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聚丙烯改性及應(yīng)用

時(shí)間:2006-07-27
關(guān)鍵詞:聚丙烯 改性 應(yīng)用

一、聚丙烯的化學(xué)改性

1、共聚改性
共聚是化學(xué)改性的重要手段。除前面丙烯與乙烯單體共聚外,丙烯還可以與氯乙烯、丙烯酸等單體共聚,還可以在PP主鏈上接枝上化學(xué)結(jié)構(gòu)與主鏈完全不同的聚合物鏈段,稱之為接枝共聚。
如果接枝的聚合物帶有極性基團(tuán),可以改善PP的粘接特性,以致于在熔融后能牢固地與聚酰胺(尼龍)、金屬、玻璃、木材、紙等材料粘合在一起。日本石油化學(xué)公司的QF305就是可用于PA/PP復(fù)合膜(管)的粘合性樹脂,QF500和QF551則可用于EVOH(乙烯—乙烯醇共聚物,阻隔性極好)/PP復(fù)合膜(板)的粘合。
近年來,國外研究改性PP已經(jīng)成為開發(fā)新的PP材料的熱點(diǎn),特別是PP嵌段共聚物的發(fā)展尤為迅速。嵌段共聚物與等規(guī)PP相比,低溫性能優(yōu)良,耐沖擊性好;與等規(guī)PP和各種熱塑性高聚物的共混物相比,剛性降低不大,脆性得到改善;與HDPE相比,耐熱性高,抗應(yīng)力開裂性好,表面硬度高,收縮率低,抗蠕變性較好。
2、接枝改性
PP是非極性聚合物,通過接枝改性可賦予PP以極性,從而改進(jìn)PP的粘接性、涂飾性、油墨印刷性。接枝后的即可作為擠出復(fù)合膜的粘接層、熱熔膠,也可作為PP與各種極性聚合物如PA等共棍用的相容劑。
在PP分子鏈上接枝彈性鏈段有助于提高PP沖擊強(qiáng)度和低溫性能。如果接枝上適當(dāng)?shù)臉O性基團(tuán),則可以改善PP的粘接特性。以PP為基材的極性支鏈接枝共聚物不僅在強(qiáng)度特性、耐藥品性、耐侯性等方面保持即的基本特性,而且在熔融后能牢固地與聚酰胺、乙烯-乙烯醇共聚物、金屬、玻璃、木材、紙等粘接,在老化、水浸漬、沸水處理、蒸煮處理方面,可顯示優(yōu)良的耐持久性。
如果在PP主鏈上通過化學(xué)反應(yīng)接枝上氯(Cl)或其它極性基團(tuán),同樣可以改變PP的極性。近年來馬來酸酐、丙烯酸等接枝聚丙烯已商品化,獲得很多應(yīng)用。
3、交聯(lián)PP
PP的交聯(lián)方法與PE基本上一樣,有化學(xué)交聯(lián)和輻射交聯(lián)。但對(duì)于PP,輻射交聯(lián)的同時(shí)降解也十分嚴(yán)重,因此輻射交聯(lián)的效果很有限,所以一般采用化學(xué)交聯(lián)。通過交聯(lián)可以提高PP的力學(xué)性能和耐熱性能。

二、聚丙烯的物理改性

1、填充改性
    填充改性是在塑料中添加相對(duì)廉價(jià)的非金屬礦粉體材料或其它材料,從而降低制品的原材料成本,同時(shí)還可以改善塑料材料某些性能,比如剛性、硬度和耐熱性等。通常使用的非礦粉體材料有碳酸鈣(輕鈣、重鈣)、滑石粉、云母粉、高嶺土、硅灰石粉、氫氧化鋁、氫氧化鎂或水鎂石粉、沉淀硫酸鋇或重晶石粉等。表1列出幾種主要填充材料及在聚丙烯塑料中的改性效果。

表1 幾種主要填料及對(duì)PP改性效果

填料種類

改性效果

碳酸鈣(重鈣、輕鈣)

增量降低成本、提高抗沖擊性能、改善印刷性

滑石粉(片狀)

增量降低成本、提高剛性和耐熱性、提高尺寸穩(wěn)定性

云母粉(片狀)

顯著提高剛性和耐熱性,提高尺寸穩(wěn)定性和耐高溫蠕變性

煅燒高嶺土

提高電絕緣性

硅灰石(針狀)

有一定增強(qiáng)效果、提高表面硬度

沉淀硫酸鋇(重晶石粉)

提高制品表面光澤、增大材料密度

氫氧化鋁、氫氧化鎂(水鎂石粉)

作為阻燃劑使用,達(dá)到填充、阻燃、消煙三重效果

炭黑

制作導(dǎo)電塑料,達(dá)到永久抗靜電效果,提高耐光照老化性

金屬粉末

制作導(dǎo)電塑料,達(dá)到永久抗靜電效果

木粉

降低成本、有利資源再生利用

石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯

提高潤(rùn)滑性、減小摩擦力

    填充改性中也存在填料在聚丙烯基體中的分布、分散是否均勻的問題,同時(shí)填料顆粒表面需經(jīng)適當(dāng)處理才能與非極性聚丙烯的分子有較好的親合性。填料的表面處理方法及處理劑的選擇是決定填充改性成敗的關(guān)鍵。
填充改性PP生產(chǎn)工藝,其主機(jī)都是混煉型擠出機(jī),可以根據(jù)不同的需要采用不同的螺桿形式。通常情況下多采用單螺桿擠出機(jī)或雙波狀螺桿擠出機(jī)或雙波狀螺桿擠出機(jī),只有在特殊專用料的生產(chǎn)上采用雙螺桿機(jī)擠出機(jī),不過對(duì)用碳酸鈣填充或滑石粉填充、選用單螺桿或雙波狀螺桿擠出設(shè)備完全可以實(shí)現(xiàn)。
2、共混改性
    采用機(jī)械的辦法,在已經(jīng)生成的聚合物中加入其它聚合物,使其性能發(fā)生變化稱之為共混改性。 以聚丙烯為主體的共混改性可以達(dá)到的各種效果見表2。
表2 PP共混改性使用的添加物及改性效果

改性效果

改性用添加物

提高抗低溫沖擊性

乙丙橡膠、EPDM、POE、EVA、SBS

提高透明性

LDPE、乙丙橡膠、POE

提高著色性

聚酰胺、聚氨酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚酯、聚偏二氯乙烯

提高氣密性(氣體阻隔性)

聚酰胺、聚偏二氯乙烯

改進(jìn)抗靜電性

聚乙烯醇

    在共混改性中必須注意不同聚合物之間的相容性,在相容性較差的兩種聚合物共混時(shí),往往需要加入分別和兩種聚合物相容性都好的第三組分,稱之為相容劑。例如聚丙烯和尼龍-6的相容性極差,單*機(jī)械的力量不能把二者混勻,此時(shí)如加入少許已經(jīng)接枝有順丁烯二酸酐的聚丙烯,由于順丁烯二酸酐與尼龍-6的酰胺基團(tuán)可發(fā)生化學(xué)反應(yīng),就可以大大改善聚丙烯和尼龍-6的相容性。
    共混改性中需注意的是只有形成不完全相容的多相體系,同時(shí)又能使兩種聚合物達(dá)到相互均勻分散時(shí),才能達(dá)到預(yù)期的改性效果。
3、增強(qiáng)改性PP
    纖維狀材料加入到塑料中,可以顯著提高塑料材料的強(qiáng)度,故稱之為增強(qiáng)改性。大徑厚比的材料可以顯著提高塑料材料的彎曲模量(剛性),也可以將其稱之為增強(qiáng)改性。
    玻璃纖維是主要的增強(qiáng)材料,可以顯著提高PP塑料的拉伸強(qiáng)度。玻纖含量一般不超過40%,一般認(rèn)為在纖維長(zhǎng)度大于0.2mm時(shí)有改性效果,其玻纖的直徑在十幾個(gè)微米時(shí)效果較好。玻纖含量增大時(shí),增強(qiáng)PP的加工流動(dòng)性相應(yīng)下降,但仍屬流動(dòng)性較好的塑料。
    由于玻纖增強(qiáng)PP可以提高機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性,且玻纖增強(qiáng)PP的耐水蒸汽性、耐化學(xué)腐蝕性和耐蠕變性都很好,在許多場(chǎng)合可以作為工程塑料使用,如風(fēng)扇葉片、暖風(fēng)機(jī)格柵、葉輪泵、燈罩、電爐和加熱器外殼等等。
4、納米改性PP
    近年來,隨著填料粒子的表面處理技術(shù),特別是填料粒子的超微細(xì)化開發(fā)和應(yīng)用,聚合物的填充改性已經(jīng)從最簡(jiǎn)單的增量增強(qiáng)轉(zhuǎn)到增韌增強(qiáng)上來;從單純注重力學(xué)性能的提高,轉(zhuǎn)到開發(fā)功能性復(fù)合材料上來。
    與傳統(tǒng)的PP共混相比,納米PP復(fù)合材料具有更好的剛性,保持了良好的低溫沖擊性能。填充5%的納米填料與填充25%的滑石粉達(dá)到相當(dāng)?shù)膭傂?,而PP納米復(fù)合材料還具有尺寸穩(wěn)定性高,較低的熱膨脹率。用納米硅基氧化物改性的PP可以代替PA6,且其電阻率、吸水率、屈撓度、剛性均達(dá)到或超過PA6標(biāo)準(zhǔn)值。無機(jī)納米粒子填充聚合物日前正成為各國研究開發(fā)的熱點(diǎn)。