聚丙烯（Polypropylene, PP）是由丙烯单体聚合而制得的一种热塑性树脂，用途十分广泛，市场需求一直呈快速增长态势。在聚烯烃树脂中，是仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的第三大塑料，在合成树脂中占有重要的地位。
图片
结构
PP分子结构通式如下：(CH2=CHCH3)n
PP的结构是由配位聚合得到的头-尾相接的线性结构，其分子中含有甲基，按甲基排列位置分为等规PP、无规PP和间规PP。甲基排列在分子主链的同一侧称为等规PP。从等规PP的分子结构来看，其具有较高的立体规整性，因此比较容易结晶。等规PP的结晶是一种有规则的螺旋状链，这种三维的结晶，不仅是单个链的规则结构，而且在链轴的直角方向也具有规则的链堆砌。
在三种立体异构体中，等规和间规PP都属于有规PP，有规PP的结晶度高，根据X射线对结晶性PP的研究，测得其分子链的等同周期为6.5×10-10m, C—C键角为109°28′, C—C原子间键距为1.54×10-10m，据此设想出等规PP的三重螺旋结构。
以上所述均指PP的均聚物，PP聚合物中还有共聚物，如以丙烯为主要单体，以少量乙烯为第二单体（或称共聚单体）进行共聚而成的聚合物，共聚物按其立体结构的规整性又可分为无规共聚物和嵌段共聚物，制取共聚物的目的是改善均聚物的某些性能（如耐寒、耐温、抗冲性能等）以满足特殊用途的需要。
性能
PP是无毒、无味的白色蜡状物质，密度小（0.89～0.91g/cm3），最轻的塑料之一，强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯，可在100 ℃左右使用。具有良好的电性能，高频绝缘性不受湿度影响，但低温时变脆、不耐磨、易老化，适于制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸、碱、有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具。
（1）结晶性能
等规PP的晶体形态有α、β、γ、δ和拟六方晶态5种，其中以α和β晶型较为常见。在PP中最为常见和热稳定性最好的是α晶型PP，属单斜晶系。在130 ℃以上，或加入山梨醇类成核剂结晶时，主要生成α晶型PP，熔点为176 ℃，密度为0.936g/cm3。商品化PP中主要为α晶型。
在特定的结晶条件下或在β晶型成核剂诱发下，能获得β晶型PP，属六方晶系。在190～230℃熔融后，急冷至100～120℃时，可得到β晶型PP。加入喹吖啶酮红颜料、庚二酸金属皂和某些芳基羧酸二酰胺及其衍生物等β晶型成核剂，可得到β晶型PP。β晶型PP的熔点为147 ℃，密度为0.922g/cm3。
在压力为35 MPa时，出现α晶型向γ晶型的转变，在压力为500 MPa时，PP几乎全部转变为γ晶型。γ晶型属三斜晶系，γ晶型PP熔点约为150 ℃，密度为0.946g/cm3。δ晶型PP由间规PP生成，正交晶系，结晶密度0.936g/cm3，对其研究还很少。
拟六方晶型PP是一种特殊的晶体结构，它是一种准结晶状态，是一种热力学上不稳定的晶体结构。在淬火或冷拉时产生拟六方晶型PP，密度为0.88g/cm3。拟六方晶型PP保持原PP的机械强度，又具有无定形聚合物那样的透明性。PP各种晶型中，分子链的有序程度不同：γ晶型有序程度最高，其次为α和β晶型，拟六方晶型最低。结晶条件不同，形成球晶的尺寸和形态不同。结晶温度越高，球晶越大；结晶温度越低，球晶越小。
（2）力学性能
目前所生产的PP中，95%都是等规PP，其余是无规、嵌段或间规PP。PP的结晶度与它的等规度有关，等规度高的易结晶。其结晶度一般为30%～70%，结晶度越高，密度越大。缺点是抗蠕变性差，低温脆性大，-5 ℃以下冲击强度急剧下降，但耐环境应力开裂性优于聚乙烯。
PP的强度、刚度和硬度都比PE高，光泽性也好。PP的冲击强度较低，对温度依赖性较大。PP的冲击强度还与分子量、结晶度、结晶尺寸等因素有关。PP有优良的抗弯曲疲劳性，其制品在常温下可弯折106次而不损坏。
（3）电性能
PP为非极性树脂，具有优良的电绝缘性。介电系数和介电损耗小，高频特性优良，共聚PP介电损耗更小。PP不吸水，电绝缘性能不会受环境湿度的影响，加之PP耐热性能优良，适合于制作电线电缆、电器外壳等产品，在电气工业中得到广泛应用，但由于PP低温脆性的影响，其在绝缘领域的应用远不如PE和PVC。
（4）热性能
PP具有良好的耐热性，可在100 ℃以上使用，平均分子量在8万～15万的PP，熔点为164～170 ℃，长期使用温度达100～120 ℃；没有外部压力作用时，在150 ℃也不变形，具有良好的耐热性。PP的耐沸水、耐蒸汽性良好，特别适用于制备医用高温蒸煮消毒设备。PP的热导率为0.15～0.24 W/（m·K），小于PE，是很好的绝热保温材料。
（5）耐化学药品性
PP具有很好的耐化学腐蚀性。除具有强氧化性的酸、碱、盐以外，在100 ℃以下，无机酸、碱、盐的溶液对PP几乎无破坏作用。室温时，PP在发烟硫酸、浓硝酸和氯磺酸中不稳定，对次氯酸盐、过氧化氢等只有在浓度和温度较低时才稳定。PP不溶于有机溶剂中，在非极性的脂肪烃、芳烃中，PP能逐渐软化或溶胀。温度提高，溶胀增加明显。PP对极性有机溶剂十分稳定，在醇、酚、醛和大多数羧酸中都不会溶胀。在卤代烃中易溶胀，甚至超过非极性溶剂。在高温下可溶于四氢化萘、十氢化萘和1,2,4-三氯代苯。
（6）环境性能
由于主链上叔碳原子的氢易氧化，PP的耐候性较差，对热、光、氧的稳定性比PE要差。PP在热、光、氧的作用下，易发生氧化降解，首先生成氢过氧化物，然后分解成羰基，导致主链断裂，生成低分子化合物，使得PP力学强度大幅度下降。随着降解程度的增加，PP最终可以变成粉末状。PP分解生成的羰基化合物强烈地吸收紫外线，加速PP的降解。波长为290～400nm的紫外线对PP的破坏作用最强，羰基对290～325nm波段最敏感，阳光中的紫外线正好是290nm。PP抵御阳光的能力很弱，在阳光下放置半个月即出现脆性，使用中必须加入抗氧剂和紫外线吸收剂。
（7）加工性能
PP熔融温度较高，熔融范围窄，熔体黏度比较低，是一种比较容易加工的树脂。提高压力和温度都可以改善PP的熔体流动性，但以提高压力较为明显。PP的吸水率较低，在成型加工前不需干燥。PP成型收缩率较大，一般在1%～5%，且有明显的后收缩性。在加工过程中易发生取向。PP一次成型优良，几乎所有的成型加工方法都适用，其中最常用的是注射成型和挤出成型。
（8）其他性能
PP极易燃烧，氧指数只有18左右，欲提高其阻燃性能，需加入大量的阻燃剂才有效果，可采用磷系阻燃剂和含氮化合物、氢氧化铝或氢氧化镁等并用。PP氧气透过率较大，可用表面涂敷阻隔层或多层共挤改善。PP透明性较差，可加入成核剂来提高其透明性。
生产
丙烯聚合反应属于配位聚合。PP生产工艺有溶液法、淤浆法、本体法、气相法以及本体-气相法组合。从20世纪80年代开始，新建装置基本上都采用本体法和气相法工艺，特别是本体法工艺发展速度很快。
（1）溶液法
溶液法生产工艺是早期用于生产结晶PP的工艺路线，由Eastman公司所独有。该工艺采用一种特殊改进的催化剂体系锂化合物（如氢化锂铝）来适应高的溶液聚合温度。催化剂组分、单体和溶剂连续加入聚合反应器，未反应的单体通过对溶剂减压而分离循环。额外补充溶剂来降低溶液的黏度，并过滤除去残留催化剂。溶剂通过多个蒸发器而浓缩，再通过一台能够除去挥发物的挤压机而形成固体聚合物。固体聚合物用庚烷或类似的烃萃取进一步提纯，同时也除去无定形PP，取消使用乙醇和多步蒸馏的过程，主要用于生产一些与浆液法产品相比模量更低、韧性更高的特殊牌号产品。溶液法工艺流程复杂，且成本较高，聚合温度高，加上由于采用特殊的高温催化剂使产品应用范围有限，目前已经不再用于生产结晶PP。
（2）淤浆法
淤浆法是世界上最早用于生产PP的工艺技术。从1957年具备第一套工业化装置开始一直到20世纪80年代中后期，淤浆法工艺在长达30年的时间里一直是最主要的PP生产工艺。典型工艺主要包括意大利的Montedison工艺、美国Hercules工艺、日本三井东压化学工艺、美国Amoco工艺、日本三井油化工艺以及索维尔工艺等。这些工艺的开发都基于当时的第一代催化剂，采用立式搅拌釜反应器，需要脱灰和脱无规物，因采用的溶剂不同，工艺流程和操作条件有所不同。近年来，人们对该方法进行了改进，改进后的生产工艺使用高活性的第二代催化剂，可删除催化剂脱灰步骤，减少无规聚合物的产生，用于生产均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物产品等。
（3）本体法
本体法工艺按聚合工艺流程，可以分为间歇式聚合和连续式聚合两种工艺。
①间歇本体法：间歇本体法PP聚合技术是我国自行研制开发成功的生产技术。该工艺优点是生产工艺技术可靠，对原料丙烯质量要求不是很高，所需催化剂国内有保证，流程简单，投资少、收效快，操作简单，产品牌号转换灵活、三废少等。该工艺缺点是生产规模小，装置手工操作较多，自动化控制水平低，产品质量不稳定，原料的消耗定额较高等。目前，我国采用该法生产的PP生产能力约占全国总生产能力的24%。
②连续本体法：主要包括美国Rexall工艺、美国Phillips工艺以及日本Sumitimo工艺。
Rexall本体聚合工艺是介于溶剂法和本体法工艺之间的生产工艺，由美国Rexall公司开发成功，采用立式搅拌反应器，用丙烷含量为10%～30%（质量分数）的液态丙烯进行聚合。在聚合物脱灰时采用己烷和异丙醇的恒沸混合物为溶剂，简化了精馏的步骤，将残余的催化剂和无规PP一同溶解于溶剂中，从溶剂精馏塔的底部排出。该公司与美国El Paso公司组成的联合热塑性塑料公司，开发了被称为“液池工艺”的新生产工艺，采用Montedison-MPC公司的HY-HS高效催化剂，取消了脱灰步骤，进一步简化了工艺流程。特点是以高纯度的液相丙烯为原料，采用HY-HS高效催化剂，无脱灰和脱无规物工序。采用连续搅拌反应器，聚合热用反应器夹套和顶部冷凝器撤出，浆液经闪蒸分离后，单体循环回反应。
Phillips工艺由美国Phillips石油公司于20世纪60年代开发。特点是采用独特的环管式反应器，这种结构简单的环管反应器具有单位体积传热面积大、总传热系数高、单程转化率高、流速快、混合好、不会在聚合区形成塑化块、产品切换牌号的时间短等优点。可以生产宽范围熔体流动速率的聚合物和无规聚合物。
Sumitimo工艺由日本Sumitimo（住友）化学公司于1974年开发成功。基本上与Rexall本体法相似，但Sumitimo本体法工艺包括除去无规物及催化剂残余物的一些措施。通过这些措施可以制得超聚合物，用于某些电气和医学用途。Sumitimo本体法工艺使用SCC络合催化剂（以一氯二乙基铝还原四氯化钛，并经过正丁醚处理），液相丙烯在50～80 ℃、3.0 MPa下进行聚合，反应速率高，聚合物等规指数也较高，还采用高效萃取器脱灰，产品等规指数为96%～97%，产品为球状颗粒，刚性高，热稳定性好，耐油及电气性能优越。
（4）气相法
目前工业上普遍应用的气相法工艺主要有Univation公司的Unipol工艺、BP公司的Innovene工艺和Basell公司的Sphefilene工艺。气相法工艺主要特点是采用独特的接近活塞流的卧式搅拌床反应器。用这种独特的反应器，因颗粒停留时间分布范围很窄，可以生产刚性和抗冲击性非常好的共聚物产品。这种接近平推流的反应器能避免催化剂短路。当有乙烯存在时，可以生成大颗粒共聚物，而不是在均聚物颗粒内生成细粉，这些细粉将降低共聚物的低温冲击强度，并形成不必要的胶状体。因此，气相法工艺很窄的反应停留时间分布可以实现用多个全混反应釜均聚反应器才能生产的高抗冲共聚物的要求。另外，由于这种独特的反应器设计，气相法工艺的产品过渡时间很短，理论上产品的过渡时间要比连续搅拌反应器或流化床反应器短2/3，因而产品切换容易，过渡产品很少。
（5）本体-气相法组合
该工艺主要包括巴塞尔公司的Spheripol工艺、日本三井化学公司的Hypol工艺、北欧化工公司的Borstar工艺等。
Spheripol工艺由巴塞尔（Basell）聚烯烃公司开发。Spheripol工艺是一种液相预聚合同液相均聚和气相共聚相结合的聚合工艺，工艺采用高效催化剂，生成的PP粉料粒度呈圆球形，颗粒大而均匀，分布范围可以调节，既可宽又可窄。可以生产多用途的各种产品。其均聚和无规共聚产品的特点是净度高，光学性能好，无异味。
Hypol工艺由日本三井化学公司于20世纪80年代初期开发成功，采用HY-HS-II催化剂（TK-II），是一种多级聚合工艺。它把本体法丙烯聚合工艺的优点同气相法聚合工艺的优点融为一体，是一种不脱灰、不脱无规物能生产多种牌号PP产品的组合式工艺技术。
Borstar工艺是1998年开发成功的PP新型生产工艺，该工艺源于北星双峰聚乙烯工艺，其基本配置是采用双反应器即环管反应器串联气相反应器生产均聚物和无规共聚物，再串联一台或两台气相反应器生产抗冲共聚物，这取决于最终产品中的橡胶含量，如生产高橡胶相含量的抗冲共聚物则需要第二台气相共聚反应器。
应用
PP树脂具有许多优良特性，并易于通过共聚、共混、填充、增强等工艺措施进行性能改进，因此其能将韧性、挺性、耐热性等性能结合起来，加上原料来源广、价格低廉，聚丙烯的应用范围日益扩大。目前，聚丙烯已被广泛应用到化工、化纤、建筑、轻工、家电、包装、农业、国防、交通运输、民用塑料制品等各个领域，在市场上占有越来越重要的地位。
（1）PP拉丝制品在工业产品包装中的应用
PP拉丝制品主要有编织袋、扁丝、篷布和绳索等，它所消耗的PP树脂在我国一直占很高的比例，主要用于粮食、化肥、水泥以及糖、盐等工业品包装。PP拉丝级产品的发展一方面向大型、重型化包装袋发展，另一方面向低克度、小包装袋方向发展。
（2）PP薄膜制品在食品包装领域中的应用
食品包装是PP薄膜最大的终端消费市场，PP薄膜性能满足塑料薄膜包装材料的强度、阻隔性、稳定性、卫生性和商品经济性要求，而且PP薄膜的透明性、光泽、耐热性、刚性和耐穿刺等性能均比聚乙烯薄膜优越。PP膜主要有BOPP（双向拉伸聚丙烯）膜、CPP（聚丙烯流延）膜、IPP（聚丙烯吹胀）膜等，其中BOPP膜用量最大。BOPP薄膜是一种结晶型聚合物产品，在各种塑料薄膜中属于高档膜，价格适中，广泛用于食品软包装、彩印、服装等领域。
（3）PP挤出成型制品在建筑领域中的应用
PP挤出制品主要是PP管材，包括均聚丙烯（PP-H）、嵌段共聚丙烯（PP-B）和无规共聚聚丙烯（PP-R）等管材。PP管材具有耐高温、管道连接方便（热熔接、电熔接、管件连接）、可回收利用等特点，主要应用于农田输水系统、建筑物给水系统、采暖系统以及化工管道系统等。
（4）PP注塑制品在汽车、家电中的应用
PP注塑制品在汽车中使用最多的是保险杠、燃油箱和汽车仪表板等。在家电行业中，洗衣机生产是PP用量较集中的行业之一，洗衣机的内桶、盖板、底座、涡轮均由聚丙烯制得。
（5）PP纤维制品在医疗、化工、土工布等领域的应用
在医疗卫生行业中，PP无纺纤维使用范围主要包括婴儿尿布、妇女卫生用品以及医用纱布垫、绷带、睡衣和被单等。在过滤设备行业中，由于PP具有密度低、纤维的表面积比其他纤维高而且耐化学品腐蚀的特点，所以适用于做各种过滤器和工业擦净器。在土工布行业中，因为土工布必须能耐机械和化学侵蚀以及防霉、防腐烂和耐土壤和气候变化效应，而PP纤维正好能满足这些需求。在烟用丝束行业中，PP纤维用于制造香烟的过滤材料。
此外，在印刷方面，PP可用于塑料印刷，印刷出的画面特别光亮、色泽鲜艳、美观。在农业、渔业方面，PP可用来制作温室的气蓬、地膜、蘑菇培养瓶、渔网、渔具等。在日常生活用品方面，PP可以制作家具，如桌、椅、板凳、菜篮，家用卫生设备，如箱、盆、桶、浴盆、盛水器等，还可用于制作各种其他挤出或注射塑料制品。PP树脂在现代化建设和现代生活中起着十分重要的作用。
发展史
1953年，德国化学家齐格勒采用TiCl4和金属烷基化合物作为聚烯烃聚合的催化剂，1954年意大利纳塔教授在此基础上，将TiCl4改为TiCl3，与Al（C2H5）2Cl组成络合催化剂，成功地合成了高分子量、高结晶性、高熔点、立构规整的PP，创立了定向聚合理论，具有划时代的意义。1957年，意大利的Montecatini公司建立了第一套5000t/d的聚丙烯装置。1957年，美国赫格里斯（Herculess）建立一套9000t/d聚丙烯的生产装置。其他实现工业化生产的国家有西德（1958）、法国（1960）、日本（1962）。我国1962年开始研究聚丙烯，1972年实现工业化，20世纪90年代中后期，国产环管工艺实现工业化，21世纪初国产环管二代工艺取得突破。