透明聚丙烯的开发与应用

1 前言

聚丙烯是一种性能优良的热塑性合成树脂，产品具有密度小、生产成本低、透明度高、化学稳定性好、无毒、易加 工、抗冲击强度、抗挠曲性以及电绝缘性好等优点，在汽车工业、家用电器、电子、农业、建筑包装以及建材家具等方面具有广泛的应用，已经成为世界五大合成树脂中发展速度最快的产品之一。但PP的结晶性使其制品的光泽和透明性差，外观缺少美感，使其在透明包装、日用品等应用领域的发展受到制约,而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，且透明性和表面光泽度可与其他一些透明树脂(聚碳酸酯PC、聚苯乙烯PS等)相媲美，性能价格比也优于PC、PS、PET等，故可广泛应用于透明包装、医疗器械、家庭用品、一般工业等领域。

2 透明PP的性能

2.1 透明PP与其他透明材料的性能对比

透明P P材料在透明度、光泽度、密度、柔韧性、刚性、抗化学性等与传统透明材料如:P C、PET、PS、PVC等相比具有许多优异性能。目前透明PP材料的应用已非常广泛,可用于注射、吹塑、吹拉、流延膜、挤压、热成型制品等。透明聚丙烯与其它材料相比性能优势见表1，透明聚丙烯（CPP）与其它透明塑料的性能对比见表2。

透明聚丙烯的开发与应用

朱艳秋

中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司树脂应用研究所，102500

文 摘：介绍了国内外透明聚丙烯的生产、开发、应用以及发展趋势。

关键词：透明聚丙烯 成核剂 应用

Development and application of transparent

polypropylene

Zhu yanqiu

Resin Application Research Institute of Beijing Yanshan Branch CHINA PETROLEUM & CHEMICAL CORPORATION,102500

Abstract：this article introduces the production, development, application and development tendency of transparent polypropylene both in home and abroad.

Keywords：Transparent polypropylene；Nucleator；Application

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PP对比材料优点

聚苯乙烯（PS）1、耐冲击，在生产、运输及使用过程中不易碎，如替代PS杯子。

2、柔韧性好，可制成铰链状制品，如光（磁）盘盒，从而简化设计，便于制造。

3、阻湿性好，是PS的10倍，为理想的药品包装材料。

4、成本优势，尽管与PS价格相似，但其密度比PS小15％左右，从降低了成本。

聚酯（PET）1、阻湿性好，是PET的5倍，是干食和药品的理想包装材料。

2、可热灌装，可在100℃灌装，克服了PET热灌装变形的缺陷，是茶和饮料等无碳酸水饮料容器的可选材料。

3、费用低，一方面比PET价格低，另一方面密度要比PET低很多，节约了原料。

聚氯乙稀（PVC）1、抗化学性好，避免了PVC中增塑剂的迁移和溶解。可替代PVC家用品和个人护理品等制品。

2、对环境友好，可回收利用，避免了PVC对环境的污染。

3、密度小，省料。

聚碳酸脂（PC）与聚碳酸脂（PC）比，综合性能较平衡，其成本低得多，可替代PC如婴儿用奶瓶、水瓶等制品。

玻璃与玻璃瓶相比，不易碎、无伤害、易着色，并可设计成铰链状结构。

HDPE与高密度聚乙烯（HDPE）相比，具有优良的透明性和抗跌落强度，可替代HDPE在家用洗涤品、个人护理品等包装方面的应用。表1 透明聚丙烯与其它材料相比性能优势

性能指标CPP PET PS PVC PC

密度g/㎝30.91 1.35 1.04 1.2～1.4 1.2

拉伸强度Mpa27～3550～7045～8540～7065

伸长率%10～40050～3001～45～135110

弯曲模量Gpa0.9～1.624～3.1 2.6～3.4 2.6～3.6 2.3

热变形温度℃90～13040～7095～10560～65125～140

热灌装性好差差差好

冲击韧性一般一般差好很好

阻湿性很好一般差一般差

阻氧性差好差好差

抗化学性好一般一般差好

表2 透明聚丙烯与其它透明塑料的性能对比

性能普通PP透明PP

雾度，%

光泽度，%

MFR，[g•(10min)-1]

结晶温度/℃

维卡软化点/℃

洛式硬度(R)

拉伸强度/Mpa

弯曲模量/Gpa

弯曲强度/Mpa

缺口冲击强度（常温）/(j•m-1)

56.6

99.6

2.8

118.92

140.0

95

35.0

1.49

38.8

24.0

10.1

129.2

3.0-25

128.06

156.9

107

26-37

1.50

39.8

28．0-100．0

表3 透明PP与普通PP的性能对比

塑料制造 2012 年 3 月刊 74

2.2透明PP与普通PP的性能对比

PP进行透明改性后,球晶结构极度均一细化,透明性和光泽度显著提高,而且结晶温度、维卡软化点、刚性和其它到改善,透明PP与普通PP相比，综合性能得到改善，其性能对比见表3。 从表3可以看出，透明PP中由于透明剂的加入，有效地提高了成核密度，结晶温度、维卡软化点和硬度也有所提高；大量晶核导致结晶结构极度均一化，从而使透明性和表面光泽明显改善。这些综合性能的提高，增强了透明PP制品的环境适应性，并扩大了使用范围。

3 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：①在PP树脂中加入透明剂；②利用Z-N催化剂生产本身具有优异透明性的无规共聚PP产品；③采用茂金属催化剂生产高透明PP。

3.1 生产高透明PP所采用催化剂体系及其生产工艺

3.1.1 Z-N催化剂体系及生产透明无规共聚PP的生产工艺

无规共聚聚丙烯透光率可超过94%,基本上接近PS的透明性。在聚丙烯生产过程中直接制备高透明PP产品是一种最理想的方法。当前世界上60%以上的透明PP生产在使用第三代超高活性催化剂和第四代催化剂,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。在PP生产过程中不需添加PP透明剂，利用高效Z-N催化剂直接制备透明PP产品，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Spherpol 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。

3.1.2 茂金属催化剂体系及生产高透明mPP的生产工艺

目前采用茂金属催化剂生产高透明PP树脂已经获得了工业化。由于茂金属催化剂具有单活性中心的特性，可以更精确地控制分子量、分子量分布、晶体结构以及共聚单体在聚合物分子链上的加入方式，从而可生产高强度高透明PP。ExxonMobil公司的Univation(Exxpol／Unipol)技术、Basell公司的Metocene和Spheripol技术、Dow/UCC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。

3.2 在PP树脂中加入透明剂生产透明PP 3.2.1添加透明剂改性方法

添加成核剂就是在PP中加入某些小分子物质即透明改性剂,其在树脂中可起晶核的作用,使PP原有的均相成核变成异相成核,增加结晶体系内晶核的数目使微晶的数量增多,球晶数目减少,从而使晶体尺寸变细,提高其透光率、折光指数。

添加透明剂的方法是目前最活跃、最常用的使PP高性能化、高透明化的有效方法,在PP中加入0.1％-0.4％的透明剂，既能使其透明性提高，又可以使刚性提高，且MI范围变宽。同时透明PP树脂的热变形温度可达110℃，比目前大量使用的透明塑料如PS、PVC、PET树脂的热变形温度高。生产透明PP时成核剂有两种添加方法，即釜内添加法和釜外添加法。釜内添加成核剂法可使成核剂充分分散并与PP混合均匀，但釜内添加成核剂的添加难度大并对聚合活性可能有干扰，国外目前仍停留在浆液法工艺水平，尚处在发展阶段。

釜外添加成核剂（造粒过程中加入）目前在全世界广为采用，现在市场上高光泽及刚性、韧性优良的高透明PP大多数是采用山梨糖醇类成核剂，用釜外添加成核剂方法来生产。

采用在PP造粒装置上添加透明剂方法生产透明PP树脂，开发周期短，产品性能好，生产稳定，是目前透明PP的主要生产方法。该技术的关键是透明剂的性能，透明剂可赋予原本不透明的PP以良好的透明度，而且可改进PP的刚性、冲击强度、热变形温度等性能，因此透明剂已成为广受关注的一种新型塑料助剂。

3.2.2国外透明PP用成核剂的发展

国外透明改性剂的进展 透明剂的研究开发近年

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