聚丙烯的改性

聚丙烯及聚丙烯的改性郭萍一、聚丙烯简介聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。聚丙烯由于其力学性能优异，耐热性好，耐应力开裂性和刚性优异，且易于加工成型，具有广泛的应用价值，但是其韧性较差，尤其是在低温下易脆断，对缺口敏感，因此应对聚丙烯进行改性。聚丙烯作为通用热塑性塑料中增长最快的品种，在经济建设和人民生活中的地位日益重要，在汽车工业、家用电器、电子、包装及建材、家具等方面具有广泛的应用。聚丙烯塑钢纤维产品主要以聚丙烯和聚乙烯为原材料，经过特殊工艺加工而合成，结合了钢纤维和塑料合成纤维两者的优点，主要用来代替在混凝土面板结构中的焊接金属网格和钢纤维。聚丙烯薄膜在塑料制品中包装材料占有极其重要的位置，据统计，世界用于包装领域的塑料约占塑料总消费量的35%。聚丙烯薄膜具有高线速、延伸性、透明性好等优点。聚丙烯管材早期，聚丙烯管材主要用作农用输水管，但是由于早期产品性能还存在一些问题（抗冲击强度、耐老化性能较差），市场未能打开。据报道，目前韩国开发出一种耐高压给水管用无规共聚聚丙烯PP-R112新牌号，使用该牌号生产的管材可在20℃和11.2MPa的超高压状态下使用50年。二、聚丙烯物理改性物理改性是在聚丙烯基体中加入其他的无机材料、有机材料、其他塑料品种、橡胶品种、热塑性弹性体,或一些有特殊功能的添加助剂,经过混合、混炼而制得具有优异性能的聚丙烯复合材料。２.１填充改性在聚丙烯中加入一定量的无机填料、有机填料来提高制品的某些性能,并能降低材料成本。填充聚丙烯的无机填料常用:云母粉、硅酸钙、滑石粉、硅灰石、炭黑、石膏、赤泥、立德粉、硫酸钡等,常用的有机填料有:木粉、稻壳粉、花生壳粉等。硅酸钙填充聚丙烯可以降低制品成本,提高刚性、耐热性和尺寸稳定性,但无机极性化合物CaCO3与非极性高聚物PP之间缺乏柔合性,界面粘合性很差。云母填充聚丙烯具有高模量、不翘曲、尺寸稳定、热变形温度高和电性能优良等特点。云母填充聚丙烯的性能与其配比、混合工艺、偶联剂种类、云母粒度等因素有关。一般云母的添加量在40%以下为好；云母的粒径在300目以上为好；钛酸酯偶联剂用量为云母的3%左右为好；硅烷偶联剂可适当少些；用丙烯酸表面处理剂时，用量可加大到5%-10%；云母的种类对复合材料的热性能、力学性能关系不大；云母的长径比越大,增强效果越好。硅灰石的主要成分是硅酸钙,组成均匀,成本低,硅灰石填充聚丙烯后对复合材料的拉伸强度有所降低,但对于常温和低温下的缺口冲击强度有所提高。硅灰石的填充有助于克服聚丙烯对缺口敏感性的弱点,用硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂处理硅灰石,能有效地提高复合材料的力学性能。用有机填料木粉、玉米棒芯时，应选择长径比大于15的为好,这样可改善韧性和负荷畸变度。使用填料填充聚丙烯时,虽然在一定程度上可以改善聚丙烯的刚性、热变形温度、尺寸稳定性等,但往往使冲击强度降低。填充改性的发展趋势是：用极细的粒状填料均匀地分散在聚丙烯中；开发表面处理剂,不仅起到偶联剂作用,还具有分散剂、增湿剂、降粘剂、成型加工助剂、增加韧性等作用。２.２增强改性增强改性聚丙烯可以取代工程塑料,所选用的增强材料有玻璃纤维、石棉纤维、单晶纤维和铍、硼、碳化硅等。用碳纤维增强聚丙烯与用玻璃纤维增强聚丙烯比较具有力学性能好、在湿态下的力学性能保留率好、导热系数大、导电性大、蠕变小、耐磨耗性好等优点，其用量正在不断增长。为此,人们正在不断地研究和开发碳纤维增强树脂。２.３共混改性共混改性是指用其他塑料、橡胶、或热塑性弹性体与聚丙烯共混,填入聚丙烯中较大的晶球内，以此改善聚丙烯的韧性和低温脆性。三、化学改性化学改性是指通过接枝、嵌段共聚,在聚丙烯大分子链中引入其他组分；或是通过交联剂等进行交联；或是通过成核剂、发泡剂进行改性，由此赋予聚丙烯较高的抗冲击性能，优良的耐热性和抗老化性。３.１共聚改性采用乙烯、苯乙烯单体和丙烯单体进行交替共聚，或在聚丙烯主链上进行嵌段共聚，或进行无规共聚，这样可提高聚丙烯的性能。如在聚丙烯主链上，嵌段共聚2%～3%的乙烯单体，可制得乙丙橡胶共聚物，属于一种热塑性弹性体，同时具有聚乙烯和聚丙烯两者的优点，可耐-30℃的低温冲击。３.２交联改性聚丙烯的交联早已在工业上应用，但由于聚丙烯结构的原因，交联困难。交联是为了改善形态稳定性、耐蠕变性，提高强度和耐热性以及熔体强度，缩短成型周期。聚丙烯交联的方法可采用有机过氧化物交联、氮化物交联、辐射交联、热交联。聚丙烯经交联后，既同时具有热可塑性、硬度高、良好的耐溶剂性、高弹性和优良的耐低温性能。３.３接枝改性聚丙烯树脂中加入接枝单体，在引发剂作用下，加热熔融混炼而进行接枝反应。接枝反应机理大致为：首先是引发剂在加热时，分解生成活性游离基与接枝单体接触时，使之不稳定链打开，生成聚丙烯游离基再进行链转移反应而终止。在聚烯烃大分子上利用化学方法接枝马来酸酐，其目的是在非极性的大分子骨架上引入极性基团，称为聚烯烃的官能化。四、改性技术新进展反应挤出共混技术：将高分子化学反应与各组分的共混挤出工艺有机地结合在一起的连续过程即是反应挤出技术。反应挤出技术可使聚丙烯这种非极性聚合物获得极性。各种改性技术的复合化：单纯使用单元技术也有局限性,往往是提高单项性能如冲击韧性的同时,使其它性能如刚性大幅度下降。为此,聚丙烯改性正进入这些单项技术配合起来运用的复合化阶段。相容技术：相容剂技术是塑料合金开发研究的核心。由于赋予聚丙烯以极性,所以能够与更多极性聚合物共混制成实用合金。几乎所有常见的大品种树脂与聚丙烯皆不相容,因此适用于制备聚丙烯合金的界面相容剂的开发是聚丙烯高性能化的重要途径。