。电性能电性能 PP是非极性聚合物，吸湿性小，因此是非极性聚合物，吸湿性小，因此PP具具有优良的电性能，且

12、几乎不受环境湿度变有优良的电性能，且几乎不受环境湿度变化的影响。化的影响。PP的介电常数和介电损耗角正的介电常数和介电损耗角正切都小，基本上不随温度、湿度和频率的切都小，基本上不随温度、湿度和频率的变化而变化，可作高频绝缘材料变化而变化，可作高频绝缘材料2.3 聚丙烯的加工性能加工特性加工特性 PP吸水率低，加工前不必干燥；吸水率低，加工前不必干燥； PP的熔体黏度对剪切速率和温度都敏感；的熔体黏度对剪切速率和温度都敏感；但对剪切速率更敏感。但对剪切速率更敏感。 PP受热受热易氧化易氧化(?)：叔碳原子的氢易被氧化叔碳原子的氢易被氧化nPP成型成型收缩率大收缩率大，在加工中，在加工中分子易取向

13、分子易取向；nPP具有具有缺口敏感性缺口敏感性：加工时加工时应注意：应注意：加入抗氧加入抗氧剂；剂；减少受热时减少受热时间；间；受热时避免与氧接受热时避免与氧接触；触；避免与避免与Cu接接触触nPP易成型易成型：挤出与注：挤出与注射成型最射成型最常用。常用。2.4 聚丙烯的改性聚丙烯的改性PP的的改改性性方方法法填充填充：粉末状矿物填粉末状矿物填料填充料填充PP增强：增强：用玻璃纤维增用玻璃纤维增强强PP共聚共聚：与：与乙烯共聚乙烯共聚无规共聚无规共聚嵌段共聚嵌段共聚共混共混：PP合金合金与与HDPE共混共混与与EPR(乙丙橡胶）和乙丙橡胶）和TPE共混共混与聚酰胺共混与聚酰胺共混增韧、提高耐

14、寒性；增韧、提高耐寒性；但强度和耐热性降但强度和耐热性降低低增韧、提高耐热、增韧、提高耐热、耐磨和强度。耐磨和强度。提高耐热性、刚度、硬度；降低提高耐热性、刚度、硬度；降低收缩和热膨胀收缩和热膨胀大幅度提高耐热性、刚度、硬度；大幅度提高耐热性、刚度、硬度；降低收缩和热膨胀；降低收缩和热膨胀；工程塑料工程塑料2.5 聚丙烯的应用聚丙烯的应用 医用消毒器件医用消毒器件：注射：注射器、急救箱等器、急救箱等耐水蒸汽耐水蒸汽无毒无毒相对高的强度相对高的强度相对高的耐热性相对高的耐热性优异的耐腐蚀性优异的耐腐蚀性优异的电绝缘性优异的电绝缘性n食品、药品包装食品、药品包装和和日日用品用品。n轻载轻载的机械、汽车零的机械、汽车零部件。部件。n耐热、耐腐蚀的耐热、耐腐蚀的化工化工管道、容器、阀门配管道、容器、阀门配件等。件等。n电