聚乙烯和聚丙烯原料生产工艺比较相似,产品都可以用来做塑料薄膜、注塑产品、塑料管材等,很多情况下我们发现两种原料在性质及用途上有很大的相似性。
但事实上,聚丙烯原料和聚乙烯原料在运用上还是有很多不同点,下面具体分析聚丙烯和聚乙烯的性能特点,探讨二者不同比例混合后材料性能的差异。
PE和PE性能差异从耐热角度来分析,聚丙烯的耐热性要高于聚乙烯,通常情况下,聚丙烯的熔融温度比聚乙烯高出约40%-50%,约为160-170℃,所以制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌,在不受外力的条件下,150℃也不变形。
在生活中我们会发现“5”号聚丙烯餐盒常被用于微波炉中加热食品(微波炉加热的一般温度在100-140℃),而聚乙烯因耐热性差是不可以作为微波炉用塑料的,包括餐盒、保鲜膜。
同样,在普通包装膜领域,聚乙烯的包装袋更适合于在90℃以下使用,而聚丙烯包装袋在相对高的温度下使用也是可以的。
从刚性、拉伸强度角度分析,聚丙烯主要特点是密度小,力学性能优于聚乙烯,并有很突出的刚性,例如目前聚丙烯已经逐渐展开了与工程塑料(PA/PC)的竞争,广泛运用于电子电器、汽车领域。
同时由于聚丙烯拉伸强度高,进而抗弯曲性好,被称为“百折胶”,对折弯曲100万次被弯处不变白,这也为我们辨别聚丙烯制品提供了线索,同时成为制品再回收分类的隐性标志。
从耐低温角度来分析,聚丙烯耐低温性弱于聚乙烯,0℃时的抗冲击强度只有20℃时的一半,而聚乙烯脆性温度一般可达-50℃以下;并随相对分子质量的增大,最低可达-140℃。
因此如果制品需要在低温环境中使用,还是要尽量选择聚乙烯作为原材料。
一般冷藏食品所用托盘都是有聚乙烯原料制作。
从耐老化角度来看,聚丙烯的耐老化性要弱于聚乙烯,聚丙烯的结构和聚乙烯类似,但是由于其存在一个甲基构成的侧支链,所以更易在紫外光和热能作用下氧化降解。
在日常生活中最常见的容易老化的聚丙烯制品就是编织袋,长时间在太阳下照射编织袋很容易破裂。
事实上,聚乙烯耐老化性虽然高于聚丙烯,但是相较于其他原料,它的这种性能也不是非常突出,因为在聚乙烯分子中含有少量双键和醚键,其耐候性不好,日晒、雨淋也会引起老化。
从柔韧性角度来分析,聚丙烯虽然强度较高,但是柔韧性较差,技术角度讲也就是抗冲击性能差。
所以在用来做膜产品的时候,它的应用领域与聚乙烯的应用领域还是有差别的,聚丙烯薄膜更多的用作表面包装的印刷。
而在管材方面,也很少用简单的聚丙烯进行生产,需要用到交联聚丙烯,也就是常见的PPR管。
因为普通聚丙烯抗冲击性较差,容易破裂,所以在实际应用在要加入抗冲击改性剂,在保险杆等应用中都要使用助剂来改善抗冲击性。
PE种类对共混体系冲击性能的影响不同类型的PE都可以改善PP的室温冲击强度,但差异十分明显。
对于PP/HDPE共混物,当HDPE质量分数低于60%时,共混物强度基本不变;当HDPE质量分数高于60%时,共混物的冲击强度才有所增加。
对于PP/LDPE共混物,也只有当LDPE质量分数高于60%时,其冲击强度才有较大幅度的提高。
而对于PP/LLDPE共混物,当LDPE质量分数大于40%时,其冲击强度就有明显提高。
当LLDPE质量分数达到70%时,共混物冲击强度为37.5kJ/m2,可达到纯PP冲击强度的20倍,是同样用量的PP/HDPE和PP/LDPE共混物的10倍和4倍。
低温(-18℃)下,三种PE对PP韧性的改善变化趋势与常温时一致,还是LLDPE对PP的增韧效果最好。
当PP/LLDPE质量比为30/70时,共混体系的冲击强度为23.2kJ/m2,是纯PP的20倍,而在同样条件下PP/HDPE、PP/LDPE共混体系的冲击强度仅为5kJ/m2左右。
这进一步说明在达到相同冲击强度时,LLDPE的用量最少,即意味着可以更多地保持PP的刚性;而在相同用量时,LLDPE改性的PP的冲击强度最好,这又使材料获得了更优异的韧性。
混炼方式对增韧效果的影响采用双螺杆挤出机混炼的试样冲击强度最高,直接注射方式所得的试样冲击性能最差。
由于注射机螺杆的有效长度小于挤出机,剪切混炼作用小,效果当然很差。
在不同混炼方式下,材料的冲击性能表现出的规律一致,即LLDPE质量分数从40%开始,随着LLDPE用量增加,其冲击强度大幅度上升;表明混炼方式对共混体系冲击性能有影响,但规律不变。
PP/LLDPE共混的内部结构当LLDPE质量分数小于50%时,共混体系冲击断面光滑平整,呈典型的脆断特征;当LLDPE质量分数超过50%时,材料断面表现为韧性断裂特征,出现丝状体,断面凹凸不平,有撕扯痕迹,且两相界面趋于模糊,此时,材料的屈服强度迅速上升;而当LLDPE用量增加至70%时,可以清楚地看到PP相互交织成网,因此,材料在宏观上具有很高的冲击强度。
纯PP球晶的尺寸很大,球晶之间的界面清晰,所以PP的冲击性能极差。
相比之下,LLDPE的晶体非常细小,晶体之间的界面也十分模糊,所以其冲击性能很好。
PP和LLDPE结晶形态的差异是因为两者的结晶速率不同引起的:PP的结晶速率较慢(3.3X102nm/s),晶体生长较大,晶体间的连接少,故晶间界面分明;而LLDPE的结晶速率非常快(8.3X102nm/S),晶体细小,晶体间的连接也较多,因而晶间界面模糊不清。
当LLDPE加人PP后,可以明显观察到PP球晶尺寸的减小,晶体间界面变得模糊,有利于改善材料的冲击性能。
LLDPE用量增加,PP球晶进一步减小,当LLDPE质量分数达到70%时,PP晶体巳经被分割成碎晶,晶体间界面完全消失,与LLDPE混杂在一起,难以分辨,因此,共混体系的冲击强度很高,不易被冲断。
这说明,LLDPE的加入细化了PP的球晶,增加了晶体间的连接,这是共混材料韧性改善的又一重要原因。
LLDPE用量对共混效果的影响随LLDPE用量增加,共混体系的屈服应力下降,而断裂伸长率逐渐增加,并呈良好的线性关系。
随着LLDPE用量的增加,共混材料的维卡软化点下降。
当LLDPE质量分数为40%- 60%时,共混材料的维卡软化点仍接近120度。
随着LLDPE用量的增加,材料的冲击强度增加,而拉伸屈服强度、拉伸模量、维卡软化点降低。
在以LLDPE为主的体系中,当材料受到冲击作用时,除LLDPE相消耗大量能量,提高材料韧性外,还由于LLDPE对PP球晶的插入、分割和细化,使PP晶体尺寸减小,晶体间连接增多,从而提高了材料的冲击强度。
PP/LLDPE共混体系中,当LL-DPE质量分数为40%- 70%时,共混物逐渐形成互穿网络结构具有刚而韧的特性。
PP聚丙烯三角符号5中文名聚丙烯英文名Polypropylene是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。
按甲基排列位置分为等规聚丙烯(isotactic polypropylene)、无规聚丙烯(atactic polypropylene)和间规聚丙烯(syndiotactic polypropylene)三种。
分为工业用PP、食品级PP、医疗级PP。
甲基排列在分子主链的同一侧称等规聚丙烯,若甲基无秩序的排列在分子主链的两侧称无规聚丙烯,当甲基交替排列在分子主链的两侧称间规聚丙烯。
一般工业生产的聚丙烯树脂中,等规结构含量约为95%,其余为无规或间规聚丙烯。
工业产品以等规物为主要成分。
聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。
通常为半透明无色固体,无臭无毒。
由于结构规整而高度结晶化,故熔点可高达167℃。
耐热、耐腐蚀,制品可用蒸汽消毒是其突出优点。
常见豆浆瓶、果汁饮料瓶、微波炉餐盒等,密度小,是最轻的通用塑料。
缺点是耐低温冲击性差,较易老化,不能抗酸化、能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外等的性能及差。
共聚物型的PP材料有较低的热变形温度(100℃)、低透明度、低光泽度、低刚性,但是有更强的抗冲击强度,PP的冲击强度随着乙烯含量的增加而增大。
PP的维卡软化温度为150℃。
由于结晶度较高,这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。
PP不存在环境应力开裂问题。
PP的熔体质量流动速率(MFR)通常在1~100。
低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。
对于相同MFR的材料,共聚型的抗冲强度比均聚型的要高。
由于结晶,PP的收缩率相当高,一般为1.6~2.0%。
化学式(C3H6)n熔点164~170℃性质描述物理性能聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物,密度只有0. 90--"0. 91g/cm3,是目前所有塑料中最轻的品种之一。
它对水特别稳定,在水中的吸水率仅为0. 01%,分子量约8万一15万。
成型性好,但因收缩率大(为1%~2.5%).厚壁制品易凹陷,对一些尺寸精度较高零件,很难于达到要求,制品表面光泽好,在一般家庭日用百货制品广泛应用。
力学性能聚丙烯的结晶度高,结构规整,因而具有优良的力学性能。
聚丙烯力学性能的绝对值高于聚乙烯,但在塑料材料中仍属于偏低的品种,其拉伸强度仅可达到30 MPa或稍高的水平。
等规指数较大的聚丙烯具有较高的拉伸强度,但随等规指数的提高,材料的冲击强度有所下降,但下降至某一数值后不再变化。
温度和加载速率对聚丙烯的韧性影响很大。
当温度高于玻璃化温度时,冲击破坏呈韧性断裂,低于玻璃化温度呈脆性断裂,且冲击强度值大幅度下降。
提高加载速率,可使韧性断裂向脆性断裂转变的温度上升。
聚丙烯具有优异的抗弯曲疲劳性,其制品在常温下可弯折106次而不损坏。
但在室温和低温下,由于本身的分子结构规整度高,所以抗冲击强度较差。
聚丙烯最突出的性能就是抗弯曲疲劳性,俗称百折胶。
热性能聚丙烯具有良好的耐热性,制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌,在不受外力的条件下,150℃也不变形。
脆化温度为-35℃,在低于-35℃会发生脆化,耐寒性不如聚乙烯。
对于聚丙烯玻璃化温度的报道值有一18qC, 0qC, 5℃等,这也是由于人们采用不同试样,其中所含晶相与无定形相的比例不同,使分子链中无定形部分链长不同所致。
聚丙烯的熔融温度比聚乙烯约提高40一50%,约为164一170℃, 100%等规度聚丙烯熔点为176℃。
化学稳定性聚丙烯的化学稳定性很好,除抗酸化、能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外等的性能及差,对其它各种化学试剂都比较稳定,但低分子量的脂肪烃、芳香烃和氯化烃等能使聚丙烯软化和溶胀,同时它的化学稳定性随结晶度的增加还有所提高,所以聚丙烯适合制作各种化工管道和配件。
特点无毒、无味,密度小,强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100℃左右使用。
具有良好的介电性能和高频绝缘性且不受湿度影响,但低温时变脆,不耐磨、易老化。
聚丙烯具有许多优良特性:1、相对密度小,仅为0.89-0.91,是塑料中最轻的品种之一。
2、良好的力学性能,除耐冲击性外,其他力学性能均比聚乙烯好,成型加工性能好。
3、具有较高的耐热性,连续使用温度可达110-120℃。
4、化学性能好,几乎不吸水,与绝大多数化学药品不反应。
5、质地纯净,无毒性。
6、电绝缘性好。
7、聚丙烯制品的透明性比高密度聚乙烯制品的透明性好。
它有很多优点但也有缺点:1、制品耐寒性差,低温冲击强度低。
2、制品在使用中易受光、热和氧的作用而老化。
3、着色性不好。
4、易燃烧。
5、韧性不好,静电度高,染色性、印刷性和黏合性差。
从市场上看,每年国内pp的总需求量在350多万吨,其中pp专用料在100万吨以上。
接枝法改性pp需求量以10万吨/年级计,主要用于:与其他聚合物材料如尼龙、聚碳酸酯、橡胶等共混,制备新型高分子材料;加入填料如无机粉体、玻璃纤维、天然纤维等,制备高强度pp;进一步加工产品,用于粉末涂料、液体涂料等。
目前我国等规pp固相接枝改性方法尚属空白,没有此类产品投入市场,所需空缺主要依靠进口,德国赫司特公司在我国推广的改性pp产品售价为15000~18000元/吨。
mcpp的用途主要有:一是用于制备塑料制品用底漆和塑料表面装饰涂料的附着力促进剂,特别是轿车保险杠、轮毂盖、电视机机壳等民用与工业用塑料器具的涂装;二是大量用作塑料表面印刷油墨树脂;三是用作防腐涂料树脂,用于钢屠、铝材等材料重防腐领域。
交联改性聚丙烯的交联改性是提高聚丙烯热变形温度的有效方法,也能提高聚丙烯的力学性能,交联改性主要有辐射交联法和化学交联法。
辐射交联是在高能射线的作用下聚丙烯分子链产生自由基进而进行交联反应。
化学交联一般是在PP中加入过氧化物作为引发剂,同时加入助交联剂实现交联反应。
聚丙烯的交联改性过程中降解和交联反应同时存在,采用辐射交联时交联效率比较低,而采用化学交联时一般都是通过加入带有不饱和键的助交联体系促进交联反应。
PP用于汽车工业具有较强的竞争力,但因其模量和耐热性较低,冲击强度较差,因此不能直接用作汽车配件,轿车中使用的均为改性PP产品,其耐热性可由80℃提高到145℃~150℃,并能承受高温750~1000h后不老化,不龟裂。
据报道,日本丰田公司推出的新一代具有高取向结晶性的聚丙烯HEHCPP产品,可以作为汽车仪表板、保险杠,比以TPO为原料生产的同类产品成本降低30%,改性PP用作汽车配件具有十分广阔的开发前景。



