第三章精讲 聚烯烃类塑料

1、 第第3 3章章 聚烯烃类塑料聚烯烃类塑料 3.3 聚异丁烯聚异丁烯（PIBPIB） 3.1 聚乙烯（聚乙烯（PEPE） 3.2 聚丙烯（聚丙烯（PPPP） 3.4 聚聚4-4-甲基甲基-1-1-戊烯戊烯（PMPPMP） 3.3 其它聚烯烃其它聚烯烃 聚烯烃类的制备 vPE 由乙烯单体自由基聚合而成的聚合物，Polyethlele(PE) ； 品种有低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯 （HDPE）、线形低密度聚乙烯（LLDPE）、高分子量聚 乙烯（UHMWPE）； 单体制备 聚合 v1.高压聚合 v2.低压聚合 v3.中压聚合 高压聚合反应以过氧化物为引发剂，其反应具有如 下特点： (1)

2、反应对单体浓度有很大的依赖性。单体浓度要 求大于99.89%。 (2)自由基寿命很短。 由于以上两特点，使反应必须采用高压，以增大单 体浓度(单位体积内所含单体分子数)，减小分子间 的距离，这样就可以增加单体分子间增长着的分子 链与单体分子间的碰撞几率，加速反应的进行并提 高转化率，增大聚合物的分子量。较低的反应压力 只能得到低分子量聚合物。 (3)反应放热多。 高压聚合制备PE反应特点 PE的制备 温度压力MPa催化剂机理实施方 法 PE密度g/cm3结晶度 高压 聚合 160300100350过氧化 物 自由基气相本 体聚合 0.9l0.9255565 低压 聚合 60700.10.5齐氏

3、催 化剂 离子配 位聚合 液相淤 浆法 0.940.96 85%90 中压 聚合 1301601.43.5CrO3离子型 聚合 溶液法 聚合 0.95 0.9795%97 聚乙烯结构与性能 塑料材料学 一、聚乙烯（一、聚乙烯（ Polyethylene，PE） 聚乙烯是分子结构最简单、生产量最大、 应用最广的塑料品种。 聚乙烯为无臭、无毒外观呈乳白色的蜡状固体。 vPE的结构特点： 1.线形聚合物， 属高分子长链脂肪烃；分子对称无极性， 分子间作用力小，力学性能不好、电绝缘性好、熔点低； 2.分子链上含有短的甲基和长的烷基支链，支链越多，其 耐光降解和氧化能力越差。 3.分子量越高，力学性能越

4、好；加工性能变差； 4.易于结晶，结晶度提高，制品密度、刚性、硬度、强度 等性能提高，但其冲击性能下降。 主要性质特点如下：主要性质特点如下： 化学上的惰性。 良好的韧性和耐低温性。 优异的介电和电绝缘性。 极优的耐溶剂性。 软而韧。 塑料材料学 聚乙烯结构与性能 PE的结构与性能 vPE的性能 1.力学性能：一般，只有耐冲击性能较好。耐 冲击强度LDPELLDPEHDPE。随密度、 结晶度、分子量提高，力学性能增大。 软而韧软而韧 2.热性能：随分子量和结晶度的提高而改善。 玻璃化温度低， 支化度增大，密度降低，熔融温度降低 热变形温度很低，热稳定性较好 比热容较大；热导率大，不宜作绝热材料

5、 线膨胀系数较大，制品尺寸随温度变化较大 3.电性能：无极性，电性能优异，吸湿性很小 4.耐化学试剂和耐溶剂性：化学惰性，良好的化 学稳定性。 5. 环境老化性能：含支链、双键，耐候性不好， 环境应力开裂。 6.燃烧性：极易燃烧。 聚乙烯的加工聚乙烯的加工 v一、加工性能一、加工性能 v吸水性极小 v分子链柔性好 v熔体的非牛顿性不明显 v比热容较大 v结晶能力高 v收缩率大 v熔体易氧化 1.品级、牌号多 加工工艺加工工艺 聚乙烯的应用聚乙烯的应用 v薄膜 v容器 v型材、单丝 v电缆包皮 v防腐涂层 v泡沫制品 塑料材料学 聚乙烯的品种类型(按密度和结构的不同分) 低密度聚乙烯（LDPE）

6、、 0.91-0.925 g/cm3 中密度聚乙烯（MDPE）、 0.926-0.94 g/cm3 高密度聚乙烯（HDPE）、 0.941-0.97 g/cm3 线型低密度聚乙烯（LLDPE） 0.92 g/cm3 聚乙烯结构与性能 1.低密度聚乙烯（LDPE）塑料材料学 1.低密度聚乙烯（LDPE）: 是一种非线性热塑性聚乙烯，结晶度低，机械强度、阻 气性、耐溶剂性都比高密度聚乙烯差；但它的柔软性、断 裂伸长率、耐冲击性、透明度则比高密度聚乙烯好。 加工方式： 吹膜、流延、挤出涂布、挤出吹塑和注塑。低密度聚乙烯 的最大产品是薄膜。 用途： 普遍运用于食品、服装塑料袋、阻湿层、农用薄膜、日用

7、品塑料和收缩缠绕膜等，以及复合薄膜中的热封和粘合层。 v世界LDPE消费结构 薄膜55.0% 涂层制品10.8% 注塑制品8.4% 电线电缆3.9% 吹塑1.9% 其它20.0% 2.高密度聚乙烯（HDPE）塑料材料学 2.高密度聚乙烯（HDPE） 含支链少，结晶度高达90，有些品种使用温度可达120度， 耐寒性能良好。由于密度高，结晶度高，故其机械强度、 阻隔性、耐热性等性能均好于低密度聚乙烯。 用途： 多用来制造食品塑料用瓶、罐、桶等中空容器，也可制成 薄膜或复合膜。 v世界HDPE消费结构 吹塑27.0% 薄膜20.1% 注塑制品19.8% 管材11.5% 纤维4.7% 电线电缆1.2%

8、 其它15.8% 3.线型低密度聚乙烯（LLDPE） 线型低密度聚乙烯（LLDPE）是在结构上介于高密度聚乙 烯和低密度聚乙烯之间的一种聚乙烯。 LLDPE用途： 特别适宜制作超薄塑料薄膜、容器 v世界LLDPE消费结 构 薄膜占74% 注塑6.9% 滚塑3.0% 电线电缆1.7% 其它14.4% LLDPE以其优良的拉伸性能和 延展性在薄膜市场逐步取代 LDPE，减少了LDPE在塑料市 场的份额。近年来，LLDPE在 缠绕膜和旋转成型方面的市场 份额不断提高。 二、聚丙烯（Polypropylene，PP）塑料材料学 二、聚丙烯二、聚丙烯（PolypropylenePolypropylene

9、，PPPP） 聚丙烯也是包装中最常用的塑料品种之一。 聚丙烯是以丙烯单体进行聚合的热塑性聚合物。聚丙烯 外观与聚乙烯相似，聚丙烯是目前常用塑料中最轻的一种。 种类： 通常有均聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯两类。 特点： 聚丙烯有很高的耐化学性及力学性能。 用途： 聚丙烯树脂常用于制造薄膜和硬的容器。 实施方法温度压力MPa催化剂机理 液态本体聚合6070 3.23.5 齐-纳催化剂 定向配位聚合PP聚合 液相淤浆法5060 0.51 齐-纳催化剂定向配位聚合PP聚合 气相聚合903.5齐-纳催化剂定向配位聚合PP聚合 聚丙烯（聚丙烯（PP）的合成）的合成 PP的结构与性能 vPP侧甲基对其性能的影响

10、： 1.分子链变硬，规整性下降； 2.空间结构改变； 3.叔碳原子使PP化学性质活泼； 4.等规指数影响； 5.分子量对性能的影响。 vPP的性能 1.力学性能；绝对值高于聚乙烯 缺点是：韧性不够好，特备是低温脆性缺点是：韧性不够好，特备是低温脆性 vPP的性能 2.热性能：熔融温度较聚乙烯高40-50OC，约164-170OC；耐热性稍 高与聚乙烯；分子量对耐热性影响；比热容、热导率小于 聚乙烯，绝热性优于聚乙烯。 3.电性能：与聚乙烯接近 4.耐化学试剂和耐溶剂性：良好 5.环境与老化性能：易降解；铜害作用 6.燃烧性能：极易燃烧，与聚乙烯类似 等规PP间规PP 有规PP无规PP 聚丙烯

11、可作为塑料、纤维、 橡胶。 不单独作塑料使用， 是一种很好的改性剂。广泛用 在制作热熔胶、压敏胶、溶剂 胶等包装用粘合剂上。 均聚聚丙烯均聚聚丙烯 Polypropylen e , PP 1.均聚聚丙烯 1.均聚聚丙烯塑料材料学 1.均聚聚丙烯 受结晶及聚合条件的影响，最终聚合物的分子结构存在 等规、间规及无规三种不同的丙烯单体的立体构型。 等规聚丙烯是在ZieglerNatta催化剂的作用下，通过 控制温度及压力来聚合的高结晶材料，是最常用的聚丙烯 形式。 特性： 密度低、熔点高、力学性能好，拉伸强度、屈服强度、压 缩强度、挺度、硬度等都优于聚乙烯，尤其是具有较好的 刚性和抗弯曲性；耐化学性

12、极好，耐热性良好（150不变 形），但耐低温性能远不如聚乙烯。 均聚聚丙烯的应用塑料材料学 （1）聚丙烯薄膜可以包装食品； （2）应用于复合薄膜的制造； （3）高挺度与易拉性能非常适合缠绕及拉伸应用； （4）可用来制造瓶、罐及各种形式的中空容器。 （5）优良抗弯性和回弹性，可制作盖及本体合一的箱壳。 （6）很好的耐热性则可以用于制成耐热的微波食品容器以 及耐蒸煮容器。 聚丙烯也是一种极好的注塑材料。 均聚聚丙烯有极好的流变性和很好的加工性能。 2. 无规共聚聚丙烯塑料材料学 2. 无规共聚聚丙烯 特性： 无规共聚聚丙烯通常含有1.57的乙烯，在分子链 上乙烯单体位置的无规律阻碍了顺式聚丙烯分子

13、链的有规 立构和高结晶，因此无规共聚聚丙烯具有低结晶度，低熔 点，高透明度及柔软性的性能。无规共聚聚丙烯比均聚聚 丙烯轻，具有更好的耐低温冲击强度；对酸、碱、醇及低 沸点的碳氢化合物有很好的耐化学性。 应用： 无规共聚聚丙烯可用来吹膜或注塑，拉伸薄膜等。 PP的加工与应用 vPP的应用 （1）医疗器具，如注射器、盒、输液袋、输血工具、病人用具(盒、 杯、壶等)。 （2）一般用途机械零件中的轻载结构件，如壳、罩、手柄、手轮、 特别适于制备反复受力的铰链、活页、法兰、接头、阀门、泵叶轮、 风扇叶轮等。 （3）汽车零部件。聚丙烯和增强聚丙烯可以制备汽车方间盘、蓄电 池壳、空气过滤器壳、启动脚踏板、发

14、动机舱、车厢、通风采暖系 统、灯罩、工具箱、消声器等。 （4）家用电器零件和一股家用件，如窗门框架、小折叠椅、盥洗室 水槽，箱子与盒子的整体活页、卡扣等。 （5）化工方面，可制备耐热耐腐容器，管道、设备衬里，涂层等。 （6）包装方面，可制备拉伸薄膜、叠层薄膜、单丝、绳索、编织袋 等。 （7）电气绝缘薄膜。 PP的加工与应用 vPP加工性能 1.吸湿性小； 2.成型方法多； 3.熔体粘度小； 4.易结晶，收缩率大； 5非牛顿流体，粘度对剪切速率和温度敏感； 6.熔体弹性大，冷却凝固快，易产生内应力； 7.受热易氧化降解。 v加工工艺 聚丙烯可采用注塑、挤出、吹塑、旋塑、热成型、发泡、喷涂等工 艺

15、，其中最常采用的是注塑与挤出。 vPP的改性 一、与聚乙烯共混 增加韧性 二、与乙丙橡胶共混 增加韧性、耐寒性 三、与其它聚合物共混 四、增强聚丙烯 v1.玻璃纤维增强聚丙烯 增强拉伸、弯曲、冲击强度 v2.钙塑聚丙烯 提高刚度、硬度、耐热性 PB（聚1-丁烯）的结构与性能 vPB结构与性能 一、结构 v聚1-丁烯分子链上交替地连接着侧乙基 二、性能 v（1）类似于聚乙烯、聚丙烯的优异介电、电绝缘性能。 v（2）优异的抗蠕变性、冲击韧性和耐环境应力开裂性，良好的 耐寒性，这主要是因为聚1丁烯的分子链比较柔曲，又具有很 高的分子量。 v（3）良好的化学稳定性和耐溶剂性。 v（4）较好的耐热性。

16、v（5）优良的耐磨性和抗挠曲性。 v（6）较高的填料填充性。 PB的加工与应用 vPB加工与应用加工与应用 一、加工 v聚1-丁烯可以采用注塑、挤出、旋塑、浇铸等方法成型，最重要的成型 方法是挤出。用于成型管材、薄膜和单丝等。 其加工性能特点是： v（1）熔融加工温度范围约在160240。 v（2）吸水率低，仅0.01，不需对粒料预先进行干燥。 v（3）成型收缩率大于聚丙烯，低于聚乙烯。 v（4）挤出时具有较强的巴拉斯效应，比聚乙烯、聚丙烯更明显。 v (5)成型后制品应时效处理不少于一周，以便获得结构稳定的第二晶型。 二、PB的应用 v（1）挤出管材，供工业、民用、建筑等方面应用。 v（2）

17、挤出单丝和薄膜，其韧性、抗撕裂性皆优异，市场潜力极大。 PMP （聚4-甲基-1-戊烯）结构与性能 vPMP结构与性能结构与性能 一、结构 v工业化生产的PMP是等规结构，可以结晶。 vPMP奇特的性能是，虽然属于半结晶型聚合物，却是 高度透明的材料，在现有半结晶聚合物是绝无仅有的。 纯粹的PMP均聚物制品，往往观察到透明度较差，内 部似乎有无数微小空洞。 v如果将4-甲基-1-戊烯与少量其它-烃(1-丁烯、1-己烯、 1-辛烯等)共聚，可以克服上述微空洞现象。 PMP的结构与性能 vPMP结构与性能结构与性能 二、性能 vPMP是高度透明的轻质塑料，密度仅0.83g cm3，是现有塑料 中密

18、度最小的，透光率可达90，是少数几种透明的光学塑料 之一。 vPMP由于主链上连有笨重的侧异丁基，使分子链变刚，玻璃化 温度和熔融温度比聚乙烯均有大幅度提高， vPMP具有优异的介电和电绝缘性能，这些优异的电性能随环境 湿度的改变变化很小，因为聚4-甲基-1-戊烯的吸水性极小。电 场频率的改变对电性能的影响也很小。作为绝缘材料，PMP的 工作温度可以高于聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯等。 vPMP质轻、透明、耐腐蚀、透气性优。 v良好耐热性，连续使用温度121-160OC PMP的加工与应用 vPMP的加工 PMP可以采用注塑、挤出、吹塑、热成型等工艺方法成 型加工。 吸湿率极小 熔体具有假塑性体

19、特征 成型中较大收缩 加工温度范围小 270-300OC PMP的加工与应用 vPMP主要应用在以下几方面： （1）制备透明的医疗没备、器械和用具。 （2）制备化工厂的透明容器和管道。 （3）制备仪器仪表中的耐热透镜、视镜。 （4）制备汽车内照明设备、器件。 （5）制备要求加热的食品容器，如奶瓶；食品烘烤设备 器件，如微波炉中的盘碟器皿 （6）制备透明包装薄膜。 3.5 其它聚烯烃其它聚烯烃 v乙烯丙烯共聚物 一、随机共聚物乙丙橡胶 丙烯：50% 无定形共聚物 三元乙丙橡胶 二、立构嵌段共聚物乙丙塑料 丙烯：93-99.9% 结晶度：80-85% 综合物理力学性能优良 v离子聚合物 （Iono

20、mer ） v乙烯-乙酸乙烯共聚物 （EVA） v乙烯丙烯酸乙酯共聚物 3.5 其它聚烯烃其它聚烯烃 离子交朕聚合物（Ionomer）塑料材料学 离子交朕聚合物（Ionomer） 离子交联聚合物又称离子型聚合物，是以乙烯为主体，加 入110的丙烯酸（或甲基丙烯酸）等单体进行高压共 聚并在共聚物主链上引入金属离子（如钠、钾、锌、镁等） 进行交联而得的产品。它虽为交联合物，实际上是一种热塑 性聚合物。 离子交朕聚合物特性塑料材料学 离子交联聚合物的主要特性如下： 力学性能好，抗拉强度高于聚乙烯，在低温下性能也很好；表面硬 度高，耐磨性好，韧性强、弹性好，具有优良的抗穿刺性和耐折叠性。 耐溶剂性好，耐一般无机酸、碱和油脂；不耐强酸及某些氧化剂和 有机酸。 热封合性能极好，相同