無規(guī)聚丙烯性能及應用研究

鞏玉紅 王曉

[摘要]本文對無規(guī)聚丙烯的結構和性能進行了分析研究，并據(jù)此闡明其相關應用。

[關鍵詞]無規(guī)聚丙烯 性能 等規(guī)聚丙烯

無規(guī)聚丙烯按照相對分子量大小可分為高分子量無規(guī)聚丙烯與低分子量無規(guī)聚丙烯，高分子量無規(guī)聚丙烯分子量較大，是一種彈性體材料，其抗氧化和防老化性能優(yōu)良，具有良好拉伸和抗沖性能以及光學性能，在醫(yī)療器械、包裝、纖維、薄膜等方面有很好應用前景。低分子量無規(guī)聚丙烯一般用做熱熔膠黏劑、紙張涂料、瀝青的改性劑等，應用也非常廣泛。

1無規(guī)聚丙烯的結構和性能

無規(guī)聚丙烯結構與等規(guī)聚丙烯不同，在主鏈上其甲基支鏈是無規(guī)隨機排列分布的。無規(guī)聚丙烯可以分成低相對分子質量無規(guī)聚丙烯和高相對分子質量無規(guī)聚丙烯兩種。

1.1低分子量無規(guī)聚丙烯

當前工業(yè)化較多的無規(guī)聚丙烯都是低分子量無規(guī)聚丙烯，這種無規(guī)聚丙烯是非結晶、微帶粘性的白色蠟狀固體，沒有明顯的熔點，軟化點為90～150℃，平均分子質量3000～10000。通常情況下無規(guī)聚丙烯摩爾質量低、摩爾質量分布較寬，由于分子構型不同，無規(guī)聚丙烯與等規(guī)聚丙烯的溶解度差別很大。利用這種性質，能很方便地將無規(guī)聚丙烯從等規(guī)聚丙烯中分離出來。無規(guī)聚丙烯能溶于有機溶劑，如烷烴、芳烴和酯類等，且無毒、無腐蝕，耐濕性能很好，具有韌性高、潤滑性好、熔點高、黏度大的特點。

由于分子質量小，結構不規(guī)整、內聚力低，故機械性能和耐熱性較差，導致了無規(guī)聚丙烯和等規(guī)聚丙烯的性能和用途完全不一樣，在工業(yè)實際應用中有著許多等規(guī)聚丙烯不可替代的作用。

1.2高分子量無規(guī)聚丙烯

高分子量無規(guī)聚丙烯被稱為聚烯烴彈性體。高相對分子質量無規(guī)聚丙烯是全飽和結構，具有優(yōu)異的力學性能、光學性能和抗老化性能，廣泛應用于汽車配件、薄膜、醫(yī)療用品、包裝等方面，是一種具有極大工業(yè)價值和應用前景的材料。

2制備方法

2.1等規(guī)聚丙烯合成過程中的副產物

雖然目前工業(yè)上用于等規(guī)聚丙烯合成的催化劑效率基本都在95%以上，其中無規(guī)聚丙烯一般約占等規(guī)物產量的5%-10%。但鑒于等規(guī)聚丙烯每年巨大的生產量，無規(guī)聚丙烯的絕對產量仍然相當可觀。這也是當前工業(yè)上無規(guī)聚丙烯的主要來源。無規(guī)聚丙烯由于不具備立構規(guī)整性，因而不能結晶，其玻璃化轉變溫度在O℃左右。常溫下，不同摩爾質量的無規(guī)聚丙烯表現(xiàn)狀態(tài)有所不同，可以是黏稠的油狀液體，也可以是蠟狀發(fā)黏的固體。

2.2茂金屬催化劑丙烯聚合

高分子量無規(guī)聚丙烯的聚合催化劑多為茂金屬催化劑，而對活性中心周圍立體環(huán)境影響巨大的是茂金屬催化劑的對稱性和茂環(huán)上的取代基，進而影響聚合物的立構規(guī)整性。目前，用于制備無規(guī)聚丙烯的茂金屬催化劑包括Cs對稱的催化劑，具有C2v對稱的雙茂基催化;非橋聯(lián)茂金屬催化劑，如具有寬松立體空間環(huán)境的單茂催化劑;橋聯(lián)茂金屬催化劑，C1對稱的茂金屬催化劑，以及限定幾何構型催化劑。

對于雙茂基金屬催化劑而言，通常是具有C2v對稱的茂金屬催化丙烯聚合制得無規(guī)聚丙烯。對單茂基金屬催化劑而言，由于只有一個茂基，催化劑具有寬松的立體空間環(huán)境，從而能夠獲得很高無規(guī)度的聚丙烯。茂鈦催化劑制備得到的無規(guī)聚丙烯產物分子質量高，分子質量分布窄，是一種高分子質量的彈性體，因而具有優(yōu)良的拉伸和抗沖性能。

3無規(guī)聚丙烯的用途

3.1低分子量無規(guī)聚丙烯應用

目前工業(yè)化的低分子量的無規(guī)聚丙烯因其具有良好的粘附性和相容性得到廣泛應用。主要有（1）用于瀝青及其防水卷材改性。無規(guī)聚丙烯與瀝青有良好的相容性能，可以加入瀝青中，用于提高其高溫性能。用無規(guī)聚丙烯改性的瀝青材料改善了瀝青在高溫下抗流延性，低溫下的抗龜裂性能，提高了瀝青自身的曲撓性、韌性和內聚力，提高了其產品利用率，可以廣泛應用于路面的鋪設以及防水卷材中。（2）用于填充母料。由無規(guī)聚丙烯和納米碳酸鈣制成填充母料。利用聚烯烴樹脂與無規(guī)聚丙烯良好的相容性，在聚烯烴產品的加工中添加該母料后，能夠明顯提高被填充材料的韌性、彈性、塑性，還能有效降低生產成本。（3）因無規(guī)聚丙烯具有良好的粘附性和相容性，因而大量用于生產熱熔膠、膠粘材料、橡塑和電子絕緣材料、改性涂料、防水紙、房屋嵌縫劑、密封材料、管道防腐涂層等。另外，還可以對無規(guī)聚丙烯進行交聯(lián)、氯化等化學改性，進一步提高其性能拓寬其應用。

3.2高分子量無規(guī)聚丙烯應用

高相對分子量無規(guī)聚丙烯具有透明度高、彈性好、剛性強度好、抗蠕變性能在較高溫度下表現(xiàn)良好的特點，有效改善了等規(guī)聚丙烯的“低溫冷脆性”，近年來得到了越來越多的應用。由于等規(guī)聚丙烯與無規(guī)聚丙烯相似的分子結構和良好的相容性，將等規(guī)聚丙烯與無規(guī)聚丙烯共混，改善等規(guī)聚丙烯在室溫下的韌性和延展性是一種良好的方法。但非極性的分子結構限制了其應用，所以通過接枝引入極性基團對無規(guī)聚丙烯進行改性，可以顯著擴大其應用。常采用的方法有溶液接枝、熔融接枝和固相接枝、超臨界CO2流體改性接枝等。特別是近年來發(fā)展起來的利用超臨界CO2流體技術進行聚合物改性的新方法。此技術可以使無規(guī)聚丙烯接枝馬來酸酐的最大接枝率達5.1%，雙組分接枝產物的最大接枝率為10.8%，而不降低無規(guī)聚丙烯的熱性能。無規(guī)聚丙烯用馬來酸酐接枝改性制得的無規(guī)聚丙烯鈷離聚體膜，能促進輸送CO2氣體，具有較好的CO2滲透系數(shù)和CO2/N2分離系數(shù)，具有較好的使用強度，應用前景良好。