透明聚丙烯的开发与应用

聚丙烯（PP）的介绍聚丙烯概述聚丙烯采用齐格勒-纳塔催化剂使丙烯催化聚合而得，它是分子链节排列得很规整的结晶形等规聚合物。

聚丙烯的英文名称为Polypropylene，简称PP，俗称百折胶。

聚丙烯按其结晶度可以分为等规聚丙烯和无规聚丙烯，等规聚丙烯为高度结晶的热塑性树脂，结晶度高达95%以上，分子量在8~15万之间，以下介绍的聚丙烯主要为等规聚丙烯。

而无规聚丙烯在室温下是一种非结晶的、微带粘性的白色蜡状物，分子量低（3000~10000），结构不规整缺乏内聚力，应用较少。

聚丙烯（PP）作为热塑塑料聚合物在塑料领域内有十分广泛的应用，因所用催化剂和聚合工艺不同，所得聚合物性能，用途也不同。

PP有很多有用的性能，但还缺乏固有的韧性，特别是在低于其玻璃化温度的条件下。

然而，通过添加冲击改性剂，可以提高其抗冲击性能。

一、聚丙烯的特性（1）物理性能：聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物，密度只有0.90~.091g/cm3，是目前所有塑料中最轻的品种之一。

它对水特别稳定，在水中24h的吸水率仅为0.01%，分子量约8~15万之间。

成型性好，但因收缩率大，厚壁制品易凹陷。

制品表面光泽好，易于着色。

（2）力学性能：聚丙烯的结晶度高，结构规整，因而具有优良的力学性能，其强度和硬度、弹性都比HDPE高，但在室温和低温下，由于本身的分子结构规整度高，所以冲击强度较差，分子量增加的时候，冲击强度也增大，但成型加工性能变差。

PP最突出的性能就是抗弯曲疲劳性，如用PP注塑一体活动铰链，能承受7×107次开闭的折迭弯曲而无损坏痕迹，干摩擦系数与尼龙相似，但在油润滑下，不如尼龙。

（3）热性能：PP具有良好的耐热性，熔点在164~170℃，制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌，在不受外力的，150℃也不变形。

脆化温度为-35℃，在低于-35℃会发生脆化，耐寒性不如聚乙烯。

（4）化学稳定性：聚丙烯的化学稳定性很好，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其它各种化学试剂都比较稳定，但低分子量的脂肪烃、芳香烃和氯化烃等能使PP软化和溶胀，同时它的化学稳定性随结晶度的增加还有所提高，所以聚丙烯适合制作各种化工管道和配件，防腐蚀效果良好。

透明聚丙烯用成核剂的增透机理、现状与发展趋势摘要：本文简述了透明聚丙烯制备过程中成核剂的增透作用机理、成核剂种类及其国内外研究开发现状，指出了复合化、超细化、新结构创制和低成本新工艺开发是未来聚丙烯透明成核剂的发展趋势。

透明剂也称透明成核剂或称为增透剂，是一类用于改善聚合物透光性能的添加剂。

聚丙烯制品光泽度和透明性差，外观缺少美感，在透明包装、日用品领域的发展受到限制。

利用添加透明剂的方法制得的透明聚丙烯，不仅承袭了聚丙烯原有的优点，且透明性和表面光泽度可与其它一些透明高分子树脂相媲美，性能／价格比优于PVC、PET、PC、PS等透明材料，使用范围广，尤其适用于透明性要求高、需高温下使用或消毒的器具方面，如透明热饮杯、微波炉炊具、婴儿奶瓶、一次性快餐汤碗等。

透明聚丙烯已成为聚丙烯的一个新品种，愈来愈受到人们的重视，因此透明剂的开发和应用也受到了人们的广泛关注。

1 透明剂增透机理关于聚丙烯透明剂作用机理的研究，国内外已有一些文献报道，但到目前为止，尚没有完整的理论提出和严谨科学的实验验证，所述的观点均是一家之言。

尽管目前尚无定论，但从已提出的猜想来看，可以归纳为如下几种观点：1、Thierry、Garg和Kobayashi等人提出的增透网络成核机理，该理论是目前较为普遍认可的增透机理。

该理论认为增透剂是成核剂的一个特殊亚族，具有物理本身自行聚合的聚集性质，可溶解在熔融聚丙烯中，形成均相溶液。

聚合物冷却时，透明剂先结晶形成纤维状网络，该网络不仅分散均匀，且其中的纤维直径仅有100埃，小于可见光的波长，该网络的表面即形成结晶成核中心，这是因为：（1）、这个纤维状网络具有极大的表面积，可提供极高的成核密度；（2）、纤维的直径与聚丙烯结晶厚度相匹配，还被认为能促进成核；（3）、纤维很细，不能散射可见光。

因此，透明剂作为异相晶核提高了聚丙烯的成核密度，使聚丙烯形成均一细化的球晶，减少了对光的折射和散射，透明性增大。

双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜工业技术应用和发展双向拉伸聚丙烯薄膜是20世纪60年代发展起来的一种透明软包装材料。

它是用专门的生产线将聚丙烯原料和功能性添加剂混合，熔融混炼，制成片材，然后通过纵拉和横拉设备将片材在纵、横两个方向高度取向制成薄膜。

其取向倍率(纵向拉伸倍率和横向拉伸倍率的乘积)与生产设备的设计能力有关，一般是所铸片材宽度的40-60倍，生产速度从100-300m/min，所做薄膜的厚度在4-50μm之间。

双轴拉伸聚丙烯的生产方法，加工工艺和本身的结构特点赋予BOPP薄膜许多优异的性能。

如它比流延PP(CPP)膜和吹塑薄膜机械强度更高，透明性和光泽度更好。

BOPP薄膜具有机械强度高、尺寸稳定性好、质轻、无毒、防潮、密封性好、市场应用范围广、印刷性良好等优点，被包装行业誉为“包装皇后”，并被广泛应用于食品、糖果、香烟、茶叶、果汁、牛奶、纺织品等包装领域中。

国际上BOPP薄膜自1962年实现工业化生产以来发展迅速，其年增长速率保持在12%-15%左右。

BOPP薄膜工业化在我国起步较晚，20世纪70年代开始研制和试产，1982年从德国引入第一条BOPP膜生产线，1984投产。

由于我国的BOPP膜市场需求大，促使BOPP工业得以迅猛发展。

到2004年为止，我国BOPP薄膜生产线的产能为190万吨，实际产量约为176万吨，有几十家大型公司从事BOPP薄膜的生产和经营，可以说，BOPP膜产业是我国包装行业的一个非常重要的分支。

1.BOPP薄膜生产设备可以说，生产BOPP薄膜的设备是所有塑料加工设备中最为复杂的设备之一。

在BOPP行业，生产BOPP薄膜的设备简称BOPP薄膜生产线。

它包括电器控制系统、原料系统、挤出机系统、过滤器、模头、铸片机、纵拉机、横拉机、边料回收系统、电晕处理系统、测厚仪、卷取系统和分切机等。

生产薄膜的幅宽从4-8m不等，薄膜的层数有一层、二层、三层，最多的可达七层。

目前使用最多的是A/B/C三层共挤出生产线，每一层都配备一台挤出机。

高透明PP1 高透明PP的特点PP经过透明改性后，不仅可承袭其质轻、价廉、卫生、耐高温、易加工成型等优点，且明显改善了其透明性和表面光泽，提高了透明PP制品的环境适应性，扩大了使用范围，其透明性和表面光泽度可与其他一些透明树脂(如PC，PS)相媲美，而性能价格比优于PC，PS等。

2 高透明PP的生产技术目前获得高透明PP主要通过以下3个途径：即在PP树脂中加入透明剂、利用Z-N 催化剂生产本身具有优异透明性的无规共聚PP以及采用茂金属催化剂生产高透明PP。

2．1 直接生产高透明PP的催化体系及工艺2．1．1 Z-N催化体系及生产工艺当前世界上60%以上的透明PP采用第3代超高活性催化剂和第4代催化剂生产。

典型代表有三井油化公司的TK-II催化剂，Himont公司的GF-2A、FT-4S、UDC-104催化剂，Shell公司的SHAC催化剂，Amoco公司的CD催化剂。

这些催化剂的特点是不仅具有高活性和高定向能力，而且能控制粒子形态，具有反应器颗粒技术的特点，有利于生产透明度较高的无规共聚PP。

不添加PP透明剂，利用高效Z-N催化剂直接制备透明PP树脂，是一种较为理想的方法。

目前大部分聚合工艺都可以采用高效Z-N催化剂直接生产透明无规共聚PP，如Spheripol本体工艺、Hypol本体工艺、Unipol气相工艺、Novenlen气相工艺、BP-Amoco气相工艺等。

2．1．2 茂金属催化体系及生产工艺目前采用茂金属催化剂生产高透明PP树脂已工业化。

茂金属催化剂为单活性中心催化剂，可以精确地控制相对分子质量、相对分子质量分布、晶体结构以及共聚单体在聚合物分子链上的加入量和位置，从而可生产高强度高透明PP。

ExxonMobil 公司的Univation(Exxpol/Unipo1)技术、Basell公司的Metocene和Spheripol技术、Dow/UCC公司的Unipol工艺、Borealis公司的Borecene技术、BP公司的Innovene气相法工艺等均可采用茂金属/单活性中心催化剂技术生产高透明等规PP、无规PP、间规PP或弹性均聚PP。

聚丙烯工艺技术进展及其国内应用情况摘要随着聚丙烯工艺技术的发展，在聚丙烯化工生产过程中，可以有效降低聚丙烯工艺的原料和能耗，提高聚丙烯的生产效率，提高生产效率。

在此背景下，需要不断研究聚丙烯工艺技术的优化设计，以进一步促进聚丙烯化工生产工艺生产效率的提高。

同时，在研究聚丙烯化工工艺优化设计的过程中，要注意对现有聚丙烯化工生产工艺的总结，本文主要结合目前聚丙烯加工技术的进展，探讨聚丙烯加工技术在国内的应用。

关键词聚丙烯工艺技术；进展；应用情况引言聚丙烯是一种用途广泛、性能优良的合成树脂，在合成树脂系列中占有较大的比重，其中聚丙烯是国内乃至全球的合成树脂。

聚丙烯无毒、无味、耐酸碱、韧性高，其下游产品广泛应用于医疗卫生、建材、电子设备等领域。

二、聚丙烯工艺技术进展（1）浆液工艺浆液法生产聚丙烯是世界首创的聚丙烯工艺技术，利用该技术，可以使用特殊的BOPP薄膜和高分子量吹膜进行聚丙烯生产工艺。

采用优化设计方法生产聚丙烯。

但是，由于浆法生产聚丙烯的应用过程中去除灰分和杂物的技术限制，在生产过程中容易造成大量丙烯原料浪费。

同时，如果浆法生产聚丙烯的过程中使用的溶剂材料种类不同，浆法生产聚丙烯的工艺参数可能会有所不同。

聚丙烯的大规模工业化生产过程造成了困难。

（2）气相聚丙烯工艺在聚丙烯生产过程中，气相聚丙烯工艺是目前世界上应用最广泛的聚丙烯工艺技术之一，可实现聚丙烯的反应温度和反应链条件。

同时，由于气相聚丙烯工艺技术在生产过程中，大多数情况是在气相中完成的，这使得聚丙烯工艺的生产条件非常容易控制。

在工业生产中，这种单相气相聚丙烯工艺的生产条件比较容易控制。

在此背景下，在气相聚丙烯工艺研究过程中进行了广泛的研究。

但是，由于气相聚丙烯工艺的生产过程是在气相中进行的，根据气相方程的解释，很难保证气相聚丙烯工艺的生产效率，在后续的工艺过程中，聚丙烯工艺技术研究，重视聚丙烯新工艺技术研究，促进聚丙烯工艺生产效率的提高。

聚丙烯的结构、性能和应用一、聚丙烯（聚丙烯）的结构聚丙烯是一种高分子化合物，是一种通用合成树脂（或通用合成塑料），由于它是烯烃的聚合产物，因而又是一种聚烯烃树脂。

聚丙烯的结构是指高聚物内部组织，它有两层意义：一是指聚丙烯分子内部的组织和形态，称为分子结构，二是指这些大分子聚集在一起的形态，称为聚集态结构。

1.聚丙烯的分子结构对一般的单烯烃聚合物可用通式（CH2-CH2）n表示。

R当-R为CH3-时即为聚丙烯，按CH3-在分子中的排布（位置、配向、次序等）不同，可分为三种立构异构体，即等规聚丙烯、间规聚丙烯和无规聚丙烯，等规聚丙烯所有的甲基都排在平面的同一侧。

间规聚丙烯的甲基有规则的交互分布在平面的两侧。

无规聚丙烯的甲基无秩序地分布在平面的两侧。

在三种立体异构体中，等规和间规聚丙烯都属于有规聚丙烯，有规聚丙烯的结晶度高，根据X射线对结晶性聚丙烯的研究，测得其分子链的等同周期为6.5×10-10m，C-C键角为109°28′,C-C原子间键距为1.54×10-10m，据此设想出等规聚丙烯的三重螺旋结构。

以上所述均指聚丙烯的均聚物，聚丙烯聚合物中还有共聚物，如以丙烯为主要单体，以少量乙烯为第二单体（或称共聚单体）进行共聚而成的聚合物，共聚物按其立体结构的规整性又可分为无规共聚物和嵌段共聚物，制取共聚物的目的是为了改善均聚物的某些性能（如耐寒、耐温、抗冲性能等）以满足特殊用途的需要。

2.聚丙烯的聚集态结构高分子的链结构是决定高聚物基本性质的主要因素，而高分子聚集态结构是决定高聚物本体性质的主要因素，也就是说，其使用性能直接取决于加工成型过程中高分子所形成的聚集态结构。

聚丙烯和其它高分子一样，是由很多大分子聚集在一起的，分子间存在着相互作用，通常之间的作用力包括范德华力和氢键，使聚丙烯的大分子聚集在一起，并赋予它特定的性能，大分子聚集态通常有下述两种情况：（1）无定形态当很多分子在一起时，如果分子间杂乱无章，没有一定次序地相互堆在一起，这种结构称为无定型形态，这种结构比较疏松，密度低，分子容易运动，强度也低。

据日本理化株式会社介绍，日本7%的PP为透明PP，透明PP的产量在400kt/a以上。

日本透明PP市场以微波炉炊具及家具两方面的消耗量最大。

日本出光化学公司制造出与PVC具有同样透明性和光泽性的透明PP，此刻可以广泛替代普通透明PVC制作文具、笔记本一类的包装物，价格只相当于PVC的20%-30%，1999年出售了1200 t透明PP。

韩国LG Caitex公司将透明PP作为PET的替代品推向市场，应用于水瓶、洗涤剂瓶、个人护理品的包装等方面。

Fina公司市场部声称，他们的透明PP新产物将打人具有300kt/a市场容量的PS食品包装。

德国BASF公司的PP无规共聚物Novolen3248 TC，具有高流动性〔熔体流动速率为48g/l0min〕、低翘曲性，透明度达90%，雾度10%，适用于薄壁包装与日用品。

Solvay公司研制的PP无规共聚物EltexPKLl76，含有乙烯和透明剂，主要用于制造单层透明瓶和挤压片材，片材可热压成型各种容器及装饰品。

其产物具有玻璃般的光泽、很好的化学不变性、耐环境应力开裂性和冲击强度。

德国Schneioler公司和Klein公司用透明聚丙烯替代PVC用于透明硬包装。

美国Amoco公司用透明改性剂出产的聚丙烯树脂经注、拉、吹工艺加工而成的水瓶可替代聚酯水瓶。

Montell Polyolefins公司比来推出了α烯烃改性PP树脂，牌号别离为273RCXP和276RCXP，主要用于注塑成型。

两种牌号的树脂都没有添加成核剂和透明助剂，此中273RCXP树脂的熔体速率为14g/10min，表示出低的气味性以及好的耐应力发白性能。

该树脂的透光性能相当于最好的PP无规共聚物，具有较高的光泽度，可制作成母粒形状用于出产固体或类似于用尼龙做成的半透明色母粒。

276RCXP树脂的熔体流动速率为16g/l0min，透光性和光泽度稍差些，但该树脂却展示出极佳的低温冲击性能，在低温下储藏后能经反复加热且耐冲击，可制作放于微波炉中的容器。

聚丙烯无规共聚物聚丙烯无规共聚物也是聚丙烯的一种，它的高分子链的基本结构用加入不同种类的单体分于加以改性。

乙烯是最常用的单体，它引起聚丙烯物理性质的改变。

与PP均聚物相比，无规共聚物改进了光学性能（增加了透明度并减少了浊雾），提高了抗冲击性能，增加了挠性，降低了熔化温度，从而也降低了热熔接温度；同时在化学稳定性、水蒸汽隔离性能和器官感觉性能（低气味和味道）方面与均聚物基本相同。

开发了将改进了的透明度和冲击强度结合起来的PP无规共聚物，应用于吹塑、注塑、薄膜和片材挤压加工领域，作食品包装材料、医药包装材料和日常消费品。

化学PP无规共聚物一般含有 1－ 7％（重量）的乙烯分子及 99— 93％（重量）的丙烯分子。

在聚合物链上，乙烯分子无规则地插在丙烯分子中间。

在这种无规的或统计学共聚物中，大多数（通常 75％）的乙烯是以单分子插入的方式结合进去的，叫做X3基团（三个连续的乙烯［CH2］依次排列在主链上），这还可看成是一个乙烯分子插在两个丙烯分子中间。

另有 25％的乙烯是以多分子插入的方式结合进主链的，又叫X5基团，因为有5个连续的亚甲基团（两个乙烯分子一起插在两个丙烯分子中间）。

很难把X5和更高的基团如X7、X9等加以区分。

鉴于此，把XS和更高基团的乙烯含量一起统计为＞X3％。

无规度比值X3／X5可以测定。

当X3以上基团的百分比很大时，将显著降低共聚物的结晶度，这对无规共聚物的最终性能影响很大。

共聚物中极高含量的乙烯对聚合物结晶度的影响，类似于高无规聚丙烯含量时的作用。

无规PP共聚物不同于均聚物，因为无规地插入聚合物主链中的乙烯分子阻碍了聚合物分子的结晶型排列。

共聚物结晶度的降低引起物理性质的改变：无规共聚物与PP均聚物相比刚度降低，抗冲击性能提高，透明度更好。

乙烯共聚物还有较低的熔化温度，这成了它们在某些方面应用时的优点。

无规共聚物含有较多的可革取物和无规PP，以及乙烯含量高得多的聚合物链。

这种较高的可革取物含量，视不同的聚合过程，不同程度地存在于所有的商品共聚物材料中，并在满足联邦食品管理局（FDA）关于食品接触的规定上造成困难。