PP M17

聚丙烯（Polypropylene，简称PP）是由丙烯单体通过加聚反应制成的半结晶的热塑性聚合物。通常呈白色蜡状固体 [1]，无毒、无味，外观透明且质地轻盈 [2]。其化学式为(C3H6)n（图1），密度为0.89～0.92 g/cm3 [1]，是密度小的热塑性树脂；熔点为164~176 ℃ [3]，在155℃左右软化，使用温度范围为-30～140 ℃ [4]。聚丙烯具有轻巧、耐磨损、抗菌性和易染色等特性，被广泛用于服装、毛毯等纤维制品 [1]；具有良好的绝缘性能，被用于制造如冰箱、洗衣机、空调、电视机的外壳和零部件等；具有良好的化学稳定性、耐热性、透明度和机械性能 [5]，被用于制造医疗器械；具有良好的耐腐蚀性、耐候性和可塑性，被用于制造建筑和建材产品等 [6]。

图谱

聚丙烯

高分子化合物

聚丙烯

塑料

聚醚醚酮

环氧树脂

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中文名

聚丙烯

外文名

polypropylene

化学式

(C3H6)n

CAS登录号

9003-07-0

熔    点

164 至 176 ℃

密    度

0.89 至 0.92 g/cm³

外    观

无色、无臭、无毒、半透明固体物质

简    称

PP

改    性

共聚、填充、增强、接枝、交联等

再利用

合金化、复合化等

特    性

耐热性、轻质、机械强度高、电绝缘性好

目录

1发展简史

2结构

3理化性质

4制备方法

▪溶剂聚合法

▪溶液聚合法

▪液相本体法

▪气相本体法

5聚丙烯改性

▪化学改性

▪PP物理改性

▪表面改性

▪透明改性

▪高熔体强度聚丙烯

6应用

▪用途分配

▪机械及汽车制造零部件

▪电子及电气工业器件

▪建筑业

▪农业、渔业及食品工业

▪纺织和印刷工业

▪其它行业

7废旧PP再资源化技术

▪合金化

▪复合化

8安全事宜

发展简史

播报

时间	发展情况
1953-1954年	德国人Ziegler率先研制出乙烯催化剂，可以使乙烯在低温低压下聚合得到高密度高结晶度的聚乙烯 [7]，在他的启发下，意大利人Natta采用铝钛的氯化物做催化剂,将丙烯聚合成聚丙烯，并创立了定向聚合理论 [2]。二人因为在高分子催化领域的杰出贡献于1963年获得了诺贝尔化学奖。
1957年	Natta的研究成果被成功工业化，意大利Montecatini 公司和美国Hecules公司分别建立了6000 t/a和9000 t/a的聚丙烯生产装置 [2]。
1959年	Stauffer化学公司采用代聚丙烯Z - N催化剂进行工业化生产（代催化剂，由三氯化铝和三氯化钛组成）
1975年	Solvay公司于采用聚丙烯第二代催化剂投入生产（第二代催化剂，在代基础上加上给电子体）
70年代末	Montedison 和三井油化公司分别将第三代催化剂用于工业化生产（第三代催化剂，由氯化镁、四氯化钛和一种给电子体组成 ）
80年代初	超高活性第三代催化剂开发成功，Montell 将其定为第四代催化剂。
80年代至今	聚丙烯产量在合成树脂中居于前列，现在仅低于聚乙烯，居第2位 [2]
1962年	中国开始研究聚丙烯生产工艺 [2]
20世纪80年代开始	聚丙烯在中国发展迅速。中国引进了一些先进的关于聚丙烯生产技术和生产设备，先后建立了燕山、扬子、辽阳等一批大中型聚丙烯生产设施，各地也兴建了大量小型散装聚丙烯生产设施，并对缓解供需矛盾起到了一定的作用。生产规模的大幅度增加，促使中国聚丙烯树脂生产进入了快速发展阶段 [8]
2012年	中国聚丙烯产能达到1296.7万吨 [9]
2015年	中国聚丙烯产能为2013万吨/年 [10]
2021年	中国聚丙烯产能在2767万吨/年

结构

播报

聚丙烯是由丙烯单体（化学式为CH2=CH-CH3）通过共价键连接而成的聚合物，其分子链上的丙烯单体通过碳-碳单键连接，形成线性链状结构。根据侧链甲基的空间排列方式不同，可分为等规、间规和无规三种形式（图2）。等规聚丙烯侧甲基在主链平面的同一侧 [1]，结构规整，结晶度高，熔点较高，硬度和刚度大，力学性能优良。无规聚丙烯侧甲基完全无序分布在主链两侧 [1]，为不定形材料，强度很低，单独使用价值不大，不能用于塑料，但作为填充母料的载体效果很好，常用于改性载体。间规聚丙烯侧甲基有规则地交替分布在主链两侧 [1]，性能介于前两者之间，是低结晶聚合物，用茂金属催化剂生产，属于高弹性热塑材料，具有透明、韧性和柔性，其刚度、硬度只为等规聚丙烯的一半，但冲击性能较好，可以像乙丙橡胶那样硫化，得到的弹性体力学性能超过普通橡胶 [22]。一般生产的聚丙烯树脂中，等规结构的含量为95%，其余为无规或间规聚丙烯。工业产品以等规物为主要成分。

理化性质

播报

1. 无色、无臭、无味、无毒，是常用树脂中轻的一种；

2. 优异的力学性能，包括拉伸强度、压缩强度和硬度，突出的刚性和耐弯曲疲劳性能，由PP制作的活动铰链可承受7×107次以上的折叠弯曲而不破坏，但温度对冲击强度的影响很大，室温以上冲击强度较高，低温时耐冲击性差。PP的拉伸强度一般21-39兆帕；弯曲强度42-56兆帕，压缩强度39-56兆帕，断裂伸长率200％~400％，缺口冲击强度2.2-5 kJ/m2，低温缺口冲击强度1-2 kJ/m2。洛氏硬度R95~105。其力学性能与相对分子质量、结晶尺寸和结晶度有关。相对分子质量低、结晶度高、球晶尺寸大时，制品的刚性大而韧性低 [1] [11]；

3. 耐热性良好，可在100 ℃以上使用，轻载下可达120 ℃，无载条件下高连续使用温度可达120 ℃，短期使用温度150 ℃。耐沸水、耐蒸汽性良好，特别适于制备医用高压消毒制品。其线膨胀系数为5.8 ~ 10.2×10-5 K-1，热导率约0.15 ~ 0.24 W/(m·K)，小于聚乙烯的热导率，是良好的绝热保温材料 [1] [11]；

4. 化学稳定性好，除强氧化剂外，与大多数化学药品不发生作用；在室温下溶剂不能溶解PP，只有一些卤代化合物、芳烃和高沸点脂肪烃能使之溶胀如高温下可溶于四氢化萘、十氢化萘以及1,2,4-三氯代苯等 [12]；

5. PP电绝缘性能优良，环境及电场频率改变的影响对其电性能影响不大，是优异的介电材料和电绝缘材料，可作为高频绝缘材料使用。

6. 由于PP的主链上有许多带甲基的叔碳原子，叔碳原子上的氢易受到氧的攻击，PP的耐候老化性差，在氧和紫外线作用下易发生降解。未加稳定剂的PP粉料，室内放置4个月性能下降，经150 ℃、0.5 ~ 3.0 h 高温老化或经12天曝晒会发脆，生产时必须加入抗氧剂和光稳定剂或紫外线吸收剂 [1]；

7.PP易燃，氧指数仅为17.4，阻燃需加入大量的阻燃剂；氧气透过率较大，可用表面涂覆阻隔层或多层共挤改善；透明性较差，可加成核剂提高；表面极性差，耐化学药品性好，但印刷、黏结等二次加工性差，可采用表面处理、接枝及共混等方法改善 [1]；

制备方法

播报

聚丙烯树脂是四大通用型热塑性树脂（聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯）之一，以丙烯为原料，乙烯为共聚单体通过聚合反应生产制得 [13]。

世界上用于生产聚丙烯的工艺方法按类别划分主要有以下几大类：溶剂法、溶液法，液相本体法（含液相气相组合式）和气相本体法 [13]。各工艺特点简介如下：

溶剂聚合法

溶剂法（又称浆液法或泥浆法、淤浆法）是早采用的聚丙烯生产工艺。该工艺是连续式操作，在50~80 ℃和0.3~1.0 MPa条件下，将丙烯在多级聚合釜中进行聚合。在此过程中，聚合物不溶于溶剂，以微粒的形式悬浮其中，形成浆液状，生成物以浆液的形式连续出料。在闪蒸槽中除去未反应的单体（回收到的单体经过精制后再循环使用），余下的离心分离，除去大部分溶剂和溶于溶剂中的大部分无规PP。用一种既能分解催化剂又能溶解残渣的溶剂（如用含有微量的甲醇）对所得物料进行处理，再经离心除去甲醇及催化剂分解产物 [1]。后，通过洗涤、干燥、加抗氧剂等添加剂挤出造粒，即可得到成品聚丙烯。但溶剂法也存在一些缺点，如有脱灰和溶剂回收工序，使得流程长、复杂，且需要较大的装置投资和高能耗。随着催化剂研究技术的进步，从八十年代起，溶剂法已趋于停滞状态，逐渐被液相本体法所取代 [13]。

溶液聚合法

聚丙烯的溶液聚合法是将丙烯单体溶解在高沸点直链烃溶剂中，在高于聚丙烯熔点的温度下操作，使所的聚合物全部溶解在溶剂中呈均相分布。随后使用高温气提方法蒸发脱除溶剂的熔融聚丙烯，再挤出造粒的粒料产品。这种方法具有生产工艺简化、聚合物性能稳定等优点，但需要较高的工艺要求和能耗，生产厂家有限，目前只有美国柯达公司一家 [13]。

液相本体法

液相本体法生产聚丙烯，是在反应体系中不加任何其他溶剂，将催化剂直接分散在液相丙烯中进行丙烯液相本体聚合反应。聚合物从液相丙烯中不断析出，以细颗粒状悬浮在液相丙烯中。随着反应时间的增长，聚合物颗粒在液相丙烯中的浓度增高。当丙烯转化率达到一定程度时，经闪蒸回收未聚合的丙烯单体，即得到粉料聚丙烯产品。这种工艺具有简单、先进的聚丙烯工业生产方法，代表了八十年代国际上聚丙烯生产的新技术和水平 [10]。其特点包括系统中不加溶剂，丙烯单体以液相状态在釜式反应器中进行液相本体聚合，乙烯丙烯在流化床反应器中进行气相共聚；流程简单，设备少、投资省，动力消耗及生产成本低；均聚采用釜式搅拌反应器（Hypol工艺），或环管反应器（Spheripol工艺），无规共聚和嵌段共聚均在搅拌式流化床中进行 [13]。

采用液相本体法的典型代表是BASELL公司的Spherizone液相本体法工艺。Spherizone是一种气相循环技术，采用齐格勒-纳塔催化剂，可生产出保持韧性和加工性能又具有高结晶度、刚性和更加均一的聚合体。它可在单一反应器中制得高度均一的多单体树脂或双峰均聚物。Spherizone循环反应有二个互通的区域，不同的区域起到由其它工艺的气相和液相环管反应器所起的作用。这两个区域能产生具有不同相对分子质量或单体组成分布的树脂，扩大了聚丙烯的性能范围 [13]。

该工艺的核心设备为MZCR（多区循环反应器系统）反应器R230系统。该反应器由提升管和下降管两部分组成。在提升管内聚合物通过反应气体向上吹，形成流化，并送入下降管的上部经过旋风分离器后，粉料收集在下降管内。反应气体由离心式压缩机通过外部的管线循环，反应热依靠在外部循环管线上的循环器冷却器来移出。反应器产品通过安装在下降管下部的阀门排出。排出的粉料经过高压和低压脱气后，在生产均聚物和无规共聚物时，直接进行汽蒸和干燥，得到粉料产品。生产抗冲产品时，经过高压脱气后的粉料排入气相流化床反应器。该反应器仍采用Spheripol II气应器系统。共聚反应器为立式圆筒式容器，上、下为球形封头，下部为沸腾床，主体材料为不锈钢，内表面抛光 [13]。

该工艺目前单线大生产能力已达45万吨/年。MZCR抗冲共聚产品的乙烯含量可高达22%（橡胶含量大于40%），还可生产含乙烯和1-丁烯的三元共聚产品 [13]。

气相本体法

气相本体法由气态的丙烯与悬浮的聚丙烯干粉中的催化剂直接接触进行聚合。原料气体丙烯以及作为调节剂的氢等从反应器底部进入，用反应气体循环压缩机将反应气体循环，使催化剂保持流化状态，反应生成的共聚物则由底部连续排送至袋式过滤器，经后处理制得成品。根据聚合热移去的方式以及聚合反应器的不同，工艺分为流化床工艺和机械搅拌床工艺，搅拌床又分为立式搅拌床和卧式搅拌床两种 [14]。其特点包括系统不引入溶剂，丙烯单体以气相状态在反应器中进行气相本体聚合。生产工艺简单，流程简短，设备少、生产安全，生产成本低 [13]，无需任何介质，没有闪蒸工序，也不需要任何后处理工序来分离反应介质和溶剂 [15-16]。

采用气相本体法的典型代表是DOW化学公司Unipol气相工艺。Unipol气相聚丙烯工艺是美国联碳公司（UCCP）和壳牌公司于二十世纪八十年代开发的一种气相流化床聚丙烯工艺，是将应用在聚乙烯生产上的流化床工艺移植到聚丙烯生产中，并获得成功。该工艺采用高效催化剂体系，主催化剂为高效载体催化剂，助催化剂为三乙基铝、给电子体 [13]。

UNIPOL工艺具有简单、灵活、经济和安全的特点；该工艺只用很少的设备就能生产出包括均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物在内的全范围产品，可在较大操作范围内调节操作条件而使产品性能保持均一。因为使用的设备数量少而使维修工作量小，装置的可靠性提高。由于流化床反应动力学本身的限制，加上操作压力低使系统中物料的贮量减小，使得该工艺比其它工艺操作安全，不存在事故失控时设备超压的危险 [13]。

此工艺没有液体废料排出，排放到大气的烃类也很少，对环境的影响非常小，与其它工艺相比，该工艺更容易达到环保、健康和安全的各种严格规范。该工艺的另一显著特点是可以配合超冷凝态操作，即所谓的超冷凝态气相流化床工艺（SCM）。该技术通过将反应器内液相的比例提高到45%，可使现有的生产能力提高200%。由于液体含量多少不是流化床不稳定、形成聚合物结块的基本因素，该技术关键的操作变量是膨胀床的密度及膨胀松密度与沉降松密度的比例。由于超冷凝态操作能够有效地移走反应热，它能使反应器在体积不增加的情况下提高2倍以上的生产能力，对于投资的节省是非常可观的。抗冲共聚产品的乙烯含量可高达17%（橡胶含量大于30%）的抗冲共聚产品 [13]。

该工艺的核心设备为气相流化床反应器、循环气压缩机、循环气冷却器和挤压造粒机组。流化床反应器是空心式容器，其顶部带有扩大段，底部带有分布器，反应器操作压力为3.5MPaG，温度67 ℃，第二反应器操作压力为2.1MPaG，温度70 ℃；循环气压缩机为单级、恒速、离心式压缩机 [13]。

聚丙烯改性

播报

针对聚丙烯在低温下的抗冲击性能差、耐候性不佳、表面装饰性差以及在电、磁、光、热、燃烧等方面的功能性与实际需要的差距，对聚丙烯加以改性，成为当前塑料加工发展为活跃的，取得成果为丰盛的领域 [17]。

化学改性

通过共聚改性、交联改性、接枝改性、添加成核剂等使聚丙烯高分子组分与大分子结构或晶体构型发生改变而提高其机械性能、耐热性、耐老化性等性能，提升其综合性能、扩大其应用领域 [18]。

（1）共聚改性

共聚改性是采用茂金属等催化剂在丙烯单体合成阶段进行的改性。在单体聚合过程中，加入烯烃类单体与丙烯进行共聚，得到无规共聚物、嵌段共聚物和交替共聚物等共聚物。茂金属催化剂形成的络合物作为单一活性中心，限制了其不规则形状，实现了对相对分子质量及其分布、共聚单体含量、主链上的分布和高聚物晶型结构的jingque控制 [18]。PP共聚物一般为丙烯和乙烯的共聚物，其中无规共聚物含有1%~7%的乙烯单体，其光学透明性好、柔顺性好、熔融温度较低、抗冲击性高，主要用于高透明薄膜、管材和注塑制品。嵌段共聚物含有5%~20%的乙烯单体，具有良好的刚性和低温韧性，主要用于大型容器、机械零件和电线电缆 [1]。

（2）接枝改性

PP树脂分子呈非极性结晶型线型结构，表面活性低，无极性，存在着诸如表面印刷性不良、涂布粘接不良、难以与极性高聚物共混以及难以与极性增强纤维、填料相容等缺点。接枝改性是在其分子链上引入适当极性的支链，改善其性能上的不足，增加新的性质。在引发剂作用下，熔融混炼时接技单体进行接技反应，引发剂在加热熔融受热时分解产生活性游离基，当活性游离基遇到不饱和羧酸单体时，促使不饱和羧酸单体不稳定键打开后与PP活性游离基反应形成接技游离基，随后通过分子链转移反应而终止。PP常见的接枝改性方法有：熔融法、溶液法、固相法、悬浮法等。熔融接枝是在熔点以上，将单体和PP一起熔融，在引发剂作用下接枝反应。溶液接枝是将PP溶解在合适的溶剂中，以一定方式引发单体接枝。固相接枝，反应时将聚合物固体与适量的单体混合，在较低温度下（100 ~ 120 ℃）用引发剂接枝共聚 [1]。接枝改性后的PP分子链中氢原子被取代而呈现较强极性，这些极性基团使得PP相容性增强，耐热性和机械性能大幅提升 [18]。

（3）交联改性

交联改性主要是把线型或者是枝状的聚合物通过交联的方法改性成为网状结构的聚合物。PP交联改性可以使其力学性能、耐热性以及形态稳定性得到改善，成型周期缩短。聚丙烯交联改性主要方法有化学交联改性、辐射交联改性，它们主要区别在于交联机理不同、活性源不同；化学交联改性是通过添加交联助剂来实现聚丙烯改性，辐射交联改性主要是通过强辐射或强光来实现，由于辐射交联改性对PP厚度要求使得该法普及困难。目前硅烷接枝交联法由于其能够制备出性能优良的材料而发展迅速，硅烷接枝交联法生产的PP强度高、耐热性好、熔体强度高、化学稳定性强、耐腐蚀性能好 [18]。

PP物理改性

在混合、混炼过程中向PP基体中添加有机或无机助剂等得到性能优异的PP复合材料，主要包括：填充改性、共性等 [18]。

（1）填充改性

填充改性是PP中添加硅酸盐、二氧化硅、纤维素、玻璃纤维、碳酸钙、陶土、滑石粉及云母等填料，旨在提高PP的耐热性、降低成本、提高刚性、降低成型收缩率等性能。填充改性会导致PP的冲击强度和伸长率降低。填充改性中添加不同的填料具有不同的特点和作用。如玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属晶须，价格低廉、绝缘性好、耐热强、抗腐蚀性好、机械强度高，应用比较普遍，经玻璃纤维填充改性的PP性能得到明显的改善，玻纤添加量达到30%左右时，材料的机械性能才能有明显的提高；添加量过大时会导致部分玻璃纤维得不到充分浸渍，使聚合物基体与玻璃纤维界面的结合性能变差，导致复合材料的力学强度下降，并且随着玻璃纤维添加量的增加复合材料的流动性能降低，导致PP成型加工工艺性能困难 [18]；碳酸钙可降低产品成本、改善制品性能，提高其刚度、硬度、耐热性、尺寸稳定性；陶土又称高岭土，作为塑料填料，其电绝缘性优良，可用于制造各种电线，也可用作结晶成核剂，改善材料的结晶均匀程度，提高制品透明性，还有一定的阻燃作用，可用作辅助阻燃改性；滑石粉作为填料，可提高制品刚性、硬度、阻燃性能、电绝缘性能、尺寸稳定性，并具有润滑作用；云母可提高PP模量、耐热性，减少蠕变，防止制品翘曲，成型收缩率下降 [1]。

（2）共性

共性是指两种或两种以上聚合物材料以及助剂在一定温度下掺混，使其性能发生变化的过程。如提高抗低温冲击性的改性，可与乙丙橡胶、EPDM（三元乙丙橡胶）、POE（聚烯烃弹性体）、EVA（乙烯-醋酸乙烯酯共聚物）、SBS（苯乙烯 - 丁二烯嵌段共聚物）等共混，但共性中需注意的是聚合物间的相容性，只有形成不完全相容的多相体系，又能相互分散均匀时，才能达到预期的改性效果 [1] [19]。共性工艺过程易调控，生产周期短、耗资少，可改进PP的着色性、加工性、抗静电性、耐冲击性等多种性能。聚合物共混可以综合各组分的突出性能，弥补各组分性能上的不足，共混物综合性能明显提升，但共性PP的耐低温性、耐老化性仍然不甚理想。共性时，剪切力可能导致一部分大分子链被切断形成自由基并形成接枝或嵌段共聚物，这些新的共聚物也可以有效的对PP起到增容作用 [18]。

（3）增强改性

纤维状材料加入到塑料中，可以显著提高塑料材料的强度，故称之为增强改性。大径厚比的材料可以显著提高塑料材料的弯曲模量（刚性），也可以将其称之为增强改性 [17]。

PP（聚丙烯）的增强改性中应用的增强材料主要是玻璃纤维及其制品，还有碳纤维、有机纤维、硼纤维、晶须等。玻璃纤维增强PP中，用得较多的玻璃纤维为无碱玻璃纤维和中碱玻璃纤维，其中无碱玻璃纤维的用量大。玻纤的直径控制在6～15 μm范围内，玻纤的长度必须保证在0.25～0.76 mm，这样既能够保证制品性能，又能使玻纤分散良好。一般认为制品中的玻纤长度大于0.2 mm时才有改性效果。玻纤含量（质量分数）在10%～30%为佳，超过40%时性能下降。添加有机硅烷类偶联剂能使玻璃纤维和PP两者形成良好界面，提高复合体系的弯曲模量、硬度、负荷变形温度，特别是尺寸稳定性 [20]。

由于玻纤增强PP可以提高机械强度和耐热性，且玻纤增强PP的耐水蒸汽性、耐化学腐蚀性和耐蠕变性都很好，在许多场合可以作为工程塑料使用，如风扇叶片、暖风机格栅、叶轮泵、灯罩、电炉和加热器外壳等等 [17]。

聚丙烯在生产数量迅速发展的也在性能上不断出新，使其应用的广度和深度不断变化，或者通过在聚合反应时加以改进，或者在聚合后造粒时采取措施，有一些更具独特性能的聚丙烯新的品种问世，如透明聚丙烯、高熔体强度聚丙烯等 [17]。

表面改性

聚合物材料存在大量的表面和界面问题，如表面的黏结、耐蚀、染色、耐老化、润滑、硬度以及对力学性能的影响等。PP表面改性方法通常可分为化学改性和物理改性。化学改性是指用化学试剂处理PP材料表面，使其表面性质得到改善，这包括酸洗、碱洗、过氧化物或臭氧处理等。物理改性是指用物理技术处理材料表面，使其表面性质得以改善，其应用为广泛，包括等离子体表面处理、光辐射处理、火焰处理、涂覆处理和加入表面改性剂等。

透明改性

PP的结晶是造成不透明的主要原因，利用急冷冻结PP的结晶趋向，可以得到透明的薄膜，但有一定壁厚的制品，因热传导需要时间，芯层不可能迅速被冷却冻结，对于有一定厚度的制品不能指望用急冷的办法提高透明度，必须从PP的结晶规律和影响因素入手 [17]。

经一定技术手段得到的改性PP，可具有优良的透明性和表面光泽度，甚至可以和典型的透明塑料（如PET、PVC、PS等）相媲美。透明PP更为优越的是热变形温度高，一般可高于110 ℃，有的甚至可达135 ℃，而上述三种透明塑料的热变形温度都低于90 ℃。由于透明PP的性能优势明显，在全球都得以迅速发展，应用领域从家庭日用品到医疗器械，从包装用品到耐热器皿（微波炉加热用），都在大量使用 [17]。

传统的透明改性通过以下三种途径：

（1）采用茂金属催化剂聚合出具有透明性的PP；

（2）通过无规共聚得到透明性PP；

（3）在普通聚丙烯中加入透明改性剂（主要是成核剂）提高其透明性 [17]。

高熔体强度聚丙烯

聚丙烯的缺点之一是熔体强度低，耐熔垂性差。通常非晶态聚合物（如ABS、PS）在较宽的温度范围内存在类似橡胶一样的弹性行为，而处于半结晶的聚丙烯则没有。这一缺点造成了聚丙烯不能在较宽的温度范围内进行热成型，它的软化点和熔点非常接近，一旦到达熔点，熔体粘度急剧下降，随之熔体强度也大幅下降，导致在热成型时制品壁厚不均，挤出发泡泡孔塌陷等问题，大大限制了聚丙烯在某些方面的应用。高熔体强度聚丙烯（HMSPP）就是指熔体强度对温度和熔体流动速率不太敏感的聚丙烯，极具开发应用前景 [17]。

HMSPP是一种树脂含有长支链的聚丙烯，长支链是在后聚合中引发接枝的，这种均聚物的熔体强度是具有相似流动特性普通聚丙烯均聚物的9倍，在密度和熔体流动速率相近的情况下，HMSPP的屈服强度、弯曲模量以及热变形温度和熔点均高于普通聚丙烯，但缺口冲击强度比普通聚丙烯低 [17]。HMSPP的一个特点是具有较高的结晶温度和较短的结晶时间，从而允许热成型制件可以在较高温度下脱模，以缩短成型周期，可以在普通热成型设备上制成较大拉伸比、薄壁的容器 [17]。

HMSPP在恒定应变速率下，熔体流动的应力开始呈现逐渐增加，成指数级增加，表现出明显的应变硬化行为。发生应变时，普通聚丙烯的拉伸粘度随即下降，而HMSPP则保持稳定。HMSPP的应变硬化能力可以保证其在成型拉伸时，保持均匀变形，而普通PP在受到拉伸时总是从结构中薄弱的或热的地方开始变形，导致制品种种缺陷，甚至不能成型 [17]。

目前，HMSPP的制备方法主要有两种：一种是将聚丙烯与其他化合物进行反应性改性，另一类是聚丙烯与其他聚合物进行共性，具体的实施方法主要有射线辐射法、反应挤出法、聚合过程中引发接枝法等。在制备HMSPP的过程中，面临着两大难题：聚丙烯的降解和凝胶问题，存在着聚合物接枝与单体均聚的竞争、聚合物主链β断键和交联与支化的竞争。影响高聚物熔体强度的主要因素是其分子结构。就聚丙烯而言，相对分子质量及其分布和是否具有支链结构决定其熔体强度。一般相对分子质量越大，相对分子质量分布越宽，其熔体强度越大，长支链可明显提高接枝聚丙烯的熔体强度。

HMSPP专用树脂解决了普通聚丙烯热成型困难的问题，可在普通热成型设备上成型较大拉伸比的薄壁容器，加工温度范围较宽，工艺容易掌握，容器壁厚均匀。可以用于制作微波食品容器和高温蒸煮杀菌容器。混有HMSPP的普通聚丙烯比纯普通聚丙烯具有较高的加工温度和加工速度，制成的薄膜透明性也好于普通聚丙烯。这主要是由于HMSPP具有拉伸应变硬化的特点，它的长支链具有细化晶核的作用。

HMSPP的应变硬化行为是取得高拉伸比和涂覆速度快的关键因素。使用HMSPP可获得较高的涂覆速度和较薄的涂层厚度。HMSPP具有较高的熔体强度和拉伸粘度，其拉伸粘度随剪切应力和时间的增加而增加，应变硬化行为促使泡孔稳定增长，抑制了微孔壁的破坏，开辟了聚丙烯挤出发泡的可能性。

高熔体强度聚丙烯的研究起自20世纪80年代末，但它的各种优异性能、合理的价格优势以及广泛的应用范围已经获得世界范围的认同，并有逐步取代传统的PS、ABS，向工程塑料发展的趋势，其开发利用前景广阔。

聚丙烯是重要的通用塑料之一，无论是从数量上，还是从应用的广度与深度上都属发展快的品种。作为改性塑料行业，聚丙烯的高性价比、多功能化和工程化始终是摆在面前的重要任务 [17]。

应用

播报

用途分配

在欧美各国，聚丙烯被广泛用于注塑制品，占总消费量的50%。这些制品主要用于汽车、电器的零部件，各种容器、家具、包装材料和医疗器材等。薄膜占总消费的8%～15%，聚丙烯纤维（中国称丙纶）占8%～10%，建筑等领域用的管材和板材占总消费的10%～15%，其他用途占10%～12%。中国目前用于编织制品的量占40%～45%，是薄膜和注射制品占40%左，丙纶及其他占10%～20% [2]。

中国主要将聚丙烯用于食品包装、家用物品、汽车和光纤等领域。其中，编织袋、包装袋、捆扎绳等产品是中国使用聚丙烯多的领域，约占总消费的30%。随着聚丙烯注塑产品和包装膜的发展，其在织造产品中的应用比例有所下降，但仍然是聚丙烯消耗大的领域之一。注塑产品是中国第二大聚丙烯消费领域，占总消费量的26%左右。薄膜在中国的消费占比约为20%，主要是BOPP（双向拉伸聚丙烯薄膜）。纺织产品、注塑产品、薄膜是中国聚丙烯的主要需求领域，而管材、板材、纤维等领域的需求增长迅速，国内对聚丙烯的需求也在迅速增长。高速绘图BOPP薄膜、管材、薄无纺布、高透明食品容器等特种材料市场发展前景良好 [8]。

机械及汽车制造零部件

聚丙烯具有优异的机械性能，可用于制造各种机械设备的零部件，如制造工业管道、农用水管、电机风扇、基建模板等。改性的聚丙烯可模塑成保险杠、防擦条、汽车方向盘、仪表盘及车内装饰件等，大大减轻车身自重达到节约能源的目的 [6]。

电子及电气工业器件

改性的聚丙烯可用于制作家用电器的绝缘外壳及洗衣机内胆，广泛用于电线电缆和其他电器的绝缘材料。采用重量份数的均聚聚丙烯60~80份，乙烯-乙烯醇共聚物20~40份，相容剂（聚丙烯马来酸酐接枝物与乙烯-乙烯醇共聚物的反应物）1~10份，于170℃~190℃条件下混炼制成的聚丙烯复合材料具有较高的韧性，其冲击强度高达210J/m，具有较高的气体阻隔性能，透水蒸汽速率接近2000g·μm/(m2·24h)。在制备阻隔性薄膜时，可采用传统的制膜工艺进行生产，工艺较为简单，生产的成本较低 [6]。

建筑业

聚丙烯纤维是所有化学纤维中轻的一种，其密度为0.90~0.92 g/cm³，具有强度高、韧性好、耐化学品性好、抗微生物性强、价格低等优点。用玻璃纤维增强改性或用橡胶、SBS改性过的聚丙烯被广泛用于制作建筑工程模板，发泡后的聚丙烯可用于制作装饰材料。在地震发生时，聚丙烯纤维陶粒混凝土的破坏形态为塑性破坏，无碎块剥落。选用聚丙烯纤维陶粒混凝土比素陶粒混凝土更安全 [6]。

农业、渔业及食品工业

聚丙烯可用于制作温室气蓬、地膜、培养瓶、农具、鱼网等，也可用于制作食品周转箱、食品袋、饮料包装瓶等。通过与废旧PET（聚对苯二甲酸乙二酯）反应性共混制成多功能废旧PET，将多功能废旧PET与聚丙烯原位成纤复合制成的原位成纤复合材料。这种复合材料具有废旧PET形成异形微纤和废旧PET微纤与PP基体树脂间形成适度柔性强结合的界面等结构特征，废旧PET与PP复合制备的原位成纤复合材料的韧性刚性均比PP明显提高，力学性能的重现性相当好。将中国每年大量产生的废弃物即废旧PET资源化可带来显著的经济和社会效益。

中国东部沿海地区拥有广袤的海洋滩涂，具有典型的盐渍土特征。有研究表明，聚丙烯酰胺（PAM）协同3种牧草对滨海盐渍土区实施水土保持具有显著效果。生物措施下施用PAM，对3种牧草均有促进土壤提高抗侵蚀能力的作用。施用PAM可减少土壤侵蚀量，提升雨水截留量。研究发现，低剂量（1g/m）的PAM在单位质量下的水土保持效益高，可减少年侵蚀量42.8%~46.7%，抑制土壤腾发总量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%，促进土壤持水能力的提升。在牧草生长初期，施用PAM可提升雨水截留量16.5%~33.8%。PAM的协同作用有利于抑制土壤腾发的产生，并加强雨水截留能力 [6]。

纺织和印刷工业

聚丙烯是合成纤维的原材料，丙纶纤维被广泛应用于制作轻质美观且耐用的纺织用品，使用聚丙烯材料印刷出的画面特别光亮、鲜艳且美观 [6]。

其它行业

在化学工业中，聚丙烯可以应用于制备各种耐腐蚀的输送管道、储槽、阀门、填料塔中的异型填料、过滤布、耐腐泵及耐腐容器的衬里；在医药方面可用于制作医疗器具；聚丙烯还可以通过接枝、复合和共混工艺，实现在能源领域的开发应用 [6]。

废旧PP再资源化技术

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聚丙烯（PP）是目前第二大通用塑料，随着建筑、汽车、家电和包装等行业的发展，废旧PP成为产量较大的废弃高分子材料之一。目前，处理废旧PP的途径主要有：焚烧供能、催化裂解制备燃料、直接利用和再资源化。考虑处理废旧PP过程中的技术可行性、成本、能量消耗和环境保护等因素，再资源化是目前常用、有效和为提倡的处理废旧PP途径。 由于使用过程中受光、热、氧和外力等因素影响，PP的分子结构会发生变化，制品变黄、变脆、甚至开裂，导致PP韧性、尺寸稳定性、热氧稳定性和可加工性等明显变差，直接使用废旧PP制造制品难以满足加工和使用过程的要求。 废旧PP再资源化技术不断发展，采用与其他聚合物合金化或与填料复合化，可明显改善废旧PP的加工性能、热性能、物理和力学性能，实现废旧PP的高性能化 [21]。

合金化

合金化是将废旧PP与其他高分子材料进行混合，制备宏观均匀材料的过程。通过选择不同高分子材料合金化，能够改善废旧PP加工性能、物理和力学性能，如采用弹性体可显著提高废旧PP的冲击韧性。有研究废旧PP/RU复合胶（天然橡胶和丁苯橡胶各占50%）共混材料的力学性能和热变形行为，发现先将RU复合胶塑炼成细小橡胶颗粒，使其均匀地分散于废旧PP连续相，可明显提高废旧PP的冲击强度和断裂伸长率，但会导致PP刚性和耐热变形性降低。大多数弹性体与废旧PP不相容，界面黏结较差，在加工和使用过程存在相分离，影响其性能。为改善废旧PP合金界面相容性，增强界面黏结，许多学者开展了广泛研究，发现了两种增容剂可提高共混材料的储能模量、损耗模量和体系黏度。硫化剂可提高共混材料的冲击与拉伸强度、熔体黏度、断裂伸长率和延展性; 过氧化物交联剂的加入还能改善共混材料的相容性，提高共混材料冲击和拉伸强度，但可能会导致断裂伸长率略有下降 [21]。

复合化

复合化是将废旧PP与非高分子材料混合，制备复合材料的过程，是实现废旧PP高性能化、功能化的主要途径。废旧PP复合化可改善其刚性、强度、热学、电学等物理与力学性能，也可以降低成本。 [14]按照填料成分可分为无机填料和有机填料 [21]。

按照填料成分可分为无机填料和有机填料。

无机填料复合化

常用于PP复合的无机填料都可以与废旧PP复合，例如碳酸钙、滑石粉、蒙脱土、金属氧化物、粉煤灰和玻璃纤维等。研究发现，这些无机填料虽能显著改善废旧PP刚性并降低成本，但它们与废旧PP的极性相差较大，表面能高，相容性差，从而导致复合材料的断裂伸长率和冲击韧性下降 [21]。

有机填料复合化

常见有机填料包括木粉与木纤维、淀粉、麦秸、麻纤维和废弃报纸等。有对木质纤维填充废旧PP微孔发泡技术的研究，结果表明熔融温度180℃，保压压力12.5MPa时，微孔结构均匀分布。由于微孔结构能够延长裂缝的传播路径，吸收外界冲击能量，从而提高冲击强度。天然纤维是新兴的废旧PP填充材料，针对其高吸水性以及与废旧PP的不相容性，对其进行表面处理是实现天然纤维填充废旧PP复合材料高性能化的主要方法。废弃涤纶也可用于改性废旧PP，有学者研究了β-成核废旧PP/废弃涤纶织物复合材料的结晶行为，结果表明废弃涤纶和β-成核剂对废旧PP结晶均具有异相成核作用，提高废旧PP结晶温度，并诱导形成β晶 [21]。

常见的有机填料包括木粉与木纤维、淀粉、麦秸、麻纤维和废弃报纸等。有关木质纤维填充废旧PP微孔发泡技术的研究显示，在熔融温度180℃、保压压力12.5MPa的条件下，微孔结构能够均匀分布。微孔结构有助于延长裂缝传播路径，吸收外界冲击能量，提高了冲击强度。天然纤维作为一种新兴的废旧PP填充材料，针对其高吸水性以及与废旧PP的不相容性，对其进行表面处理是实现天然纤维填充废旧PP复合材料高性能化的主要方法。废弃涤纶也可用于改性废旧PP。有研究表明，β-成核废旧PP/废弃涤纶织物复合材料的结晶行为中，废弃涤纶和β-成核剂对废旧PP结晶均具有异相成核作用，能提高废旧PP的结晶温度，并诱导形成β晶。

混杂复合化

混杂复合化是指使用两种或两种以上填料填充聚合物以制备复合材料的过程。由于单一填料的局限性，混杂复合化可以通过不同填料的优势互补和协同作用，更好地改善聚合物的综合性能。关于混杂填料填充废旧PP复合材料的制备和相关性能的研究已经引起了关注，其中涉及的填料主要包括不同无机填料的混杂以及无机/有机填料的混杂 [21]。

合金复合化

为充分发挥合金化和复合化的优点，研究人员开始将合金化和复合化结合起来，以改善和提高废旧PP物理与力学性能，实现废旧PP高性能化和工业化，如通过将有机填料与弹性体、无机填料与弹性体结合来改性废旧PP。研究表明，废旧PP和滑石粉填充废旧PP复合材料在低温下的断裂均为脆性行为，添加EOC（乙烯-辛烯共聚物）可显著改善复合材料的抗冲击性能。EOC增韧滑石粉填充废旧PP复合材料的动态力学行为并不随着回收次数增加而变化 [21]。

安全事宜

PP在正常使用条件下被认为是相对安全的塑料材料，但仍需注意以下几个方面：

1. 毒性：聚丙烯本身并不具有明显的毒性，但在高温条件下可能释放有害气体，如一氧化碳和二氧化碳。在加工或使用聚丙烯制品时，应注意通风良好。聚丙烯常用于食品包装和容器制造，因为它被认为是一种安全的食品级塑料。但在微波炉中加热或在高温条件下使用聚丙烯制品时，仍需注意避免食品与塑料直接接触，以防止有害物质的迁移。聚丙烯在常温下具有较高的化学稳定性，不易燃烧，但在高温条件下会变软并燃烧，释放有毒气体。在处理热塑性聚丙烯时要小心避免火源。

2.防护措施：在处理聚丙烯时，应采取适当的防护措施，如佩戴合适的呼吸器、手套和护目镜，确保通风良好。避免长时间皮肤接触和吸入聚丙烯粉尘。

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