無規聚丙烯性能及應用研究

鞏玉紅 王曉

[摘要]本文對無規聚丙烯的結構和性能進行了分析研究，并據此闡明其相關應用。

[關鍵詞]無規聚丙烯 性能 等規聚丙烯

無規聚丙烯按照相對分子量大小可分為高分子量無規聚丙烯與低分子量無規聚丙烯，高分子量無規聚丙烯分子量較大，是一種彈性體材料，其抗氧化和防老化性能優良，具有良好拉伸和抗沖性能以及光學性能，在醫療器械、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無規聚丙烯的結構和性能

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

1.1低分子量無規聚丙烯

當前工業化較多的無規聚丙烯都是低分子量無規聚丙烯，這種無規聚丙烯是非結晶、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，無規聚丙烯與等規聚丙烯的溶解度差別很大。利用這種性質，能很方便地將無規聚丙烯從等規聚丙烯中分離出來。無規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，結構不規整、內聚力低，故機械性能和耐熱性較差，導致了無規聚丙烯和等規聚丙烯的性能和用途完全不一樣，在工業實際應用中有著許多等規聚丙烯不可替代的作用。

1.2高分子量無規聚丙烯

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

2制備方法

2.1等規聚丙烯合成過程中的副產物

雖然目前工業上用于等規聚丙烯合成的催化劑效率基本都在95%以上，其中無規聚丙烯一般約占等規物產量的5%-10%。但鑒于等規聚丙烯每年巨大的生產量，無規聚丙烯的絕對產量仍然相當可觀。這也是當前工業上無規聚丙烯的主要來源。無規聚丙烯由于不具備立構規整性，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聚丙烯表現狀態有所不同，可以是黏稠的油狀液體，也可以是蠟狀發黏的固體。

2.2茂金屬催化劑丙烯聚合

高分子量無規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境影響巨大的是茂金屬催化劑的對稱性和茂環上的取代基，進而影響聚合物的立構規整性。目前，用于制備無規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;非橋聯茂金屬催化劑，如具有寬松立體空間環境的單茂催化劑;橋聯茂金屬催化劑，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境，從而能夠獲得很高無規度的聚丙烯。茂鈦催化劑制備得到的無規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，因而具有優良的拉伸和抗沖性能。

3無規聚丙烯的用途

3.1低分子量無規聚丙烯應用

目前工業化的低分子量的無規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，還可以對無規聚丙烯進行交聯、氯化等化學改性，進一步提高其性能拓寬其應用。

3.2高分子量無規聚丙烯應用

高相對分子量無規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良好的特點，有效改善了等規聚丙烯的“低溫冷脆性”，近年來得到了越來越多的應用。由于等規聚丙烯與無規聚丙烯相似的分子結構和良好的相容性，將等規聚丙烯與無規聚丙烯共混，改善等規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%，而不降低無規聚丙烯的熱性能。無規聚丙烯用馬來酸酐接枝改性制得的無規聚丙烯鈷離聚體膜，能促進輸送CO2氣體，具有較好的CO2滲透系數和CO2/N2分離系數，具有較好的使用強度，應用前景良好。