聚丙烯(PP)基础知识介绍
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聚丙烯（PP）基礎知識介紹
1 聚丙烯樹脂分類與結構、性能
1.1 聚丙烯樹脂簡介
聚丙烯(polypropylene)是丙烯的聚合物,英文縮寫為PP。
熔融溫度約174℃，密度為0.91克／釐米3。它具有強度高、硬度大、耐磨、耐彎曲疲勞、耐熱溫度達120℃、耐濕和耐化學性優良、容易加工成型、價格低廉而應用廣泛的通用高分子材料。但具有低溫韌性差，不耐老化等缺點。近年來可以通過共聚和共混等方法進行改進其性能。
聚丙烯可用注射、擠出、吹塑、層壓、熔紡等工藝成型，也可雙向拉伸。被廣泛用於製造容器、管道、包裝材料、薄膜和纖維，也常用增強方法獲得性能優良的工程塑料。大量應用於汽車、建築、化工、醫療器具、農業和家庭用品方面。聚丙烯纖維的中國商品名為丙綸。強度與耐綸相仿而價格低廉，用於織造地毯、濾布、纜繩、編織袋等。
1.2 聚丙烯樹脂分類
按聚丙烯分子中甲基（―CH3）的空間位置不同分為等規、間規和無規三類。
等規聚丙烯又稱全同立構聚丙烯，英文縮寫為IPP。從立體化學來看，IPP分子中每個含甲基（―CH3）的碳原子都有相同的構型，即如果把主鏈拉伸（實際呈線團狀），使主鏈的碳原子排列在主平面內，則所有的甲基（―CH3）都排列在主平面的同一側。我國各石化企業生產的均聚聚丙烯都屬於等規聚丙烯。
間規聚丙烯，英文縮寫為SPP。從立體化學來看，SPP分子中含有甲基（―CH3）的碳原子分為兩種不同質性且交替排列，如把主鏈拉伸，使主鏈的碳原子排列在主平面內，則所有的甲基（―CH3）交替排列在主平面的兩側。SPP是高彈性的熱塑性塑膠，有良好的拉伸強度，它可以像乙丙橡膠那樣進行硫化成為彈性體，機械性能優於一般不飽和橡膠。
無規聚丙烯，英文縮寫為APP。從立體化學來看，APP主鏈上所連甲基（―CH3）在主平面上下兩方呈無規則排列。APP曾是碳酸鈣填充母料的載體樹脂的主要原料，其原因是它作為IPP生產過程中的副產物，價格較為低廉，當初作為技術輸出的外國公司認為它沒有應用價值，通常將其焚燒處理，是我國的科技人員將其用於製作碳酸鈣填充母料。在八十年代初期，APP母料曾紅極一時，為當時合成樹脂原料奇缺的塑膠工業帶來巨大經濟效益。後來北京燕山石化進行了技術改造，改變了聚丙烯生產工藝，使得副產物APP的來源枯竭，碳酸鈣填充母料用的載體樹脂轉向其他高分子材料。但APP作為一種聚合物，仍然有其自己的獨特之處，至今仍有一些進口的APP在許多領域使用，這些APP已不再是IPP生產過程中的副產物，而是特殊工藝製造出的真正意義上的無規聚丙烯。純APP為典型的非晶態高分子材料，內聚力較小，玻璃化溫度低，常溫下呈橡膠狀態，而高於50℃時即可緩慢流動。
1.3 材料性能
物理性能：一般地說，無規PP共聚物比PP均聚物的撓曲性好而剛性低。它們在溫度降至32°F時，還能保持適中的衝擊強度，而當溫度降至-4°F時，用途就有限了。共聚物的彎曲模量（ 1％應變時的割線模量）在 483～1034MPa範圍內，而均聚物則在1034～1379MPa範圍內。PP共聚物材料的分子量對剛性的影響不如PP均聚物的大。帶切口的懸臂梁式衝擊強度一般在0〃8～1〃4英尺?磅／英寸的範圍內。
耐化學性能：無規PP共聚物對酸、堿、醇、低沸點碳氫化合物溶劑及許多有機化學品的作用有很強的抵抗力。室溫下，PP共聚物基本不溶於大多數有機溶劑。而且，當暴露在肥皂、皂堿液、水性試劑和醇類中時，它們不像其他許多聚合物那樣會發生環境應力斷裂損壞。當與某些化學品接觸時，特別是液體烴、氯代有機物和強氧化劑，能引起表面裂紋或溶脹。非極性化合物一般比極性化合物更容易為聚丙烯所吸收。
阻隔性能：PP共聚物和均聚物都有很低的水蒸汽滲透率（0〃5克／毫升／100平方英寸／24小時）。這些性質可以通過定向加以改進。拉伸吹塑型聚丙烯瓶子已把抗水蒸汽滲透性能改進至0〃3，氧氣滲透率到2500。
電性能：一般地，聚丙烯有很好的電性能，包括：高介電強度，低介電常數和低損耗因數。其中，電力應用一般選擇均聚物。
2 聚丙烯樹脂生產方法及工藝 2.1 生產方法
聚丙烯的生產方法如果按聚合反應相態來分，主要有4種，即溶液法、溶劑淤漿法、液相本體法和氣相法。
2.1.1 溶液法
溶液法是早期的生產方法，丙烯在160-170℃、聚合壓力在2.8-7.0MPa下進行聚合反應，聚合反應生成的PP溶解在溶劑中，PP冷卻後方能析出，用離心分離機分離出PP和溶劑，再從溶劑中除去催化劑殘渣和無規物。這種方法容易控制PP的分子量和分子量分佈，但是需要採用高溫和較高的壓力，反應設備費用高、工藝流程長、無規物多，生產成本高，所以現在很少採用。
2.1.2 溶劑淤漿法
溶劑淤漿法工藝可以分為常規催化劑淤漿法和高效催化劑淤漿法兩種。早期的溶劑淤漿法工藝是採用常規催化劑，用溶劑做稀釋劑，採用C6-C7脂肪烴，丙烯在60-80℃、1-2MPa下進行聚合反應，生成的PP懸浮在稀釋劑中，聚合反應在帶有攪拌機和冷卻裝置的釜式反應器中進行。工藝需要除去未反應的單體、除去無規物和催化劑殘渣，PP需要進行乾燥。
高效催化劑淤漿法工藝採用超高活性催化劑，無需除去無規物和催化劑殘渣，因而簡化了工藝流程，降低了生產成本。
2.1.3 液相本體法
液相本體法無需烴類稀釋劑，而是將丙烯單體本身作為稀釋劑來使用，在50-80℃、3.0-4.0MPa和催化劑下進行聚合反應，聚合物淤漿則減壓閃蒸,除去未發言的丙烯單體，採用高活性催化劑,無需脫灰和脫無規聚合物工藝，因而簡化了生產工藝。
2.1.4 氣相法
PP氣相法工藝是BASF在1969年實現工業化的。由於採用反應器的種類不同，可以分為氣相攪拌床和氣相流化床法。
氣相攪拌床反應器內單體的流速保持在流態化速度以下，因而空速比氣相流化床工藝高，而且向反應器加入液相丙烯時，能夠吸收反應熱後氣化，除去聚合熱。
2.2 主要生產工藝
2.2.1 巴塞爾(Basell)生產工藝
該工藝採用球型（Spheripol）生產技術。液體丙烯在環管反應器中進行均聚和無規共聚，多相抗沖共聚物在一個串聯的氣相反應器中生成，由於採用超高活性催化劑，因而無需除去催化劑殘渣和無定形聚合物功效。未反應單體在二段加壓系統中閃蒸並迴圈返回至反應器。
該工藝具有投資和操作費用低，產品收率高和品質好等特點。該工藝可以生產出均聚聚丙烯、無規共聚和三聚體的聚丙烯產品，還可以多種抗沖和特種抗沖（可組合品質分數高達25%的乙烯）共聚體以及高增強、高透明的共聚PP。
巴塞爾公司最近還開發了生產聚丙烯的多區反應器技術，該技術可以生產高剛性的均聚丙烯或高均相共聚丙烯。這一技術可使高剛性和抗沖性能得以均衡，在汽車工業和機器設備中得到廣泛應用，可替代工程塑料。
2.2.2 BP氣相法（Innovene）工藝
該氣相法工藝採用第四代催化劑生產聚丙烯均聚物，無規共聚物和抗沖共聚物。催化劑配製為礦物油淤漿，採用臥式攪拌床反應器。該工藝已經應用于德國吉申克爾赤、中國揚子、上海賽科、北京燕山、新疆獨山子石化、比利時吉爾、荷蘭吉甯和美國喬古拉特-貝榮的聚丙烯生產裝置上。
2.2.3 三井化學公司Hypol工藝
三井化學的Hypol工藝為無溶劑、無脫灰過程，減少了脫除無規聚合物和催化劑殘渣的工序，催化劑活性在2-10萬kg/kg。聚合物等規度達98.0%-99.9%。目前世界上有25套生產裝置採用該生產工藝技術在運轉、設計和建設中。
2.2.4 催化劑技術
聚丙烯催化劑自50年代Ziegler-Natta催化劑問世，經過不斷改進已發展到第六代。回顧聚丙烯催化劑的開發歷程，第一代到第五代催化劑研究開發的主要目標在於提高催化劑的效率和定向能力，而第六代茂金屬催化劑研究開發的目標主要在於能否用茂金屬催化劑製備出新的、性能價格比更優良的聚丙烯產品。
