聚丙烯(PP塑膠)

聚丙烯

PP塑膠一般指本詞條

聚丙烯是丙烯加聚反應而成的聚合物。系白色蠟狀材料,外觀透明而輕。密度為0.89~0.91g/cm3,易燃,熔點165℃,在155℃左右軟化,使用溫度範圍為-30~140℃。在80℃以下能耐酸、鹼、鹽液及多種有機溶劑的腐蝕,能在高溫和氧化作用下分解。聚丙烯廣泛套用於服裝、毛毯等纖維製品、醫療器械、汽車、腳踏車、零件、輸送管道、化工容器等生產,也用於食品、藥品包裝。

基本介紹

  • 中文名:聚丙烯
  • 外文名:polypropylene
  • 簡稱:PP
  • 形狀:無色、無臭、無毒、半透明固體物質
  • 密度:0.89~0.91g/cm3
  • 改性:接枝、共聚、交聯、增強、填充等
  • 再利用:合金化、複合化等
  • CAS號:9003-07-0
  • 特性:熱塑性、比重輕、耐化學腐蝕等
簡介,特性,發展簡史,供需現狀,生產工藝,溶劑聚合法,溶液聚合法,液相本體法,氣相本體法,聚丙烯(PP)改性,PP化學改性,PP物理改性,透明改性,高熔體強度聚丙烯,套用,用途分配,機械及汽車製造零部件,電子及電氣工業器件,建築業,農業、漁業及食品工業,紡織和印刷工業,其它行業,廢舊PP再資源化技術,合金化,複合化,合金複合化,

簡介

特性

聚丙烯簡稱PP,是一種無色、無臭、無毒、半透明固體物質。聚丙烯(PP)是一種性能優良的熱塑性合成樹脂,為無色半透明的熱塑性輕質通用塑膠。具有耐化學性、耐熱性、電絕緣性、高強度機械性能和良好的高耐磨加工性能等,這使得聚丙烯自問世以來,便迅速在機械、汽車、電子電器、建築、紡織、包裝、農林漁業和食品工業等眾多領域得到廣泛的開發套用。近年來,隨著我國包裝、電子、汽車等工業的快速發展,極大地促進了我國工業的發展。而且因為其具有可塑性,聚丙烯材料正逐步替代木製產品,高強度韌性和高耐磨性能已逐步取代金屬的機械功能。 另外聚丙烯具有良好的接枝和複合功能,在混凝土、紡織、包裝和農林漁業方面具有巨大的套用空間。
小鼠以8g/kg劑量灌胃1~5次,未引起明顯中毒症狀。大鼠吸入聚丙烯加熱至210~220℃時的分解產物30次,每次2h,出現眼黏膜及上呼吸道刺激症狀。與聚乙烯相同禁止用其再生製品盛裝食品。

發展簡史

1954年G·納塔首先將丙烯聚合成聚丙烯(採用鋁鈦的氯化物做催化劑),並創立了定向聚合理論,引起了人們的關注。
1957年義大利的蒙特卡提尼公司和美國赫克勒斯(Hecules)公司分別建立了6000t/a和9000t/a的聚丙烯生產裝置。
20世紀60年代後期到70年代中期聚丙烯進入了大發展時期。
80年代至今,聚丙烯產量在合成樹脂中居於前列,現在僅低於聚乙烯,居第2位。
中國於1962年開始研究聚丙烯生產工藝。從20世紀80年代開始,聚丙烯在中國發展迅速。我國引進了一些先進的關於聚丙烯生產技術和生產設備,先後建立了燕山、揚子、遼陽等一批大中型聚丙烯生產設施,各地也興建了大量小型散裝聚丙烯生產設施,並對緩解供需矛盾起到了一定的作用。生產規模的大幅度增加,促使我國聚丙烯樹脂生產進入了快速發展階段。2012年,我國PP生產能力達到1296.7萬t。2015年,我國PP產能為2013萬噸/年。

供需現狀

由於我國聚丙烯的供需差距較大,近年來,大多數新的大型煉油、乙烯聯產項目和煤烯烴項目都配備了聚丙烯裝置,因此,未來中國聚丙烯產能將大幅增加。同時,還需要考慮那些小型的落後聚丙烯安裝技術,尤其是間歇式小體法裝置將被逐步淘汰,估計等到2025年聚丙烯在我國的生產能力將達到更高的水平。隨著中國經濟快速發展,對各種化工原料的需求不斷增加,導致了對聚丙烯的消耗量達到有史以來最高水平,因此我國將成為世界上聚丙烯最大消費國家。2003年,我國聚丙烯的消耗量已經達到532萬噸;2007年率先達到1000萬噸;2008年受金融危機影響,略降至1079萬噸;目前(2018年),在基礎設施投資和國內需求的推動下,增長至1232萬噸。

生產工藝

聚丙烯樹脂是四大通用型熱塑性樹脂(聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)之一,以丙烯為原料,乙烯為共聚單體通過聚合反應生產製得。
聚丙烯的生產工藝主要經歷了溶劑法、溶液法,液相本體法(含液相氣相組合式)和氣相法幾個發展階段。世界上用於生產聚丙烯的工藝方法按類別劃分主要有以下幾大類:溶劑法、溶液法,液相本體法(含液相氣相組合式)和氣相法。各工藝特點簡介如下:

溶劑聚合法

溶劑法(又稱漿液法或泥漿法、淤漿法)是最早採用的聚丙烯生產工藝,但由於有脫灰和溶劑回收工序,流程長,較複雜等缺點,隨著催化劑研究技術的進步,從八十年代起,溶劑法已趨於停滯狀態,逐漸為液相本體法所取代。
工藝特點:(1)丙烯單體溶解在惰性液相溶劑中(如己烷中),在催化劑作用下進行溶劑聚合,聚合物以固體輸粒狀態懸浮在溶劑中,採用釜式攪拌反應器;(2)有脫灰和溶劑回收工序,流程長,較複雜,裝置投資大,能耗高。但生產易控制,產品質量好;(3)以離心過濾方法分離聚丙烯顆粒再經氣流沸騰乾燥和擠壓造粒。

溶液聚合法

工藝特點:(1)使用高沸點直鏈烴作溶劑,在高於聚丙烯熔點的溫度下操作,所得聚合物全部溶解在溶劑中呈均相分布;(2)高溫氣提方法蒸發脫除溶劑得熔融聚丙烯,再擠出造粒得粒料產品;(3)生產廠家只有美國柯達公司一家。

液相本體法

含液相氣相組合式,液相本體法聚丙烯生產工藝是聚丙烯生產中後期發展起來的新工藝。該生產工藝是聚丙烯1957年開始工業化生產七年之後問世的。
採用液相本體法生產聚丙烯,是在反應體系中不加任何其他溶劑,將催化劑直接分散在液相丙烯中進行丙烯液相本體聚合反應。聚合物從液相丙烯中不斷析出,以細顆粒狀懸浮在液相丙烯中。隨著反應時間的增長,聚合物顆粒在液相丙烯中的濃度增高。當丙烯轉化率達到一定程度時,經閃蒸回收未聚合的丙烯單體,即得到粉料聚丙烯產品。這是一種比較簡單和先進的聚丙烯工業生產方法。液相本體法工藝代表著八十年代國際上聚丙烯生產的新技術、新水平。
工藝特點:(1)系統中不加溶劑,丙烯單體以液相狀態在釜式反應器中進行液相本體聚合,乙烯丙烯在流化床反應器中進行氣相共聚;(2)流程簡單,設備少、投資省,動力消耗及生產成本低;(3)均聚採用釜式攪拌反應器(Hypol工藝),或環管反應器(Spheripol工藝),無規共聚和嵌段共聚均在攪拌式流化床中進行。
採用液相本體法的典型代表是BASELL公司的Spherizone液相本體法工藝。Spherizone是一種氣相循環技術,採用齊格勒-納塔催化劑,可生產出保持韌性和加工性能同時又具有高結晶度、剛性和更加均一的聚合體。它可在單一反應器中製得高度均一的多單體樹脂或雙峰均聚物。Spherizone循環反應有二個互通的區域,不同的區域起到由其它工藝的氣相和液相環管反應器所起的作用。這兩個區域能產生具有不同相對分子質量或單體組成分布的樹脂,擴大了聚丙烯的性能範圍。
該工藝的核心設備為MZCR(多區循環反應器系統)反應器R230系統。該反應器由提升管和下降管兩部分組成。在提升管內聚合物通過反應氣體向上吹,形成流化,並送入下降管的上部經過旋風分離器後,粉料在收集在下降管內。反應氣體由離心式壓縮機通過外部的管線循環,反應熱依靠在外部循環管線上的循環器冷卻器來移出。反應器產品通過安裝在下降管下部的閥門排出。排出的粉料經過高壓和低壓脫氣後,在生產均聚物和無規共聚物時,直接進行汽蒸和乾燥,得到粉料產品。生產抗沖產品時,經過高壓脫氣後的粉料排入氣相流化床反應器。該反應器仍採用Spheripol II氣相反應器系統。共聚反應器為立式圓筒式容器,上、下為球形封頭,下部為沸騰床,主體材料為不鏽鋼,內表面拋光。
該工藝目前單線最大生產能力已達45萬噸/年。MZCR(多區循環反應器)抗沖共聚產品的乙烯含量可高達 22%(橡膠含量大於40%),還可生產含乙烯和丁烯-1的三元共聚產品。

氣相本體法

工藝特點:(1)系統不引入溶劑,丙烯單體以氣相狀態在反應器中進行氣相本體聚合;(2)流程簡短,設備少、生產安全,生產成本低;(3)聚合反應器有流化床(聯碳/殼牌UNIPOI工藝)、立式攪拌床(巴斯夫Novolen工藝)及臥式攪拌床(阿莫科/埃爾帕索工藝)。
採用氣相本體法的典型代表是DOW化學公司Unipol氣相工藝。Unipol氣相聚丙烯工藝是美國聯碳公司(UCCP)和殼牌公司於二十世紀八十年代開發的一種氣相流化床聚丙烯工藝,是將套用在聚乙烯生產上的流化床工藝移植到聚丙烯生產中,並獲得成功。該工藝採用高效催化劑體系,主催化劑為高效載體催化劑,助催化劑為三乙基鋁、給電子體。
UNIPOL工藝具有簡單、靈活、經濟和安全的特點;該工藝只用很少的設備就能生產出包括均聚物、無規共聚物和抗沖共聚物在內的全範圍產品,可在較大操作範圍內調節操作條件而使產品性能保持均一。因為使用的設備數量少而使維修工作量小,裝置的可靠性提高。由於流化床反應動力學本身的限制,加上操作壓力低使系統中物料的貯量減小,使得該工藝比其它工藝操作安全,不存在事故失控時設備超壓的危險。
此工藝沒有液體廢料排出,排放到大氣的烴類也很少,因此對環境的影響非常小,與其它工藝相比,該工藝更容易達到環保、健康和安全的各種嚴格規範。該工藝的另一顯著特點是可以配合超冷凝態操作,即所謂的超冷凝態氣相流化床工藝(SCM)。該技術通過將反應器內液相的比例提高到45%,可使現有的生產能力提高200%。由於液體含量多少不是流化床不穩定、形成聚合物結塊的基本因素,因此該技術關鍵的操作變數是膨脹床的密度及膨脹松密度與沉降松密度的比例。由於超冷凝態操作能夠最有效地移走反應熱,它能使反應器在體積不增加的情況下提高2倍以上的生產能力,對於投資的節省是非常可觀的。抗沖共聚產品的乙烯含量可高達17% (橡膠含量大於30%)的抗沖共聚產品。
該工藝的核心設備為氣相流化床反應器、循環氣壓縮機、循環氣冷卻器和擠壓造粒機組。流化床反應器是空心式容器,其頂部帶有擴大段,底部帶有分布器,第一反應器操作壓力為3.5MPaG,溫度67℃,第二反應器操作壓力為2.1MPaG,溫度70℃;循環氣壓縮機為單級、恆速、離心式壓縮機。

聚丙烯(PP)改性

針對聚丙烯在低溫下的抗衝擊性能差、耐候性不佳、表面裝飾性差以及在電、磁、光、熱、燃燒等方面的功能性與實際需要的差距,對聚丙烯加以改性,成為當前塑膠加工發展最為活躍的,取得成果最為豐盛的領域。

PP化學改性

通過共聚改性、交聯改性、接技改性、添加成核劑等使PP(聚丙烯)高分子組分與大分子結構或晶體構型發生改變而提高其機械性能、耐熱性、耐老化性等性能,提升其綜合性能、擴大其套用領域。
(1)共聚改性
共聚改性是採用茂金屬等催化劑在丙烯單體合成階段進行的改性。當單體聚合時,加入的烯烴類單體與之進行共聚,聚合得到無規共聚物、嵌段共聚物和交替共聚物等,均聚PP的機械性能、透明性和加工流動性都得以提升。茂金屬催化劑形成的絡合物是以不規則形狀受到一定限制的過渡狀態作為單一活性中心,達到精確控制相對分子質量及其分布、共聚單體含量、主鏈上的分布和高聚物晶型結構。
(2)接枝改性
PP(聚丙烯)樹脂分子呈非極性結晶型線型結構,表面活性低,無極性。存在表面印刷性不良;塗布粘接不良;與極性高聚物難以共混;與極性增強纖維、填料難以相容的缺點。接技改性是向其大分子鏈上引入極性基團,實現改善PP的共混性、相容性和粘結性,達到克服難共混、難相容與難粘接的缺點。在引發劑作用下,熔融混煉時接技單體進行接技反應,引發劑在加熱熔融受熱時分解產生活性游離基,當活性游離基遇到不飽和羧酸單體時,促使不飽和羧酸單體不穩定鍵打開後與PP活性游離基反應形成接技游離基,隨後通過分子鏈轉移反應而終止。PP常見的接枝改性方法有:熔融法、溶液法、固相法、懸浮法等。接枝改性後的PP分子鏈中氫原子被取代而呈現較強極性,這些極性基團使得PP相容性增強,耐熱性、機械性能大幅提升。
(3)交聯改性
交聯改性主要是把線型或者是枝狀的聚合物通過交聯的方法改性成為網狀結構的聚合物。PP(聚丙烯)交聯改性可以使其力學性能、耐熱性以及形態穩定性得到改善,成型周期縮短。聚丙烯交聯改性主要方法有化學交聯改性、輻射交聯改性,它們主要區別在於交在線上理不同、活性源不同;化學交聯改性是通過添加交聯助劑來實現聚丙烯改性,輻射交聯改性主要是通過強輻射或強光來實現,由於輻射交聯改性對PP厚度要求使得該法普及困難。目前矽烷接枝交聯法由於其能夠製備出性能優良的材料而發展迅速,矽烷接枝交聯法生產的PP強度高、耐熱性好、熔體強度高、化學穩定性強、耐腐蝕性能好。

PP物理改性

在混合、混煉過程中向PP(聚丙烯)基體中添加有機或無機助劑等得到性能優異的PP複合材料,主要包括:填充改性、共混改性等。
(1)填充改性
在PP成型過程中,將矽酸鹽、碳酸鈣、二氧化矽、纖維素、玻璃纖維等填料填充於聚合物中,達到PP耐熱性提高、成本降低、剛性提高、成型收縮率降低等,但PP衝擊強度、伸長率也會隨之降低。玻璃纖維作為一種性能優異的無機非金屬晶須,價格低、絕緣好、耐熱強、抗腐好,機械強度高,套用比較普遍,經玻璃纖維填充改性的PP性能得到明顯的改善,但是玻纖添加量達到30%左右時,材料的機械性能才能有明顯的提高;添加量過大時會導致部分玻璃纖維得不到充分浸漬,使聚合物基體與玻璃纖維界面的結合性能變差,導致複合材料的力學強度下降,並且隨著玻璃纖維添加量的增加複合材料的流動性能降低,導致PP成型加工工藝性能困難。
(2)共混改性
將PP(聚丙烯)與聚乙烯、工程塑膠、熱塑性彈性體或橡膠等共混,達到提升PP性能的改性方法。共混改性是在密煉機、開煉機、擠出機等加工設備中完成,工藝過程易調控,生產周期短、耗資少,可改進PP的著色性、加工性、抗靜電性、耐衝擊性等多種性能。聚合物共混可以綜合各組分的突出性能,彌補各組分性能上的不足,共混物綜合性能明顯提升,但共混改性PP的耐低溫性、耐老化性仍然不甚理想。共混改性時,剪下力可能導致一部分大分子鏈被切斷形成自由基並形成接枝或嵌段共聚物,這些新的共聚物也可以有效的對PP起到增容作用。
PP改性技術使得複合材料機械性能得到成倍的提升,極大的拓展了PP套用領域,提高了製品的性價比,推動了PP的工程化進程,也使得PP從通用塑膠拓展套用於工程塑膠領域,大大拓寬了它的套用範圍。近年,PP改性技術的研究發展迅速,越來越多新型技術套用於PP改性,PP綜合性能提升明顯、套用領域不斷擴大,發展前景十分廣闊。
(3)增強改性
纖維狀材料加入到塑膠中,可以顯著提高塑膠材料的強度,故稱之為增強改性。大徑厚比的材料可以顯著提高塑膠材料的彎曲模量(剛性),也可以將其稱之為增強改性。
PP(聚丙烯)的增強改性中套用的增強材料主要是玻璃纖維及其製品,此外還有碳纖維、有機纖維、硼纖維、晶須等。玻璃纖維增強PP中,用得較多的玻璃纖維為無鹼玻璃纖維和中鹼玻璃纖維,其中無鹼玻璃纖維的用量最大。玻纖的直徑控制在6~15μm範圍內,玻纖的長度必須保證在0.25~0.76mm,這樣既能夠保證製品性能,又能使玻纖分散良好。一般認為製品中的玻纖長度大於0.2 mm時才有改性效果。玻纖含量(質量分數)在10%~30%為佳,超過40%時性能下降。另外,添加有機矽烷類偶聯劑能使玻纖和PP兩者形成良好界面,提高複合體系的彎曲模量、硬度、負荷變形溫度,特別是尺寸穩定性。
由於玻纖增強PP可以提高機械強度和耐熱性,且玻纖增強PP的耐水蒸汽性、耐化學腐蝕性和耐蠕變性都很好,在許多場合可以作為工程塑膠使用,如風扇葉片、暖風機格柵、葉輪泵、燈罩、電爐和加熱器外殼等等。
聚丙烯在生產數量迅速發展的同時,也在性能上不斷出新,使其套用的廣度和深度不斷變化,近年來或者通過在聚合反應時加以改進,或者在聚合後造粒時採取措施,有一些更具獨特性能的聚丙烯新的品種問世,如透明聚丙烯、高熔體強度聚丙烯等。

透明改性

PP(聚丙烯)的結晶是造成不透明的主要原因,利用急冷凍結PP的結晶趨向,可以得到透明的薄膜,但有一定壁厚的製品,因熱傳導需要時間,芯層不可能迅速被冷卻凍結,因此對於有一定厚度的製品不能指望用急冷的辦法提高透明度,必須從PP的結晶規律和影響因素入手。
經一定技術手段得到的改性PP,可具有優良的透明性和表面光澤度,甚至可以和典型的透明塑膠(如PET、PVC、PS等)相媲美。透明PP更為優越的是熱變形溫度高,一般可高於110℃,有的甚至可達135℃,而上述三種透明塑膠的熱變形溫度都低於90℃。由於透明PP的性能優勢明顯,近年來在全球都得以迅速發展,套用領域從家庭日用品到醫療器械,從包裝用品到耐熱器皿(微波爐加熱用),都在大量使用。
PP的透明性提高可通過以下三種途徑:
(1)採用茂金屬催化劑聚合出具有透明性的PP;
(2)通過無規共聚得到透明性PP;
(3)在普通聚丙烯中加入透明改性劑(主要是成核劑)提高其透明性。

高熔體強度聚丙烯

聚丙烯的缺點之一是熔體強度低,耐熔垂性差。通常非晶態聚合物(如ABS、PS)在較寬的溫度範圍記憶體在類似橡膠一樣的彈性行為,而處於半結晶的聚丙烯則沒有。這一缺點造成了聚丙烯不能在較寬的溫度範圍內進行熱成型,它的軟化點和熔點非常接近,一旦到達熔點,熔體粘度急劇下降,隨之熔體強度也大幅下降,導致在熱成型時製品壁厚不均,擠出發泡泡孔塌陷等問題,大大限制了聚丙烯在某些方面的套用。高熔體強度聚丙烯(HMSPP)就是指熔體強度對溫度和熔體流動速率不太敏感的聚丙烯,極具開發套用前景。
HMSPP是一種樹脂含有長支鏈的聚丙烯,長支鏈是在後聚合中引發接枝的,這種均聚物的熔體強度是具有相似流動特性普通聚丙烯均聚物的9倍,在密度和熔體流動速率相近的情況下,HMSPP的屈服強度、彎曲模量以及熱變形溫度和熔點均高於普通聚丙烯,但缺口衝擊強度比普通聚丙烯低。
HMSPP的另外一個特點是具有較高的結晶溫度和較短的結晶時間,從而允許熱成型製件可以在較高溫度下脫模,以縮短成型周期,可以在普通熱成型設備上製成較大拉伸比、薄壁的容器。
HMSPP在恆定應變速率下,熔體流動的應力開始呈現逐漸增加,然後成指數級增加,表現出明顯的應變硬化行為。發生應變時,普通聚丙烯的拉伸粘度隨即下降,而HMSPP則保持穩定。HMSPP的應變硬化能力可以保證其在成型拉伸時,保持均勻變形,而普通PP在受到拉伸時總是從結構中最薄弱的或最熱的地方開始變形,導致製品種種缺陷,甚至不能成型。
目前,HMSPP的製備方法主要有兩種:一種是將聚丙烯與其他化合物進行反應性改性,另一類是聚丙烯與其他聚合物進行共混改性,具體的實施方法主要有射線輻射法、反應擠出法、聚合過程中引發接枝法等。在製備HMSPP的過程中,面臨著兩大難題:聚丙烯的降解和凝膠問題,同時存在著聚合物接枝與單體均聚的競爭、聚合物主鏈β斷鍵和交聯與支化的競爭。影響高聚物熔體強度的主要因素是其分子結構。就聚丙烯而言,相對分子質量及其分布和是否具有支鏈結構決定其熔體強度。一般相對分子質量越大,相對分子質量分布越寬,其熔體強度越大,長支鏈可明顯提高接枝聚丙烯的熔體強度。
HMSPP專用樹脂解決了普通聚丙烯熱成型困難的問題,可在普通熱成型設備上成型較大拉伸比的薄壁容器,加工溫度範圍較寬,工藝容易掌握,容器壁厚均勻。可以用於製作微波食品容器和高溫蒸煮殺菌容器。混有HMSPP的普通聚丙烯比純普通聚丙烯具有較高的加工溫度和加工速度,製成的薄膜透明性也好於普通聚丙烯。這主要是由於HMSPP具有拉伸應變硬化的特點,它的長支鏈具有細化晶核的作用。
HMSPP的應變硬化行為是取得高拉伸比和塗覆速度快的關鍵因素。使用HMSPP可獲得較高的塗覆速度和較薄的塗層厚度。HMSPP具有較高的熔體強度和拉伸粘度,其拉伸粘度隨剪下應力和時間的增加而增加,應變硬化行為促使泡孔穩定增長,抑制了微孔壁的破壞,開闢了聚丙烯擠出發泡的可能性。
高熔體強度聚丙烯的研究雖然起自20世紀80年代末,但它的各種優異性能、合理的價格優勢以及廣泛的套用範圍已經獲得世界範圍的認同,並有逐步取代傳統的PS、ABS,向工程塑膠發展的趨勢,其開發利用前景廣闊。
聚丙烯是重要的通用塑膠之一,無論是從絕對數量上,還是從套用的廣度與深度上都屬發展最快的品種。作為改性塑膠行業,聚丙烯的高性價比、多功能化和工程化始終是擺在面前的重要任務。

套用

用途分配

歐美各國用於注射製品占總消費量的50%,主要用作汽車、電器的零部件,各種容器、家具、包裝材料和醫療器材等;薄膜占8%~15%,聚丙烯纖維(中國習稱丙綸)占8%~10%;建築等用的管材和板材占10%~15%,其他為10%~12%。中國目前用於編織製品的量占40%~45%,其次是薄膜和注射製品占40%左右;丙綸及其他占10%~20%。
我國主要將聚丙烯這種材料套用在食品包裝、家用物品、汽車、光纖等領域。我國使用聚丙烯最大的領域是編織袋、包裝袋、綑紮繩等產品,約占總消費的 30%。近年來,隨著聚丙烯注塑產品和包裝膜的發展,聚丙烯用於織造產品的比例有所下降,但還是其聚丙烯消耗最多的區域。注塑產品是中國第二大聚丙烯消費領域,占總消費量的 26% 左右,它也是未來聚丙烯需求量最大的地區之一。國產聚丙烯的另一個主要消費領域是薄膜,占總消費的 20%左右,主要是BOPP(雙向拉伸聚丙烯薄膜)薄膜。在未來的幾年裡,紡織產品的比例將逐漸下降,而注塑產品、管材和板材的比例將會增加,根據專家對聚丙烯行業發展的預測,到2020年我國對聚丙烯的需求量有可能達到2370萬噸左右。紡織產品、注塑產品、薄膜仍是我國聚丙烯的主要需求領域,而管材、板材、纖維等領域的年度需求增長迅速,國內對聚丙烯的需求也迅速增長。高速繪圖BOPP薄膜、管材、薄無紡布、高透明食品容器等特種材料市場發展前景良好。

機械及汽車製造零部件

聚丙烯具有良好的機械性能,可以直接製造或改性後製造各種機械設備的零部件,如製造工業管道、農用水管、電機風扇、基建模板等。改性的聚丙烯可模塑成保險槓、防擦條、汽車方向盤、儀錶盤及車內裝飾件等,大大減輕車身自重達到節約能源的目的。

電子及電氣工業器件

改性的聚丙烯可用於製作家用電器的絕緣外殼及洗衣機內膽,普遍用於電線電纜和其他電器的絕緣材料。採用重量份數的均聚聚丙烯60~80份,乙烯-乙烯醇共聚物20~40份,相容劑(聚丙烯馬來酸酐接枝物與乙烯-乙烯醇共聚物的反應物)1~10份,於170℃~190℃條件下混煉製成的聚丙烯複合材料具有較高的韌性,其衝擊強度高達210J/m,具有較高的氣體阻隔性能,透水蒸汽速率接近2000g·μm/(m2·24h)。在製備阻隔性薄膜時,可採用傳統的制膜工藝進行生產,工藝較為簡單,生產的成本較低。

建築業

聚丙烯纖維是所有化學纖維中是最輕的,其密度為(0.90~0.92)g/cm3,具有強度高、韌性好,耐化學品性和抗微生物性好及價格低等優點,用玻璃纖維增強改性或用橡膠、SBS改性過的聚丙烯被大量用於製作建築工程模板發泡後的聚丙烯可用於製作裝飾材料。在地震發生時,聚丙烯纖維陶粒混凝土的破壞形態為塑性破壞,無碎塊剝落。選用聚丙烯纖維陶粒混凝土比素陶粒混凝土更安全。

農業、漁業及食品工業

聚丙烯可用於製作溫室氣蓬、地膜、培養瓶、農具、魚網等,製作食品周轉箱、食品袋、飲料包裝瓶等。與廢舊PET(聚對苯二甲酸乙二酯)反應性共混製成多功能廢舊PET,將多功能廢舊PET與聚丙烯原位成纖複合製成的原位成纖複合材料。該複合材料具有廢舊PET形成異形微纖、廢舊PET微纖與PP基體樹脂間形成適度柔性強結合的界面等結構特徵,廢舊PET與PP複合製備的原位成纖複合材料的韌性剛性均比PP明顯提高,力學性能的重現性相當好。將我國每年大量產生的廢棄物即廢舊PET資源化,具有顯著的經濟和社會效益。
我國東部沿海地區,擁有廣袤的海洋灘涂,具有典型的鹽漬土特徵。有研究聚丙烯醯胺(PAM)協同3種牧草對濱海鹽漬土區實施水土保持。生物措施下施用PAM。對3種牧草均有促進土壤提高抗侵蝕能力的提升具有良好的促進作用。施用PAM可減少土壤侵蝕量,提升雨水截留量;優先考慮低劑量(1g/m),其單位質量PAM的水土保持效益最高,可減少年侵蝕量42.8%~46.7%,可抑制土壤騰發總量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%,促進土壤持水能力上升;在牧草生長初期。提升雨水截留量16.5%~33.8%。PAM的協同作用有利於抑制土壤騰發的產生和加強雨水截留能力。

紡織和印刷工業

聚丙烯是合成纖維的原料,丙綸纖維被廣泛用於製作輕質美觀的耐用紡織用品,套用聚丙烯材料印刷出的畫面特別光亮、鮮艷、美觀。

其它行業

在化學工業中,聚丙烯可以套用於製備各種耐腐蝕的輸送管道、儲槽、閥門、填料塔中的異型填料、過濾布、耐腐泵及耐腐容器的襯裡;在醫藥方面可用於製作醫療器具;聚丙烯還可以通過接枝、複合和共混工藝,實現在能源領域的開發套用。

廢舊PP再資源化技術

聚丙烯(PP)是目前第二大通用塑膠,隨著建築、汽車、家電和包裝等行業的發展,廢舊PP成為近年來產量較大的廢棄高分子材料之一。目前,處理廢舊PP的途徑主要有:焚燒供能、催化裂解製備燃料、直接利用和再資源化。考慮處理廢舊PP過程中的技術可行性、成本、能量消耗和環境保護等因素,再資源化是目前最常用、有效和最為提倡的處理廢舊PP途徑。
由於使用過程中受光、熱、氧和外力等因素影響,PP的分子結構會發生變化,製品變黃、變脆、甚至開裂,導致PP韌性、尺寸穩定性、熱氧穩定性和可加工性等明顯變差,直接使用廢舊PP製造製品難以滿足加工和使用過程的要求。
因此,廢舊PP再資源化技術不斷發展,採用與其他聚合物合金化或與填料複合化,可明顯改善廢舊PP的加工性能、熱性能、物理和力學性能,實現廢舊PP的高性能化。

合金化

合金化是將廢舊PP與其他高分子材料進行混合,製備巨觀均勻材料的過程。通過選擇不同高分子材料合金化,能夠改善廢舊PP加工性能、物理和力學性能,如採用彈性體可明顯提高廢舊PP的衝擊韌性。
有研究廢舊PP/RU複合膠(天然橡膠和丁苯橡膠各占50%)共混材料的力學性能和熱變形行為,發現先將RU複合膠塑煉成細小橡膠顆粒,使其均勻地分散於廢舊PP連續相,可明顯提高廢舊PP的衝擊強度和斷裂伸長率,但會導致PP剛性和耐熱變形性降低。
由於絕大多數彈性體與廢舊PP不相容,界面黏結較差,在加工和使用過程存在相分離,影響其性能。為改善廢舊PP合金界面相容性,增強界面黏結,許多學者開展了廣泛研究,發現了兩種能增強共混材料的界面黏結,提高共混材料的儲能模量、損耗模量和體系黏度的增容劑。
硫化劑可提高共混材料的衝擊與拉伸強度、熔體黏度、斷裂伸長率和延展性; 過氧化物交聯劑的加入還能進一步改善共混材料的相容性,提高共混材料衝擊和拉伸強度,但導致斷裂伸長率略有下降。

複合化

複合化是將廢舊PP與非高分子材料混合製備複合材料的過程,是實現廢舊PP高性能化、功能化的主要途徑。廢舊PP複合化可改善其剛性、強度、熱學、電學等物理與力學性能,降低成本等。
按照填料成分可分為無機填料和有機填料。
無機填料複合化
常用於PP複合的無機填料都可以用來與廢舊PP複合,例如碳酸鈣、滑石粉、蒙脫土、金屬氧化物、粉煤灰和玻璃纖維等。研究發現這些無機填料雖能顯著改善廢舊PP剛性、降低成本,但與廢舊PP極性相差較大,表面能高,相容性差,導致複合材料的斷裂伸長率和衝擊韌性下降。
有機填料複合化
常見有機填料包括木粉與木纖維、澱粉、麥秸、麻纖維和廢棄報紙等。有對木質纖維填充廢舊PP微孔發泡技術的研究,結果表明熔融溫度180℃,保壓壓力12.5MPa時,微孔結構均勻分布。由於微孔結構能夠延長裂縫的傳播路徑,吸收外界衝擊能量,從而提高衝擊強度。
天然纖維是新興的廢舊PP填充材料,針對其高吸水性以及與廢舊PP的不相容性,對其進行表面處理是實現天然纖維填充廢舊PP複合材料高性能化的主要方法。另外,廢棄滌綸也可用於改性廢舊PP,有學者研究了β-成核廢舊PP/廢棄滌綸織物複合材料的結晶行為,結果表明廢棄滌綸和β-成核劑對廢舊PP結晶均具有異相成核作用,提高廢舊PP結晶溫度,並誘導形成β晶。
混雜複合化
混雜複合化是兩種以上填料填充聚合物製備複合材料的過程。由於單一填料的局限性,混雜複合化可通過不同填料優勢互補和協同作用,更好改善聚合物的綜合性能。因此有關混雜填料填充廢舊PP複合材料的製備和相關性能的研究已引起關注,涉及的填料主要包括不同無機填料混雜、無機/有機填料混雜。

合金複合化

為充分發揮合金化和複合化優點,有研究者開始將合金化和複合化結合以進一步改善和提高廢舊PP物理與力學性能,實現廢舊PP高性能化和工業化,如有機填料和彈性體、無機填料和彈性體結合改性廢舊PP等。
針對這方面的研究結果表明:廢舊PP和滑石粉填充廢舊PP複合材料在低溫下的斷裂均為脆性行為,EOC(乙烯-辛烯共聚物)加入可顯著改善複合材料的抗衝擊性能;EOC增韌滑石粉填充廢舊PP複合材料的動態力學行為並不隨著回收次數增加而變化。

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