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高性能聚丙烯改性材料的开发及应用(上)

2025/4/23 23:18:47发布45次查看
一 聚丙烯(pp)的特性
电饭煲上用到的大部分塑料材料主要是通过聚丙烯改性而得到的。
pp是五大通用塑料之一,自1957年实现工业化生产以来,已有五十多年的历史。近年来特别在汽车、家具、家电、包装等领域的使用正在快速增长。pp是为了取代abs而进入家电行业的,pp具有化学稳定性好、无毒且可以高温消毒,适用于家庭用品和医疗器械等;在通用塑料中,pp密度最低,只有0.9g/cm3,而且pp的力学性能优异,有较高的屈服强度、拉伸强度、表面硬度和弹性模量等,并具有较好的耐热性能,均聚pp的熔点高达165℃,可以在100-120℃的环境下长期使用;pp是半结晶性聚合物,通过加入成核剂或双向拉伸后,制品具有很好的透明性能,非常适用于做包装材料;pp还具有良好的电绝缘性、易加工成型、价格低廉等优点。但是pp低温性脆,耐寒性能差,制品收缩率大,尺寸稳定性差,耐候性能差;由于其分子链的非极性,抗静电性能及与其它极性聚合物、无机物的相容性差。总体来说,pp的优点和缺点都十分突出,国内外科技人员对pp的应用进行了大量的研究,通过改性技术,优化pp的性能,各种性能优良的pp改性材料不断地开发出来。
二 聚丙烯的改性技术
聚丙烯改性的方法非常多,根据结构的变化可以分为化学改性和物理改性。
化学改性是指通过共聚、接枝等方法在pp分子链中引入其它组分,或通过加入交联剂进行交联改性,赋予pp较高的抗冲击性能、耐低温性能、耐老化性能等。
1 共聚改性
在pp的合成阶段,加入乙烯或其它的单体进行无规、交替或嵌段共聚,这样可以改善pp某方面的性能,如加入少量乙烯无规共聚的pp,显著降低了pp的熔点,改善了pp的低温性能和抗冲击性能,提高了透明性,一般无规共聚物中,乙烯含量每提高1%,共聚物熔点降低5℃;montell公司结合无规共聚物的透明性和高流动共聚物的抗冲击性,开发了满足-40℃下冲击性能和透明度要求的产品。又如在pp链上,嵌段共聚2-3%的乙烯单体,可制备乙丙橡胶,这是一种热塑性弹性体,可耐-30℃的低温冲击。但是共聚乙烯后,pp的刚性和高温性能变差。另外,pp还可以用苯乙烯、环烯等进行共聚改性。
2 接枝改性
接枝改变了分子链的结构,使pp的物理和化学性质发生了根本的变化,在pp上进行接枝的方法很多,包括熔融法、溶液法、固相接枝法等。比如熔融法是在引发剂的作用下,在pp树脂中加入接枝单体,加热熔融,在混炼过程中进行接枝反应,通常接枝极性低分子,如马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸酯等,在非极性的pp链上引入极性基团,可以大大改善pp与极性聚合物和无机物的相容性。这一类pp接枝物主要用于pp与其它高聚物和无机物共混所需要的相容剂和偶联剂;另有氯化聚丙烯是在pp分子链上接枝-ci基团的改性pp,其耐磨性、耐老化性和耐酸性都较好,已成为聚丙烯化学改性的重要产物之一。
3 交联改性
交联的目的是为了改善高分子链的聚集形态的稳定性,提高力学性能、耐热性能、耐蠕变性、熔体强度,pp交联可以采用有机过氧化物交联、氮化物交联、辐射交联、热交联等方法。pp交联后能获得较高的硬度、较好的耐溶剂性能和优良的耐低温性能。但由于pp本身结构的原因,pp发生交联比较困难。
物理改性是指以pp为基材,配以其它的聚合物、无机材料以及特殊功能的助剂,经过混合、混炼而制得具有特定性能的pp复合材料。物理改性可分为填充、增强、共混和成核改性等。
1 填充改性
为了降低材料成本,在不影响pp的总体性能,而提高pp某一方面性能的前提下,在pp中加入其它廉价的材料,如碳酸钙、滑石粉、硅灰石、云母、硫酸钡、木粉等。有关填充改性的研究很多,工业应用的领域也非常广泛。填料填充pp,可以改善pp的刚性、热变形温度和尺寸稳定性,但其它力学性能会受到影响,特别是冲击强度降低。但是随着表面改性技术和纳米技术的运用,填充改性技术正在向增强增韧方向发展。在pp中添加大量的氢氧化镁或氢氧化铝等还可以开发阻燃pp材料。
2 增强改性
pp增强改性中所用的材料有玻璃纤维、石棉纤维和各种纤维或片状矿物,如针状或片状滑石粉、针状硅灰石、片状云母等,增强改性的pp具有优良的力学性能和耐热性能,因此可以取代某些工程塑料。
3 共混改性
pp的共混改性是指pp和其它塑料、橡胶或热塑性弹性体,并加入一定的助剂,在一定温度和剪切力的作用下掺混,形成宏观上均匀的、力学、光学或热学性能得到改善的新材料的过程。比如与橡胶共混可以改善pp的低温抗冲击性能,与低密度聚乙烯共混可以改善pp的透明性能,与聚乙烯醇共混可以改善pp的抗静电性能等等,这些共混物也称高分子合金,在发达国家市售的pp中80%以上为共混材料,因此发展前景非常广阔。
4 成核改性
在pp中添加成核剂是pp改性简单而有效的方法。pp具有多晶型结构,在不同的结晶条件下可以生成α、β、γ、δ和拟六方五种晶体形态,最常见的是单斜晶系的α型和六方晶系的β型。如添加山梨醇类成核剂可以提高pp的透明性和刚性,添加有机磷类成核剂可以显著提高pp的热变形温度,添加β类成核剂有利于β晶型的形成,增强效果明显。成核剂的加入,大大提高了pp的结晶温度,细化了结晶的颗粒,综合提高pp的使用性能。成核改性方法具有成核剂加入量少,成本低,工艺简单,效果明显等特点,近年来成为pp改性的热点。
改性技术使得pp高性能化、工程材料化成为可能,在实际pp新材料开发过程中,一般多种改性技术配合使用以达到最优的性价比。国内外对pp改性进行了的大量研究,pp的应用领域在不断地拓展,目前已成为用量仅次于聚乙烯的通用塑料。
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