聚丙烯改性及其应用

国民经济各行业的快速发展，对材料的需求日新月异，这不仅表现在需求量上，同时也表现在对性能的需求上，即对材料的性能要求也越来越高。因此提高材料性能是科技工作者以及企业家都在进行大力研究的课题。具有崭新性能的新材料层出不穷，是很多国家大力发展的产业之一。
塑料是新材料发展的重要分支，其对于新材料的重要性已被大家认识。塑料新材料的研究与发展很快，特别是工程塑料、功能塑料、精细塑料等更是以惊人的速度发展。据统计，2021年世界塑料总产量已达3.76亿吨。我国塑料工业发展速度也很快，自2018年起已连续三年塑料产品的年产量超过了8000万吨，年均增长率达10％以上。其中日用塑料、农业用和各种包装用塑料年消费量达6000万吨以上，而这些塑料制品对材料的性能要求不高，技术含量低，附加值低。随着汽车、家电、电子通信、交通运输的快速发展，对高性能塑料材料的需求急剧加大。所以我国目前也正在调整塑料产业结构，向高技术含量、高附加值产品转移。其中，改性塑料专用料占有重要位置。
据统计，目前国内汽车、家电、通信、高档工具等对各种改性塑料专用料的需求量很大。首先是汽车，汽车用塑料量约占整个车身质量的15％，2021年我国汽车对改性塑料专用料的需求量达600万吨以上；其次是家电，目前各种家电产品中都使用了塑料专用料，如冰箱、冷柜、洗衣机、空调器、电风扇以及众多小家电等，对各种改性塑料的年需求量达500万吨以上；第三是通信以及计算机等高端产品，随着通信业的发展，移动电话的用量急剧增加，年需塑料专用料达60万吨以上，电脑对塑料专用料的需求达80万吨以上；第四是各种电动工具对改性塑料专用料的年需求量约50万吨；第五，其它行业对改性塑料的年需求量约50万吨。因此我国对各种改性塑料专用料的总需求量在2020年接近1400万吨。这其中，改性聚丙烯的需求量是最大的，达500万吨以上，因此聚丙烯的改性具有重要的意义。
本书采用循序渐进的手法让读者理解聚丙烯塑料改性的原理和工艺,利用大量的实际应用案例帮助读者加深对塑料改性的理解，并在工作中加以应用。本书首先从第1章聚丙烯的发展、结构与性能着手,使读者对聚丙烯的基本知识有一个简要而系统的了解。然后第2章对聚丙烯塑料化学改性新材料的原理和设备进行了详细论述。第3章论述了聚丙烯填充与增强改性新材料的制备原理和工艺设备。第4章论述了聚丙烯共混改性新材料的制备原理和工艺路线。第5章详细论述了聚丙烯的功能化和精细化新材料的制备原理和工艺。第6章对现在国民经济各行业大量应用的聚丙烯改性新塑料进行了详细论述，同时加入了大量的应用实例,使读者阅读后马上能在实际工作中应用。本书的最大特点是系统性强和实用性强，总结了作者30多年的经验，加入了作者在塑料改性研发和产业化中投入实际应用的配方和工艺，特别是在家电、汽车、电子等领域的应用实例。作者自2005年以来作为北京石油化工学院高分子材料专业教授讲授《聚合物加工工程》课程，使用的大量内容来自本人科研和产业化应用成果。近几年经常有参加工作后的毕业生反映，学习这些内容受益匪浅。本书注重解决工程实际问题，希望能对广大读者有所裨益。
在本书的编著过程中，北京石油化工学院图书馆佟寄红馆员提供了极大帮助，作者的学生薛增增、朱宝、李星辉等给予了帮助，在此表示感谢。由于作者的局限性，书中难免存在不当之处，敬请同仁批评指正！
 
杨明山    
2022年2月于北京

杨明山，北京石油化工学院，高分子材料与工程系 系主任，北京化工大学材料学博士，中科院化学研究所博士后，曾任中国科学院理化技术研究所工程塑料研究组组长、研究员、博士生导师、学科带头人、工程塑料国家工程研究中心总工程师，海尔新材料有限公司总工程师，广东榕泰实业股份有限公司企业技术中心主任等职。现为北京石油化工学院材料科学与工程学院教授、博士生导师，特种弹性体复合材料北京市重点实验室副主任。曾多次在德国、美国、日本进行访问研究。
主要研究领域：高分子复合材料、高分子材料改性、高分子材料加工与应用、高性能电子信息材料。特别是在节能环保新材料领域研究多年，先后承担了国家、省市等多项课题，制备出环保型高性能大规模集成电路封装材料。在利用超分子原理组装出具有高性能复合材料方面具有自己的独到特色，在复合材料界面有序化组装、结构可控与精细化方面积累了丰富的经验。
先后获得省部级科技鉴定成果11项，国土资源部、山西省、广东省以及中国石油与化学工业联合会科技进步奖6项， 2008年获得“全国优秀化工科技工作者”称号，2012年获得江苏省委组织部组织的“江苏省高层次创新创业人才”称号。

本书采用循序渐进的手法让读者理解聚丙烯塑料改性的原理和工艺，利用大量的应用实例帮助读者加深对塑料改性的理解并在工作中加以应用。第1章简要介绍了聚丙烯的基本知识。第2章详细论述了聚丙烯塑料化学改性新材料的原理和设备。第3、4章介绍了聚丙烯填充与增强、共混改性新材料的制备原理和工艺路线。第5章论述了聚丙烯功能化和精细化新材料的制备原理和工艺。第6章介绍了目前各行业大量应用的聚丙烯改性新塑料，同时加入大量的实例，便于读者理解与应用。本书系统性和实用性强，涵盖了作者在研发和产业化过程中投入实际应用的配方和工艺，特别是在家电、汽车、电子等领域的应用实例。
本书主要针对塑料改性生产企业的工程技术人员以及管理人员，也适合家电、汽车、电子、通信等行业的工程技术和设计人员参考，还可供高等学校高分子材料专业高年级学生及教师使用。
 

第1章 聚丙烯的发展、结构与性能	1
　1.1 聚丙烯的发展历史及发展趋势	1
 1.1.1 发展历史	1
 1.1.2 现状分析	2
 1.1.3 发展趋势	3
　1.2 聚丙烯的结构与性能	5
 1.2.1 聚丙烯链的立体结构	5
 1.2.2 聚丙烯的晶体结构	6
　参考文献	10

第2章 聚丙烯化学改性新材料	11
　2.1 化学改性基本原理	11
 2.1.1 接枝共聚改性原理	11
 2.1.2 嵌段共聚改性原理	13
　2.2 聚丙烯共聚改性新材料	14
 2.2.1 聚丙烯共聚合催化剂的发展	14
 2.2.2 立构嵌段共聚聚丙烯	15
 2.2.3 无规共聚聚丙烯	18
 2.2.4 高合金共聚物	20
 2.2.5 三元共聚聚丙烯	21
　2.3 聚丙烯接枝改性新材料	25
 2.3.1 马来酸酐熔融接枝聚丙烯	27
 2.3.2 马来酸酐固相接枝聚丙烯	29
 2.3.3 聚丙烯接枝改性新方法	32
　2.4 聚丙烯氯化改性新材料	36
 2.4.1 氯化聚丙烯的结构、性能与应用	36
 2.4.2 聚丙烯的溶液氯化	37
 2.4.3 聚丙烯的悬浮氯化	39
 2.4.4 聚丙烯的固相氯化	40
 2.4.5 聚丙烯的水相氯化	41
　2.5 聚丙烯交联改性新材料	43
 2.5.1 辐照交联	43
 2.5.2 过氧化物交联	45
 2.5.3 硅烷接枝交联	47
　2.6 聚丙烯的控制降解	50
 2.6.1 聚丙烯控制降解原理与降解剂	50
 2.6.2 聚丙烯控制降解工艺与设备	51
　2.7 聚丙烯的表面改性	54
 2.7.1 聚丙烯表面的火焰及电晕处理	55
 2.7.2 聚丙烯表面的化学处理	55
 2.7.3 表面光接枝聚合改性	56
 2.7.4 等离子体表面改性	59
　参考文献	61

第3章 聚丙烯填充与增强改性新材料	64
　3.1 聚丙烯填充改性性能特点及发展趋势	64
　3.2 聚丙烯填充改性原理	66
 3.2.1 填充改性塑料的性能法则	66
 3.2.2 影响填充改性塑料刚性的因素分析	69
　3.3 常用填充材料	70
 3.3.1 碳酸钙	70
 3.3.2 滑石粉	71
 3.3.3 高岭土	72
 3.3.4 二氧化硅	72
 3.3.5 硅灰石与云母	73
 3.3.6 硫酸钡	74
 3.3.7 玻璃微珠	74
 3.3.8 木粉与淀粉	75
　3.4 填料的表面处理	76
 3.4.1 填料表面处理的目的、作用与发展	76
 3.4.2 填料表面的干法处理	78
 3.4.3 填料表面的湿法处理	79
 3.4.4 其它表面改性方法	80
　3.5 表面处理剂	81
 3.5.1 表面活性剂	81
 3.5.2 偶联剂	81
　3.6 聚丙烯的增强改性	85
 3.6.1 增强材料	85
 3.6.2 玻璃纤维的表面处理	89
 3.6.3 纤维增强材料的界面	91
　3.7 改性新材料种类	93
 3.7.1 碳酸钙与滑石粉填充改性聚丙烯	93
 3.7.2 玻璃微珠改性聚丙烯新材料	96
 3.7.3 其它无机粒子填充聚丙烯新材料	98
 3.7.4 玻璃纤维增强聚丙烯新材料	101
 3.7.5 晶须增强聚丙烯新材料	106
 3.7.6 纳米粒子增强聚丙烯新材料	119
　参考文献	125

第4章 聚丙烯共混改性新材料	127
　4.1 共混改性原理	127
 4.1.1 聚合物共混理论及改性技术的发展	128
 4.1.2 聚合物-聚合物相容性	129
 4.1.3 聚合物共混物的形态结构	131
 4.1.4 共混改性塑料的界面层	133
 4.1.5 共混塑料的增容	133
 4.1.6 增韧理论	135
　4.2 聚丙烯与聚乙烯的共混	138
 4.2.1 聚丙烯与低密度聚乙烯的共混改性	138
 4.2.2 聚丙烯和高密度聚乙烯的共混改性	140
 4.2.3 聚丙烯与超高分子量聚乙烯的共混改性	142
　4.3 聚丙烯与聚苯乙烯的共混	144
 4.3.1 聚丙烯/聚苯乙烯的增容	145
 4.3.2 聚丙烯/聚苯乙烯的形态结构及其演变	146
 4.3.3 聚丙烯/聚苯乙烯共混体系的结晶与熔融行为	148
 4.3.4 聚丙烯与间规聚苯乙烯的共混	149
　4.4 聚丙烯/聚氯乙烯共混改性	150
 4.4.1 超支化聚合物对聚丙烯/聚氯乙烯的增容	150
 4.4.2 聚丙烯接枝共聚物对聚丙烯/聚氯乙烯的增容	152
　4.5 聚丙烯与聚烯烃弹性体的共混改性	155
 4.5.1 聚烯烃弹性体对聚丙烯的增韧机理	156
 4.5.2 聚烯烃弹性体对聚丙烯的增韧效果	157
 4.5.3 聚烯烃弹性体对聚丙烯增韧的影响因素	158
 4.5.4 动态硫化聚丙烯/聚烯烃弹性体	165
　4.6 聚丙烯与三元乙丙橡胶的共混	167
 4.6.1 三元乙丙橡胶增韧聚丙烯的机理	167
 4.6.2 三元乙丙橡胶与聚烯烃弹性体增韧聚丙烯的对比	168
 4.6.3 动态硫化法制备聚丙烯/三元乙丙橡胶热塑性弹性体	169
 4.6.4 动态硫化聚丙烯/三元乙丙橡胶热塑性弹性体在汽车密封条上的应用	178
　参考文献	181

第5章 聚丙烯的功能化与精细化新材料	183
　5.1 聚丙烯阻燃改性新材料	183
 5.1.1 塑料的阻燃改性原理	183
 5.1.2 聚丙烯的阻燃改性	190
 5.1.3 膨胀性阻燃聚丙烯	194
 5.1.4 膨胀石墨及协效剂阻燃聚丙烯	196
 5.1.5 氢氧化铝及氢氧化镁阻燃聚丙烯	198
 5.1.6 聚丙烯的新型阻燃体系	205
　5.2 聚丙烯抗老化性改性新材料	212
 5.2.1 聚丙烯热氧老化及抗热氧老化机理	213
 5.2.2 聚丙烯抗户外光老化新材料	215
 5.2.3 纳米粒子对聚丙烯的抗老化改性	222
　5.3 聚丙烯透明改性新材料	225
 5.3.1 聚丙烯透明化原理	225
 5.3.2 聚丙烯透明成核剂种类	226
 5.3.3 聚丙烯透明成核剂的发展趋势	229
 5.3.4 聚丙烯透明成核剂的制备	230
 5.3.5 聚丙烯透明化新材料	237
　5.4 聚丙烯抗静电及导电改性新材料	242
 5.4.1 抗静电剂	242
 5.4.2 聚丙烯抗静电改性	244
 5.4.3 导电聚丙烯新材料	249
　5.5 聚丙烯抗菌改性新材料	258
 5.5.1 抗菌剂分类及特点	259
 5.5.2 银系无机抗菌剂	260
 5.5.3 纳米及光催化抗菌剂	262
 5.5.4 抗菌聚丙烯新材料的制备、性能与应用	263
　参考文献	267

第6章 现代聚丙烯新材料配方实例与应用	269
　6.1 家用电器中应用的聚丙烯改性新材料	269
 6.1.1 聚丙烯改性塑料在洗衣机中的应用	269
 6.1.2 改性聚丙烯在冰箱及空调中的应用	281
 6.1.3 改性塑料在小家电中的应用	286
　6.2 现代汽车中应用的聚丙烯改性新材料	296
 6.2.1 概述	296
 6.2.2 汽车保险杠	298
 6.2.3 聚丙烯塑料汽车保险杠的涂装工艺	307
 6.2.4 汽车仪表板用改性聚丙烯塑料	312
 6.2.5 汽车方向盘用改性聚丙烯塑料	317
 6.2.6 汽车门内板专用料	319
 6.2.7 汽车内顶板用改性聚丙烯新材料	321
 6.2.8 汽车杂物箱	322
 6.2.9 汽车冷却风扇	323
 6.2.10 汽车暖风机壳——矿物增强聚丙烯	328
 6.2.11 汽车空调系统用改性聚丙烯新材料	329
 6.2.12 汽车塑料水箱	331
 6.2.13 汽车蓄电池壳	331
　6.3 抗菌聚丙烯塑料制品制备及应用	334
 6.3.1 抗菌聚丙烯塑料键盘	334
 6.3.2 抗菌双向拉伸聚丙烯塑料薄膜	336
 6.3.3 抗菌抗静电聚丙烯纤维	337
　6.4 其它改性聚丙烯新材料及其应用	339
 6.4.1 聚丙烯泡沫塑料	339
 6.4.2 聚丙烯纤维泡沫混凝土	344
 6.4.3 低气味高流动聚丙烯复合材料	347
　参考文献	349