PP

聚丙烯 (PP），也稱為 聚丙烯，是一種 熱塑性的 聚合物用於多種應用，包括 包裝和標籤、紡織品（例如繩索、保暖內衣和地毯）、文具、塑料部件和各種類型的可重複使用容器、實驗室設備、揚聲器、汽車部件和聚合物鈔票。 它是一種由單體丙烯製成的加成聚合物，堅固耐用，對許多化學溶劑、鹼和酸具有異常耐受性。

2013年，全球聚丙烯市場約為55萬噸。

名稱
IUPAC名稱: 聚(丙烯)
其他名稱： 聚丙烯; 聚丙烯； 聚丙烯 25 [USAN]； 丙烯聚合物； 丙烯聚合物； 1-丙烯
標識符
CAS號碼	9003-07-0
氟化鈉性能
化學式	(C3H6)n
密度	0.855克/厘米3, 無定形 0.946克/厘米3, 結晶
熔點	130 至 171 °C（266 至 340 °F；403 至 444 K）
除非另有說明，給出的數據均針對其材料 標準狀態 （25 °C [77 °F]，100 kPa）。

化學和物理性質

聚丙烯在許多方面與聚乙烯相似，特別是在溶液行為和電性能方面。 額外存在的甲基提高了機械性能和耐熱性，但耐化學性降低。 聚丙烯的性能取決於分子量和分子量分佈、結晶度、共聚單體（如果使用）的類型和比例以及全同立構規整度。

機械性能

PP的密度在0.895至0.92g/cmXNUMX之間。 因此，PP 是 商品塑料 具有最低的密度。 由於密度較低， 成型件 一定質量的塑料可以生產出重量更輕、數量更多的部件。 與聚乙烯不同，結晶區域和無定形區域的密度僅略有不同。 然而，聚乙烯的密度會隨著填料的變化而發生顯著變化。

PP 的楊氏模量在 1300 至 1800 N/mm² 之間。

聚丙烯通常堅韌且柔韌，特別是與乙烯共聚時。 這使得聚丙烯可以用作 工程塑料，與丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）等材料競爭。 聚丙烯相當經濟。

聚丙烯具有良好的抗疲勞性。

熱性能

聚丙烯的熔點存在一定範圍，因此通過求差示掃描量熱圖的最高溫度來確定熔點。 完全等規 PP 的熔點為 171 °C (340 °F)。 商業等規聚丙烯的熔點範圍為 160 至 166 °C（320 至 331 °F），具體取決於無規立構材料和結晶度。 結晶度為 30% 的間同立構 PP 熔點為 130 °C (266 °F)。 低於 0 °C，PP 會變脆。

聚丙烯的熱膨脹性很大，但比聚乙烯稍小。

化學性質

聚丙烯在室溫下耐脂肪和幾乎所有有機溶劑（強氧化劑除外）。 非氧化性酸和鹼可以儲存在 PP 製成的容器中。 在升高的溫度下，PP可以溶解在低極性溶劑（例如二甲苯、四氫化萘和十氫化萘）中。 由於叔碳原子，PP 的化學耐受性低於 PE（參見馬爾可夫尼科夫規則）。

大多數商業聚丙烯是全同立構的，並且具有介於以下之間的中間水平的結晶度： 低密度聚乙烯 （低密度聚乙烯）和 高密度聚乙烯 （高密度聚乙烯）。 等規和無規聚丙烯可溶於140℃的對二甲苯。 當溶液冷卻至 25 攝氏度時，會產生全同立構沉澱，無規立構部分仍可溶於對二甲苯。

熔體流動速率（MFR）或熔體流動指數（MFI）是聚丙烯分子量的量度。 該措施有助於確定熔融原材料在加工過程中流動的容易程度。 具有較高 MFR 的聚丙烯在註塑或吹塑生產過程中更容易填充塑料模具。 然而，隨著熔體流動性的增加，一些物理性能（例如衝擊強度）將會降低。 聚丙烯一般有三種類型：均聚物、無規共聚物和嵌段共聚物。 共聚單體通常與乙烯一起使用。 在聚丙烯均聚物中添加乙丙橡膠或三元乙丙橡膠可提高其低溫衝擊強度。 在聚丙烯均聚物中添加無規聚合的乙烯單體，降低了聚合物的結晶度，降低了熔點，使聚合物更加透明。

降解

聚丙烯由於暴露於熱和紫外線輻射（例如陽光中存在的輻射）而容易發生鏈降解。 氧化通常發生在每個重複單元中存在的叔碳原子處。 此處形成自由基，然後進一步與氧反應，隨後斷鍊產生醛和羧酸。 在外部應用中，它表現為細裂紋和裂紋的網絡，隨著暴露時間的推移，這些裂紋和裂紋變得更深、更嚴重。 對於外部應用，必須使用紫外線吸收添加劑。 炭黑還提供一些針對紫外線攻擊的保護。 聚合物在高溫下也會被氧化，這是成型操作過程中的常見問題。 通常添加抗氧化劑以防止聚合物降解。 從與澱粉混合的土壤樣品中分離出的微生物群落已被證明能夠降解聚丙烯。 據報導，聚丙烯作為植入式網狀裝置在人體內會降解。 降解的材料在網狀纖維的表面形成樹皮狀層。

光學性質

PP 在未著色時可以製成半透明，但不像聚苯乙烯、丙烯酸或某些其他塑料那樣容易製成透明。 它通常是不透明的或使用顏料著色。

發展歷程

菲利普斯石油化學家 J. Paul Hogan 和 Robert L. Banks 於 1951 年首次聚合丙烯。1954 年 1957 月，朱利奧·納塔 (Giulio Natta) 和德國化學家卡爾·雷恩 (Karl Rehn) 首次將丙烯聚合成結晶等規聚合物。這一開創性的發現導致意大利公司 Montecatini 從 XNUMX 年開始大規模商業化生產等規聚丙烯。 間規聚丙烯也是由 Natta 和他的同事首先合成的。

聚丙烯是第二重要的塑料，預計到 145 年收入將超過 2019 億美元。預計到 5.8 年，這種材料的銷售額將以每年 2021% 的速度增長。

合成

理解聚丙烯結構與其性能之間的聯繫的一個重要概念是立構規整度。 每個甲基的相對方向（CH
3 圖中）相對於相鄰單體單元中的甲基對聚合物形成晶體的能力有很大影響。

齊格勒-納塔催化劑能夠將單體分子的連接限制為特定的規則方向，或者是全同立構（當所有甲基都位於相對於聚合物鍊主鏈的同一側時），或者是間同立構（當甲基的位置甲基交替。 市售的等規聚丙烯由兩種類型的齊格勒-納塔催化劑製成。 第一組催化劑包括固體（大部分為負載型）催化劑和某些類型的可溶性茂金屬催化劑。 此類等規大分子盤繞成螺旋狀； 然後，這些螺旋彼此相鄰排列形成晶體，從而賦予商業全同立構聚丙烯許多所需的性能。

另一種類型的茂金屬催化劑生產間規聚丙烯。 這些大分子也捲成螺旋（不同類型）並形成晶體材料。

當聚丙烯鏈中的甲基不表現出優選取向時，該聚合物稱為無規立構。 無規立構聚丙烯是一種無定形橡膠狀材料。 它可以使用特殊類型的負載型齊格勒-納塔催化劑或某些茂金屬催化劑進行商業生產。

現代負載齊格勒-納塔催化劑開髮用於丙烯和其他 1-烯烴聚合成全同立構聚合物，通常使用 氯化鈦
4 作為活性成分和 氯化鎂
2 作為支撐。 該催化劑還含有有機改性劑，芳香酸酯和二酯或醚。 這些催化劑由含有有機鋁化合物（如 Al(C) 的特殊助催化劑活化）₂H₅)₃ 和第二種類型的修飾符。 催化劑根據用於從 MgCl 形成催化劑顆粒的程序而有所不同₂ 並取決於催化劑製備過程中使用的有機改性劑的類型和聚合反應中的使用。 所有負載型催化劑的兩個最重要的技術特徵是高生產率和在標準聚合條件下在 70–80 °C 下生產的結晶全同立構聚合物的高比例。 全同立構聚丙烯的商業合成通常在液體丙烯介質中或在氣相反應器中進行。

間規聚丙烯的商業合成是使用一類特殊的茂金屬催化劑進行的。 他們採用橋式雙茂金屬絡合物（Cp₁)(CP₂)氯化鋯₂ 其中第一個 Cp 配體是環戊二烯基，第二個 Cp 配體是芴基，兩個 Cp 配體之間的橋是 -CH₂-CH₂-, >SiMe₂, 或 >SiPh₂。 這些絡合物通過用特殊的有機鋁助催化劑甲基鋁氧烷 (MAO) 活化而轉化為聚合催化劑。

工業流程

傳統上，三種製造工藝是生產聚丙烯最具代表性的方法。

烴漿料或懸浮液：在反應器中使用液體惰性烴稀釋劑以促進丙烯轉移至催化劑、從系統中除去熱量、催化劑的失活/去除以及溶解無規聚合物。 可以生產的牌號範圍非常有限。 （該技術已不再使用）。

散裝（或散裝漿料）：使用液體丙烯代替液體惰性烴稀釋劑。 該聚合物不會溶解在稀釋劑中，而是附著在液體丙烯上。 取出形成的聚合物並閃蒸掉任何未反應的單體。

氣相：使用氣態丙烯與固體催化劑接觸，形成流化床介質。

生產製造

聚丙烯的熔融過程可以通過擠出和 成型。 常見的擠出方法包括生產熔噴和紡粘纖維，形成長卷，以便將來轉化為各種有用的產品，例如口罩、過濾器、尿布和擦拭巾。

最常見的塑形技術是 注塑成型，用於杯子、餐具、小瓶、瓶蓋、容器、家庭用品等零件以及電池等汽車零件。 相關技術有 吹塑 和 注射拉伸吹塑 也使用涉及擠壓和成型的技術。

由於能夠在製造過程中定制具有特定分子特性和添加劑的牌號，因此聚丙烯的大量最終用途應用通常是可能的。 例如，可以添加抗靜電添加劑來幫助聚丙烯表面抵抗灰塵和污垢。 許多物理精加工技術也可用於聚丙烯，例如機械加工。 可以對聚丙烯部件進行表面處理，以促進印刷油墨和油漆的附著力。

雙向拉伸聚丙烯 (BOPP)

當聚丙烯薄膜在縱向和橫向上擠出和拉伸時，稱為 雙向拉伸聚丙烯。 雙軸取向增加了強度和透明度。 BOPP廣泛用作休閒食品、生鮮農產品和糖果等包裝產品的包裝材料。 它易於塗覆、印刷和層壓，以提供用作包裝材料所需的外觀和性能。 這個過程通常稱為轉換。 它通常以大卷的形式生產，並在分切機上切成較小的捲以用於包裝機。

發展趨勢

近年來，隨著對聚丙烯質量要求的性能水平的提高，各種想法和設計已融入到聚丙烯的生產過程中。

具體方法大致有兩個方向。 一是改善使用循環型反應器生產的聚合物顆粒的均勻性，另一個是改善使用具有窄保留時間分佈的反應器生產的聚合物顆粒之間的均勻性。

應用

由於聚丙烯具有抗疲勞性，因此大多數塑料活動鉸鏈（例如翻蓋瓶上的活動鉸鏈）都是由這種材料製成的。 然而，重要的是要確保鏈分子沿著鉸鏈定向，以最大限度地提高強度。

非常薄的聚丙烯片（~2–20 µm）用作某些高性能脈沖和低損耗射頻電容器中的電介質。

聚丙烯用於製造管道系統； 既涉及高純度，也涉及強度和剛性（例如用於飲用水管道、循環加熱和冷卻以及再生水的那些）。 通常選擇這種材料是因為它具有耐腐蝕和化學浸出的性能，能夠抵抗大多數形式的物理損壞（包括衝擊和冷凍），具有環境效益，並且能夠通過熱熔而不是膠合進行連接。

許多醫療或實驗室使用的塑料製品都可以由聚丙烯製成，因為它可以承受高壓滅菌器中的熱量。 其耐熱性也使其能夠用作消費級水壺的製造材料。 用它製成的食品容器不會在洗碗機中融化，並且在工業熱灌裝過程中也不會融化。 因此，大多數乳製品塑料桶都是用鋁箔（均為耐熱材料）密封的聚丙烯。 產品冷卻後，桶的蓋子通常由耐熱性較差的材料製成，例如 LDPE 或聚苯乙烯。 這種容器提供了模量差異的良好實踐示例，因為 LDPE 相對於相同厚度的聚丙烯的橡膠感（更柔軟、更柔韌）是顯而易見的。 來自各種公司（例如，Rubbermaid 和 Sterilite）為消費者製造的堅固、半透明、可重複使用的塑料容器具有各種形狀和尺寸，通常由聚丙烯製成，但蓋子通常由更柔韌的 LDPE 製成，因此可以扣在容器上。容器來關閉它。 聚丙烯也可以製成一次性瓶子來容納液體、粉末或類似的消費品，儘管 HDPE 和聚對苯二甲酸乙二醇酯也通常用於製造瓶子。 塑料桶、汽車電池、廢紙簍、藥房處方瓶、冷藏容器、盤子和水罐通常由聚丙烯或 HDPE 製成，這兩種材料在環境溫度下通常具有相當相似的外觀、觸感和性能。

聚丙烯的常見應用是雙向拉伸聚丙烯 (BOPP)。 這些 BOPP 片材用於製造各種材料，包括透明袋。 當聚丙烯進行雙向拉伸時，它會變得晶瑩剔透，可作為藝術品和零售產品的優質包裝材料。

聚丙烯具有高度不褪色性，廣泛用於製造家用地毯、墊子和墊子。

聚丙烯廣泛用於繩索，其獨特之處在於它們重量輕，可以漂浮在水中。 對於相同的質量和結構，聚丙烯繩索的強度與聚酯繩索相似。 聚丙烯的成本低於大多數其他合成纖維。

聚丙烯還可用作聚氯乙烯 (PVC) 的替代品，作為低通風環境（主要是隧道）中低煙無鹵電纜的絕緣材料。 這是因為它排放的煙霧較少，並且不含有毒的滷素，在高溫條件下可能會導致產生酸。

聚丙烯還用於特殊的屋頂膜作為單層系統的防水頂層，而不是改性位系統。

聚丙烯最常用於塑料成型，在熔融狀態下注入模具，以相對較低的成本和高產量形成複雜的形狀； 例如瓶蓋、瓶子和配件。

也可生產片狀，廣泛用於文具文件夾、包裝、收納盒的生產。 顏色範圍廣、耐用、成本低且耐髒，使其成為紙張和其他材料的理想保護罩。 由於這些特性，它被用於魔方貼紙。

聚丙烯片材的出現為設計師使用該材料提供了機會。 這種輕質、耐用且色彩鮮豔的塑料是創造淺色調的理想媒介，並且已經開發出許多使用互鎖部分來創造精緻設計的設計。

聚丙烯片材是交易卡收藏家的熱門選擇； 這些卡片帶有用於插入卡片的口袋（九個用於標準尺寸卡片），用於保護卡片的狀態並存放在活頁夾中。

發泡聚丙烯（EPP）是聚丙烯的一種泡沫形式。 EPP由於其低剛度而具有非常好的衝擊特性； 這使得 EPP 在受到衝擊後能夠恢復其形狀。 EPP 被愛好者廣泛用於模型飛機和其他無線電遙控車輛。 這主要是因為它具有吸收衝擊力的能力，使其成為初學者和業餘愛好者的遙控飛機的理想材料。

聚丙烯用於製造揚聲器驅動單元。 它的使用由 BBC 的工程師率先使用，Mission Electronics 隨後購買了專利權，用於其 Mission Freedom 揚聲器和 Mission 737 Renaissance 揚聲器。

聚丙烯纖維用作混凝土添加劑，以提高強度並減少裂縫和剝落。 在美國加利福尼亞州等地震易發地區，在建造建築物、橋樑等結構物的基礎時，將PP纖維添加到土中，以提高土體的強度和阻尼。

聚丙烯用於聚丙烯桶。

服装

聚丙烯是非織造布中使用的主要聚合物，超過 50% 用於尿布或衛生用品，經過處理後可以吸水（親水），而不是自然防水（疏水）。 其他有趣的無紡布用途包括用於空氣、氣體和液體的過濾器，其中纖維可以形成片材或網狀材料，這些片材或網狀材料可以打褶形成濾筒或層，在 0.5 至 30 微米範圍內以各種效率進行過濾。 此類應用發生在房屋中，例如水過濾器或空調型過濾器。 高表面積和天然親油的聚丙烯非織造布是理想的溢油吸收劑，在河流溢油附近具有常見的浮動屏障。

聚丙烯（或“polypro”）已用於製造寒冷天氣的打底層，例如長袖襯衫或長內衣。 聚丙烯還用於溫暖天氣的服裝，可以將汗水從皮膚上帶走。 最近， 在美國軍事的這些應用中，聚酯已取代聚丙烯，例如 歐洲水務委員會。 儘管聚丙烯衣服不易燃，但它們會熔化，如果穿著者遇到爆炸或任何類型的火災，可能會導致嚴重燒傷。 眾所周知，聚丙烯內衣會保留體味，而很難去除。 當前一代聚酯不存在這個缺點。

一些時裝設計師採用聚丙烯來製作珠寶和其他可穿戴物品。

Medical

它最常見的醫療用途是合成的、不可吸收的縫合線 Prolene。

聚丙烯已用於疝氣和盆腔器官脫垂修復手術，以保護身體免受同一位置新疝氣的影響。 將一小塊材料放置在皮膚下方的疝氣部位上，不會產生疼痛，並且很少（如果有的話）被身體排斥。 然而，聚丙烯網會在幾天到幾年的不確定時間內侵蝕其周圍的組織。 因此，FDA 對在盆腔器官脫垂的某些應用中使用聚丙烯網狀醫療套件發出了多項警告，特別是在靠近陰道壁引入時，因為患者報告的網狀組織侵蝕數量持續增加過去幾年。 最近，3 年 2012 月 35 日，FDA 命令 XNUMX 家這些網狀產品的製造商研究這些設備的副作用。

聚丙烯最初被認為是惰性的，但後來發現它在體內會降解。 降解的材料在網狀纖維上形成樹皮狀的外殼，並且容易破裂。

EPP航模

自 2001 年以來，發泡聚丙烯 (EPP) 泡沫越來越受歡迎，並作為業餘無線電控制模型飛機的結構材料得到應用。 與易碎且在撞擊時容易破裂的發泡聚苯乙烯泡沫 (EPS) 不同，EPP 泡沫能夠很好地吸收動力衝擊而不破裂，保持其原始形狀，並表現出記憶形狀特性，使其能夠在短時間內恢復到其原始形狀。時間很短。 因此，機翼和機身由 EPP 泡沫製成的無線電控制模型具有極高的彈性，並且能夠吸收可能導致由輕質傳統材料（例如輕木甚至 EPS 泡沫）製成的模型完全損壞的衝擊力。 EPP 模型在覆蓋廉價的玻璃纖維浸漬自粘帶時，通常表現出大大提高的機械強度，同時其亮度和表面光潔度可與上述類型的模型相媲美。 EPP 還具有高度化學惰性，允許使用多種不同的粘合劑。 EPP 可以熱成型，並且可以使用切割工具和砂紙輕鬆完成表面處理。 EPP 獲得廣泛認可的模型製作主要領域包括：

• 風力驅動斜坡翱翔器
• 室內電動型材電動模型
• 適合小孩子的手推滑翔機

在斜坡滑翔領域，EPP 受到了極大的青睞和使用，因為它可以建造具有強大強度和機動性的無線電控制模型滑翔機。 因此，斜坡戰鬥（友好的競爭對手試圖通過直接接觸將對方的飛機從空中擊落的主動過程）和斜坡塔競賽已經變得司空見慣，這是 EPP 材料強度特性的直接結果。

建築施工

特內里費島的大教堂拉古納大教堂在2002年至2014年間進行修復時，發現拱頂和圓頂的狀況相當糟糕。 因此，建築物的這些部分被拆除，並代之以聚丙烯結構。 據報導，這是這種材料首次在建築物中以如此規模使用。

回收

聚丙烯是可回收的，其編號為“5” 樹脂識別碼.

- 修護更新

許多物品都是用聚丙烯製成的，因為它具有彈性並且耐大多數溶劑和膠水。 另外，專門用於粘合 PP 的膠水很少。 然而，不會過度彎曲的固體 PP 物體可以使用兩部分環氧樹脂膠或使用熱膠槍令人滿意地連接。 準備工作很重要，用銼刀、砂紙或其他研磨材料使表面粗糙通常有助於為膠水提供更好的錨固。 此外，建議在粘合之前用礦物油精或類似酒精進行清潔，以去除任何油或其他污染物。 可能需要一些實驗。 還有一些適用於 PP 的工業膠水，但這些膠水可能很難找到，尤其是在零售店。

PP 可以使用快速焊接技術熔化。 對於快速焊接，塑料焊機的外觀和功率類似於烙鐵，配有塑料焊條的進料管。 速度尖端加熱焊條和基材，同時將熔化的焊條壓到位。 將軟化的塑料珠放入接頭中，零件和焊條熔合。 對於聚丙烯，熔化的焊條必須與正在製造或修復的半熔化的基材“混合”。 快速尖端“槍”本質上是一個具有寬而扁平尖端的烙鐵，可用於熔化焊接接頭和填充材料以形成粘合。

健康問題

環境工作組將 PP 歸類為低至中度危險。 PP是原液染色的，與棉相比，其染色時不使用水。

2008年，加拿大研究人員聲稱季銨殺菌劑和油酰胺從某些聚丙烯實驗室器具中洩漏，影響了實驗結果。 由於聚丙烯廣泛用於酸奶等食品容器，加拿大衛生部媒體發言人 Paul Duchesne 表示，該部門將審查調查結果，以確定是否需要採取措施保護消費者。