聚丙烯(英語:Polypropylene,簡稱PP)是一种半结晶热塑性塑膠。具有较高的耐冲击性,机械性质强韧,抗多种有机溶剂腐蚀。在工业界有广泛的應用,包括包裝材料和標籤,紡織品(例如:繩、保暖內衣和地毯)、文具、塑膠部件和各種類型的可重複使用的容器、實驗室中使用的熱塑性聚合物設備、揚聲器、汽車部件和聚合物紙幣,是常见的高分子材料之一。在2013年,聚丙烯全球市場約五千五百万吨。英国澳大利亚加拿大塑膠钱币也使用聚丙烯制作。

聚丙烯
IUPAC名
poly(1-methylethylene)
聚(1-丙烯)
别名 Polypropylene; Polypropene;
Polipropene 25 [USAN];Propene polymers;
Propylene polymers; 1-Propene homopolymer
识别
CAS号 9003-07-0  checkY
ChemSpider none
性质
化学式 (C3H6)x
密度 0.855 g/cm3, amorphous

0.946 g/cm3, crystalline

熔点 ~167°C
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。
一個用聚丙烯為原料的即棄食物容器蓋子
實驗室用的聚丙烯物品,藍色和橙色瓶蓋不是由聚丙烯製成。

结构

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聚丙烯结构示意图

聚丙烯乃由一個碳原子加三個氫原子來组成基本分子單元;並以重復方式來呈現。 此分子模型乃由碳原子形成主鏈,每一個碳原子皆再有三個支鏈;每個支鏈則各連結一個氫原子。

性质

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聚丙烯的结构和聚乙烯接近,因此很多性能也和聚乙烯类似,特別是在溶液中的反应和電性能。由于其存在一个甲基侧链,可以改善機械性能和耐熱性,但是聚丙烯更易在紫外线和热能作用下被氧化降解,耐化學性降低。

耐热且化学稳定性比较高。本质上和高密度聚乙烯接近,结晶度比高密度聚乙烯略低,所以一般呈现半透明的状态,而硬度与高密度聚乙烯差不太多。 聚丙烯的特性取決於分子量和分子量分佈,結晶度,類型和共聚單體(如果使用的話)的比例和等規度。

機械性質

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聚丙烯的密度在0.895和0.92克/立方厘米之間。因此,聚丙烯是商品化塑料中具有最低密度的高分子材料,可以製造具有較低重量和一定質量的塑料。不像聚乙烯,結晶和無定形區域在它們的密度僅略有不同。然而,聚乙烯的密度可顯著與填料變化。

聚丙烯的楊氏模量(Young's modulus)介於1300 至 1800 N/mm²之間。

聚丙烯通常是堅韌而有彈性,尤其是與乙烯共聚時,這使得聚丙烯被用作工程塑料,具有材料如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)的競爭。聚丙烯是相當經濟的。

熱性能

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聚丙烯的熔點發生在一個範圍內,因此,熔點是通過找到一個差示掃描量熱圖的最高溫度來決定。完美等規聚丙烯具有171℃的熔點。商業規聚丙烯具有範圍從160至166℃,這取決於無規立構材料和結晶的熔點。間同立構聚丙烯與30%的結晶度為130℃的熔點。當環境溫度低於0℃,聚丙烯會變脆。

老化問題

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PP是安全的食品容器用塑膠,但若老化就不安全,例如臺灣就有熱水器內PP塑膠老化的先例。由于侧甲基连接的主碳链骨架碳原子是一级碳原子,使PP更易受氧攻击而氧化,且在铜的作用下降解速率急剧减小。

回收及循環再利用

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資源回收再利用:塑膠分類標誌中,PP代碼是5。塑料本體底部或包裝上須列明,以便消費者及回收商能分類妥當。

分类

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根据支链原子的位置,聚丙烯可以分为无规立构,等规立构,间规立构。

无规立构

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  无规立构的聚丙烯的支链原子无规则分布于主链的两侧,其结构如图所示。

等规立构

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  等规立构的聚丙烯支链原子分布在主链的同一侧,其结构如图所示。

间规立构

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  间规立构的聚丙烯支链原子间隔对称分布在主链两侧,其结构如图所示。

商品聚丙烯通常为89%以上的等规立构和少量无规立构的混合体。

历史

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1954年,居里奥·纳塔(Giulio Natta)合成了聚丙烯。随后在不同的国家和地区不同的聚丙烯合成技术被多次“发明”。大量的知识产权官司同聚丙烯的发展史纏在一起。

生产与应用

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PP(Polypropylene)聚丙烯:

  • PP熔點高達167℃,耐熱,製品可用蒸氣消毒是其特點。
  • 以PP製瓶的,最常見的是豆漿、米漿瓶,還有用來裝100%純果汁、優酪乳、果汁飲料、乳製品(如布丁)等,
  • 較大的盛器,像水桶、垃圾桶、洗衣槽、籮筐、籃子等等多是以PP做成。
  • 近年來亦大量使用於製成免洗餐具(例如供餐飲業者裝填食品使用、手搖飲料店所用之盛裝容器)
  • 該材質容器係屬不透明或半透明容器,具備有耐酸鹼、耐化學物質、耐碰撞及耐高溫(約-20℃~120℃)等優點。

雙向拉伸聚丙烯

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當聚丙烯膜同時在機器方向和橫跨機器方向被擠出,則稱為雙向拉伸聚丙烯(Biaxially oriented polypropylene, BOPP)。

Bopp薄膜進行雙向拉伸有幾個目的: 1.提升尺寸穩定性 2.提升機械性質 3.提升光澤度 4.提升透明度 5.提升阻氣性

延伸後的高分子,可以使高分子拉伸方向規則排列, 產生高度的「配向」,提升材料密度與薄膜強度, 讓機械性質變好,阻氣性增加,表面的光澤度、透明性也會增加。

雙軸取向增加強度和清晰度。 BOPP被廣泛地用作包裝的產品,如快餐食品,生鮮產品和糖果的包裝材料。這是很容易的外套,印刷和層壓,得到用作包裝材料所要求的外觀和性能。這個過程通常稱為轉換。這是在其中的分條機成包裝機使用更小的縫卷大卷正常生產。

市场上绝大多数微波炉专用塑料容器是聚丙烯材質,这是因为它的耐热且化学稳定性比较高。在食品方面的应用超过其他任何塑料,除了容器,还有软包装中的BOPP膜,香烟盒的最外层薄膜便是这种塑料。此外,目前的新建社區通常使用的家用水管推荐或强制使用PPR管,同样也是聚丙烯材料,除了安全性考虑以外,还因为它具有热熔的特点,易于加工。聚丙烯工业也可衡量一个国家的产业水準。

塑化劑

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絕大多數的塑膠製品或多或少添加塑化劑、雙酚A。但聚丙烯並無此問題。 抑或是使用其他替代品,如玻璃、不鏽鋼、陶瓷、矽膠。 據了解大多的酚甲烷BPAfree可能採用其他添加物,如雙酚S[1]

在生活上,盛裝冷熱水的水壺,奶瓶,除了聚丙烯尚有

超商的咖啡蓋,雖然也是聚丙烯所製成。但不提供重複使用的保證。 或者是選用食品接觸級的聚丙烯。 如真有疑慮,應洽詢專家或醫師建議。

合成纤维

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聚丙烯纤维称为丙纶,是一种合成纤维。其生产工艺简单,价格相比合成纤维低廉。丙纶质轻,吸湿性差,能浮在水面上。[3]因此用来制造渔网。同等质量下,其强度相当于聚酯,因此用于制造绳索等。在一些地震高发地带,聚丙烯纤维在造桥和造房之前被加到土壤中增加土壤的强度。[4]

特殊型號

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  • YS-HC8322:食品容器方盒,是由食品級PP材質製成。

参考文献

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  1. ^ 《不可不知》塑膠容器未含雙酚A,不代表安全-台灣新生報. [2022-09-02]. (原始内容存档于2022-09-02). 
  2. ^ 「Tritan™」來襲,認識科技新材質-一品川流. [2022-09-02]. (原始内容存档于2022-09-02). 
  3. ^ Braided Polypropylene Rope is Inexpensive and it Floats页面存档备份,存于互联网档案馆). contractorrope.com. Retrieved on 2013-02-28.
  4. ^ Amir-Faryar, Behzad & Aggour, M. Sherif. Effect of fibre inclusion on dynamic properties of clay. Geomechanics and Geoengineering: an International Journal. 2015: 1–10. doi:10.1080/17486025.2015.1029013. 

外部链接

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