聚丙烯(PP)基础知识介绍
聚丙烯（PP）基础知识介绍
1 聚丙烯树脂分类与结构、性能
1.1 聚丙烯树脂简介
聚丙烯(polypropylene)是丙烯的聚合物,英文缩写为PP。
熔融温度约174℃，密度为0.91克／厘米3。它具有强度高、硬度大、耐磨、耐弯曲疲劳、耐热温度达120℃、耐湿和耐化学性优良、容易加工成型、价格低廉而应用广泛的通用高分子材料。但具有低温韧性差，不耐老化等缺点。近年来可以通过共聚和共混等方法进行改进其性能。
聚丙烯可用注射、挤出、吹塑、层压、熔纺等工艺成型，也可双向拉伸。被广泛用于制造容器、管道、包装材料、薄膜和纤维，也常用增强方法获得性能优良的工程塑料。大量应用于汽车、建筑、化工、医疗器具、农业和家庭用品方面。聚丙烯纤维的中国商品名为丙纶。强度与耐纶相仿而价格低廉，用于织造地毯、滤布、缆绳、编织袋等。
1.2 聚丙烯树脂分类
按聚丙烯分子中甲基（―CH3）的空间位置不同分为等规、间规和无规三类。
等规聚丙烯又称全同立构聚丙烯，英文缩写为IPP。从立体化学来看，IPP分子中每个含甲基（―CH3）的碳原子都有相同的构型，即如果把主链拉伸（实际呈线团状），使主链的碳原子排列在主平面内，则所有的甲基（―CH3）都排列在主平面的同一侧。我国各石化企业生产的均聚聚丙烯都属于等规聚丙烯。
间规聚丙烯，英文缩写为SPP。从立体化学来看，SPP分子中含有甲基（―CH3）的碳原子分为两种不同构型且交替排列，如把主链拉伸，使主链的碳原子排列在主平面内，则所有的甲基（―CH3）交替排列在主平面的两侧。SPP是高弹性的热塑性塑料，有良好的拉伸强度，它可以像乙丙橡胶那样进行硫化成为弹性体，机械性能优于一般不饱和橡胶。
无规聚丙烯，英文缩写为APP。从立体化学来看，APP主链上所连甲基（―CH3）在主平面上下两方呈无规则排列。APP曾是碳酸钙填充母料的载体树脂的主要原料，其原因是它作为IPP生产过程中的副产物，价格较为低廉，当初作为技术输出的外国公司认为它没有应用价值，通常将其焚烧处理，是我国的科技人员将其用于制作碳酸钙填充母料。在八十年代初期，APP母料曾红极一时，为当时合成树脂原料奇缺的塑料工业带来巨大经济效益。后来北京燕山石化进行了技术改造，改变了聚丙烯生产工艺，使得副产物APP的来源枯竭，碳酸钙填充母料用的载体树脂转向其它高分子材料。但APP作为一种聚合物，仍然有其自己的独特之处，至今仍有一些进口的APP在许多领域使用，这些APP已不再是IPP生产过程中的副产物，而是特殊工艺制造出的真正意义上的无规聚丙烯。纯APP为典型的非晶态高分子材料，内聚力较小，玻璃化温度低，常温下呈橡胶状态，而高于50℃时即可缓慢流动。
1.3 材料性能
物理性能：一般地说，无规PP共聚物比PP均聚物的挠曲性好而刚性低。它们在温度降至32°F时，还能保持适中的冲击强度，而当温度降至-4°F时，用途就有限了。共聚物的弯曲模量（ 1％应变时的割线模量）在 483～1034MPa范围内，而均聚物则在1034～1379MPa范围内。PP共聚物材料的分子量对刚性的影响不如PP均聚物的大。带切口的悬臂梁式冲击强度一般在0．8～1．4英尺?磅／英寸的范围内。
耐化学性能：无规PP共聚物对酸、碱、醇、低沸点碳氢化合物溶剂及许多有机化学品的作用有很强的抵抗力。室温下，PP共聚物基本不溶于大多数有机溶剂。而且，当暴露在肥皂、皂碱液、水性试剂和醇类中时，它们不像其它许多聚合物那样会发生环境应力断裂损坏。当与某些化学品接触时，特别是液体烃、氯代有机物和强氧化剂，能引起表面裂纹或溶胀。非极性化合物一般比极性化合物更容易为聚丙烯所吸收。
阻隔性能：PP共聚物和均聚物都有很低的水蒸汽渗透率（0．5克／毫升／100平方英寸／24小时）。这些性质可以通过定向加以改进。拉伸吹塑型聚丙烯瓶子已把抗水蒸汽渗透性能改进至0．3，氧气渗透率到2500。
电性能：一般地，聚丙烯有很好的电性能，包括：高介电强度，低介电常数和低损耗因子。其中，电力应用一般选择均聚物。
2 聚丙烯树脂生产方法及工艺
2.1 生产方法
聚丙烯的生产方法如果按聚合反应相态来分，主要有4种，即溶液法、溶剂淤浆法、液相本体法和气相法。
2.1.1 溶液法
溶液法是早期的生产方法，丙烯在160-170℃、聚合压力在2.8-7.0MPa下进行聚合反应，聚合反应生成的PP溶解在溶剂中，PP 冷却后方能析出，用离心分离机分离出PP和溶剂，再从溶剂中除去催化剂残渣和无规物。这种方法容易控制PP的分子量和分子量分布，但是需要采用高温和较高的压力，反应设备费用高、工艺流程长、无规物多，生产成本高，所以现在很少采用。
2.1.2 溶剂淤浆法
溶剂淤浆法工艺可以分为常规催化剂淤浆法和高效催化剂淤浆法两种。早期的溶剂淤浆法工艺是采用常规催化剂，用溶剂做稀释剂，采用C6-C7脂肪烃，丙烯在60-80℃、1-2MPa下进行聚合反应，生成的PP悬浮在稀释剂中，聚合反应在带有搅拌机和冷却装置的釜式反应器中进行。工艺需要除去未反应的单体、除去无规物和催化剂残渣，PP需要进行干燥。
高效催化剂淤浆法工艺采用超高活性催化剂，无需除去无规物和催化剂残渣，因而简化了工艺流程，降低了生产成本。
2.1.3 液相本体法
液相本体法无需烃类稀释剂，而是将丙烯单体本身作为稀释剂来使用，在50-80℃、3.0-4.0MPa和催化剂下进行聚合反应，聚合物淤浆则减压闪蒸,除去未发言的丙烯单体，采用高活性催化剂,无需脱灰和脱无规聚合物工艺，因而简化了生产工艺。
2.1.4 气相法
PP气相法工艺是BASF在1969年实现工业化的。由于采用反应器的种类不同，可以分为气相搅拌床和气相流化床法。
气相搅拌床反应器内单体的流速保持在流态化速度以下，因而空速比气相流化床工艺高，而且向反应器加入液相丙烯时，能够吸收反应热后气化，除去聚合热。
2.2 主要生产工艺
2.2.1 巴塞尔(Basell)生产工艺
该工艺采用球型（Spheripol）生产技术。液体丙烯在环管反应器中进行均聚和无规共聚，多相抗冲共聚物在一个串联的气相反应器中生成，由于采用超高活性催化剂，因而无需除去催化剂残渣和无定形聚合物功效。未反应单体在二段加压系统中闪蒸并循环返回至反应器。
该工艺具有投资和操作费用低，产品收率高和质量好等特点。该工艺可以生产出均聚聚丙烯、无规共聚和三聚体的聚丙烯产品，还可以多种抗冲和特种抗冲（可组合质量分数高达25%的乙烯）共聚体以及高增强、高透明的共聚PP。
巴塞尔公司最近还开发了生产聚丙烯的多区反应器技术，该技术可以生产高刚性的均聚丙烯或高均相共聚丙烯。这一技术可使高刚性和抗冲性能得以均衡，在汽车工业和机器设备中得到广泛应用，可替代工程塑料。
2.2.2 BP气相法（Innovene）工艺
该气相法工艺采用第四代催化剂生产聚丙烯均聚物，无规共聚物和抗冲共聚物。催化剂配制为矿物油淤浆，采用卧式搅拌床反应器。该工艺已经应用于德国吉申克尔赤、中国扬子、上海赛科、北京燕山、新疆独山子石化、比利时吉尔、荷兰吉宁和美国乔古拉特-贝荣的聚丙烯生产装置上。
2.2.3 三井化学公司Hypol工艺
三井化学的Hypol工艺为无溶剂、无脱灰过程，减少了脱除无规聚合物和催化剂残渣的工序，催化剂活性在2-10万kg/kg。聚合物等规度达98.0%-99.9%。目前世界上有25套生产装置采用该生产工艺技术在运转、设计和建设中。
2.2.4 催化剂技术
聚丙烯催化剂自50年代Ziegler-Natta催化剂问世，经过不断改进已发展到第六代。回顾聚丙烯催化剂的开发历程，第一代到第五
代催化剂研究开发的主要目标在于提高催化剂的效率和定向能力，而第六代茂金属催化剂研究开发的目标主要在于能否用茂金属催化剂制备出新的、性能价格比更优良的聚丙烯产品。