聚丙烯的结构、性能和应用

聚丙烯的结构、性能和应用

一、聚丙烯（聚丙烯）的结构

聚丙烯是一种高分子化合物，是一种通用合成树脂（或通用合成塑料），由于它是烯烃的聚合产物，因而又是一种聚烯烃树脂。

聚丙烯的结构是指高聚物内部组织，它有两层意义：一是指聚丙烯分子内部的组织和形态，称为分子结构，二是指这些大分子聚集在一起的形态，称为聚集态结构。

1.聚丙烯的分子结构

对一般的单烯烃聚合物可用通式（2-CH2）n表示。

R

当-R为CH3-时即为聚丙烯，按CH3-在分子中的排布（位置、配向、次序等）不同，可分为三种立构异构体，即等规聚丙烯、间规聚丙烯和无规聚丙烯，等规聚丙烯所有的甲基都排在平面的同一侧。

间规聚丙烯的甲基有规则的交互分布在平面的两侧。

无规聚丙烯的甲基无秩序地分布在平面的两侧。

在三种立体异构体中，等规和间规聚丙烯都属于有规聚丙烯，有规聚丙烯的结晶度高，根据X射线对结晶性聚丙烯的研究，测得其分子链的等同周期为6.5

×10-10m，C-C键角为109°28′,C-C原子间键距为1.54×10-10m，据此设想出等规聚丙烯的三重螺旋结构。

以上所述均指聚丙烯的均聚物，聚丙烯聚合物中还有共聚物，如以丙烯为主要单体，以少量乙烯为第二单体（或称共聚单体）进行共聚而成的聚合物，共聚物按其立体结构的规整性又可分为无规共聚物和嵌段共聚物，制取共聚物的目的是为了改善均聚物的某些性能（如耐寒、耐温、抗冲性能等）以满足特殊用途的需要。

2.聚丙烯的聚集态结构

高分子的链结构是决定高聚物基本性质的主要因素，而高分子聚集态结构是决定高聚物本体性质的主要因素，也就是说，其使用性能直接取决于加工成型过程中高分子所形成的聚集态结构。

聚丙烯和其它高分子一样，是由很多大分子聚集在一起的，分子间存在着相互作用，通常之间的作用力包括范德华力和氢键，使聚丙烯的大分子聚集在一起，并赋予它特定的性能，大分子聚集态通常有下述两种情况：

（1）无定形态

当很多分子在一起时，如果分子间杂乱无章，没有一定次序地相互堆在一起，这种结构称为无定型形态，这种结构比较疏松，密度低，分子容易运动，强度也低。

（2）结晶态

很多分子有相互排列得很多整齐或一部分排列的很整齐，形成三维有序的结构，称为结晶态。

丙烯聚合过程中，由于采用立体定向聚合催化剂，能使丙烯进行配位定向聚合，得到立体构型很规整的等规立构聚丙烯（等规聚丙烯含量达到95%以上），因此能够很好地结晶，其结晶形态有α、β、γ、δ和拟六方晶形五种。最普通的α晶态，属单斜晶系，晶格参数为：

α=6.50×10-10m b=20.96×10-10m

c=6.50×10-10m β=99°20′

在138℃左右，聚丙烯结晶形成α晶态，是五种晶态中最稳定的一种结构，熔点为180℃，密度为0.936g/cm 3

。

在缓慢冷却的条件下等规聚丙烯还能从熔融状态形成球晶结构，结晶温度越高，球晶越大；结晶温度越低，球晶越小；球晶越大，性质越脆，因此球晶的大小直接影响到制品的冲击强度和拉伸性质。

一般来说分子越大，分子链扩散越难，结晶度越小，但由于成型条件的不同，结晶度会发生变化。

结晶度是以结晶部分重量占样品总重量的百分数来表示的，一般用X 射线测定结晶度，等规聚丙烯的结晶度一般可达65%以上。

在聚丙烯中，可以采用添加成核剂的办法来增加和降低球晶的直径并控制其一定的形态，以改善其拉伸屈服强度和冲击强度，改善其透明性和光泽性，降低成型时的加工温度，还可以改进成型加工的其它性能。

结晶度可以用公式来计算

二、聚丙烯的性质

1.聚丙烯的物理性能

聚丙烯树脂具有可塑性，它是一种典型的热塑性塑料，受热时（达到熔点）熔化，冷却时固化成型，且这一过程可以多次重复进行，由于这一特性可以使聚丙烯加工成型十分方便，可以很容易用挤出，注塑，吹塑的方法直接加工成型，并可以使所加工的边角料及废旧料回收重复利用。

聚丙烯塑料具有较好的耐热性能，它的熔点高达164～170℃（纯等规物的熔点可达176℃）软化点为150℃以上，即使在沸水中也不变形，不失去其结晶

do(d-da)

X （%）= ×100% d(dc-da)

X ：结晶度（%） dc ：完全结晶的密度g/m 3 da ：完全无定型的密度g/m 3

d ：所测试样的密度g/m 3

结晶度高，密度就大，与结晶度0-100%相对应的密度为0.851～0.935 g/m3

性，聚丙烯连续使用温度为120℃，在无负荷情况下最高使用温度为150℃，聚丙烯树脂是通用树脂中耐热性最好的一种。

聚丙烯树脂的密度小，相对密度为0.90～0.91，是各种树脂中密度最小的。

聚丙烯树脂的物理机械性能良好，它的拉伸屈服强度为30～38MPa，这也是通用合成树脂中最高的品种之一，它表面硬度大，弹性较好，耐磨性能、介电性能和吸水性能良好。

冲击强度低，这是聚丙烯的最大缺点，尤其是在低温下其冲击强度急剧下降，但是可以通过共聚或共混改性来改善它的耐低温冲击性能，聚丙烯均聚物的性质见表1-2。

2.聚丙烯的化学性质

聚丙烯具有优良的化学稳定性，并随着其结晶度的增加稳定性也增加，它与绝大多数化学品接触几乎不发生作用，但发烟硫酸，发因硝酸、氯、铬酸对聚丙烯有腐蚀作用。

聚丙烯的热化学稳定性好，在100℃下，大多数无机酸、碱、盐溶液除具有强氧化性者外，对聚丙烯几乎都无破坏作用。

聚丙烯是非极性有机化合物，因此它比较容易在非极性有机溶剂中溶胀或溶解，温度越高，溶胀或溶解越快，在一定温度下，它可溶解在十氢萘，四氢萘，1.2.4-三氯代苯中，用粘度法测定聚丙烯的分子量，就是利用它在十氢萘中的溶解性能制成溶液样品，但是聚丙烯对极性有机溶剂都很稳定，醇类、酚类、醛类、酮类和大多数羧酸都不易使聚丙烯发生溶胀，只有芳烃和氯代烃在80℃以上时对聚丙烯有溶解作用，聚丙烯对一些介质的化学稳定性如表1-3。

由于聚丙烯结构中存在叔碳原子，因此易被氧化性介质侵蚀，与其它合成材料一样，聚丙烯在光、紫外线、热氧存在的条件下会发生老化现象，使其变质，失去原有的性质，要使聚丙烯不老化是不可能的，只能添加抗氧剂、紫外线吸收剂、防老剂等来减缓聚丙烯的老化速度，改善其抗老化性能。

表1-2 聚丙烯均聚物的典型性能