聚丙烯塑料的改性及应用
中国塑料加工工业协会改性塑料专业委员会
副理事长兼秘书长 教授级1工程师 刘英俊
1、聚丙烯在合成树脂生产中占据重要地位，发展极为迅速
聚丙烯是五大通用合成树脂中的一个重要品种，在国内外的发展均十分迅速。在全球塑料用五大合成树脂中，聚丙烯的产量占有1/4左右的份额，预计2006年世界五大通用合成树脂的总产能将达到1亿9千万吨，其中聚丙烯4878万吨，占总产能的25.6%[1]。而我国2004年聚丙烯树脂产量为474.88万吨，进口291.4万吨，出口1.53万吨，其表观消费量为764.7万吨，占当年全国五大通用树脂表观消费量总和2954万吨的25.9%。预计到2010年我国聚丙烯树脂的表观消费量将增加至1080万吨，较2004年增长40%以上。表1列出近期投产和正在建设的聚丙烯装置的地点和产能。
表1 近期投产和在建聚丙烯装置
建设地点
产能（万吨）
投产情况
大庆炼化
30
已投产
上海赛科
25
已投产
北京燕山
12
改扩建成功
兰州石化
30
已开工
福建炼化
40
已开工
茂名石化
30
在建
大连石化
40
在建
宁夏石化、山东恒源石化
10
在建
福建泉港
15
在建
浙江绍兴
10
在建
广州石化
30
2009年前投产
台塑宁波
45
2007年前投产
镇海炼化
20
2007年前投产
北京燕山扩建
38
2009年前投产
天津石化
55
2008年前投产
内蒙包头
30
在建
内蒙多伦
46
在建
东北大连、抚顺等地
136
在建
独山子石化
55
改扩建
在已宣布的新增产能中，中石化253万吨/年，中石油135万吨/年，而且大多数项目的产能都在30万吨以上，达到1规模。这些装置全部投产后，中石化的聚丙烯产能将超过巴赛尔公司，
跃居全球榜首，中石油也将列位前五名之列，届时中国将成为生产聚丙烯树脂全球产能最大的国家。
另据报道，我国聚丙烯树脂的产量1995年仅为107.35万吨，到2005年达到522.95万吨，平均年递增38.7%，同期表观消费量也从212.92万吨{TodayHot}增至823万吨，平均年递增28.7%，成为全球聚丙烯消费增长最快的国家[2]。
1 聚丙烯基本知识
1.1 树脂与塑料的定义和分类
树脂（Resin）：高分子材料亦称高分子聚合物，分为天然高分子材料和合成高分子材料。在合成高分子材料中按塑料、橡胶、纤维三大用途分为合成树脂、合成橡胶和合成纤维三大类，其中用于塑料的合成树脂所占的比例最大，约占合成材料总量的2/3以上。
塑料（Plastics）：以合成树脂为主要成分，添加有适量的填料、助剂、颜料，而且在加工过程中能流动成型的材料。
热塑性塑料（ThermoPlastics）：能在特定温度范围内反复软化和冷却硬化的塑料。
热固性塑料（Thermosetting Plastics）：在第一次成型之后，成为不熔、不溶性物料的塑料。
通用塑料（General Plastics）：指产量大、用途广、成型加工性能好、价格相对便宜的塑料。以五大通用树脂为基础原料的塑料为聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）。
工程塑料（Engineering Plastics)：指具有高性能，可以作为工程结构件的塑料。工程塑料又分为通用工程塑料和特殊工程塑料，前者如聚酰胺（PA）、聚甲醛（POM）、聚酯（PET和PBT）、聚碳酸酯（PC）、改性{HotTag}聚苯醚（MPPO），其使用温度一般在150℃以下，而特种工程塑料是指使用温度可达150℃以上的工程塑料，如聚砜（PSF）、聚苯硫醚（PPS）、聚酰亚胺（PI）、聚四氟乙烯（PTFE）等。
1.2 聚丙烯（Polypropylene，缩写为PP）的种类与特性
2.2.1聚丙烯的基本概念
聚丙烯是以丙烯（CH3—CH=CH2）为单体，通过加聚反应得到的高分子聚合物，其反应特征一是瞬间完成，二是没有小分子化合物伴随产生。
采用齐格勒—纳塔催化剂可以得到高分子量的结晶性PP。根据—CH3基团在空间排布的规律，PP分为等规、间规和无规三种聚合物。只有等规度高的PP才能生成良好的结晶区，才能具有我们所需要的优良性能。
等规聚丙烯的晶体形态有α、β、γ、δ和拟六方五种，最常见的是α晶态，属单斜晶系。α晶态在138℃左右形成，其熔点为180℃。拟六方态也叫次晶结构，又叫蝶状液晶。当熔融态的等规PP被急冷至70℃以下，或在70℃以下进行冷拉伸时，就会生成拟六方态晶体，此时PP的硬度和刚性减小，而冲击强度和透明性提高。
等规PP从熔融状态逐渐冷却时形成的晶体为球晶，结晶温度越高，球晶越大，反之球晶越小。球晶越大，性能越脆，球晶大小直接影响到PP材料的冲击强度。
在结晶型塑料中，结晶度对材料的性能影响最大。结晶度即材料中结晶部分重量占材料总重量的百分数。PP的结晶度可通过使用水—乙醇体系的密度梯度管测定其密度来求得。
注塑成型的PP结晶度一般为50~70%，改变成型条件和后处理条件，可以改变结晶度。
结晶需要晶核，如果PP结晶时存在大量晶核，可以提高结晶度和减小球晶尺寸，从而可以提高PP的屈服强度、冲击强度和表面硬度，同时还可以改进PP的透明性和光泽性，降低成型加工温度，缩短成型周期，得到残留内应力低的性能均衡的制品，特别有利于成型大型制品。通常增加晶核的办法是添加成核剂。
PP分子量的大小和分布也直接影响着PP塑料材料性能和加工性能。通常从PP的熔体流动速率（MFI）可以了解到PP分子量的大小和分布情况。MFI越大，表示PP的分子量越小。不同PP的MFI可从零点几到几十，单位为g/10min。分子量分布可通过Q值（重均分子量与数均分子量之比）反映出来，Q值越大，分子量分布越宽。通常PP的Q值为10~40。
PP的分子量越高，即MFI越小，材料的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度都越高，而透明性、光泽及表面硬度则越低。
2.2.2聚丙烯的种类
1）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（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，基本性能如前所述，典型产品如北京燕山石化的PP2401，扬子石化的F401，齐鲁石化的T30S等。
作者：中国塑料加工工业协会改性塑料专业委员会 刘英俊