高耐热高韧性聚丙烯环境友好专用树脂研发-郑玉婴

《环境友好材料开发及应用》专题高耐热高韧性聚丙烯环境友好专用树脂研发2006年11月21日专题概述《高耐热高韧性聚丙烯环境友好专用树脂研发》专题系以福建省炼油化工有限公司中间产品PP为主料,以自主研发的芳纶纤维阴离子聚合尼龙6、丙烯酸丁酯（BA）原位聚合蒙脱土(MMT)、稀土类β晶型成核剂为改性剂,PP接枝马来酸酐（PP-g-MAH）作增容剂,采用原位插层聚合、阴离子聚合、熔融接枝、插层、增强和增韧多技术集成,经捏合、挤出等工艺研发而成。专题概述☆本环境友好专用树脂具有优异的耐热性、韧性和刚性等特点。☆可替代PPO、PPS和PC等进口工程塑料,广泛用于家电、汽车、机械和医疗器械等领域，符合ROHS标准的要求。☆经济、社会和环保效益显著，是一种新型高性能环境友好树脂，填补国内空白。丰富我省石化企业聚丙烯树脂专用产品种类“十一五”期间，中国两大聚烯烃巨头（中石化、中石油）将把提高合成技术及产品专用化、功能化作为聚烯烃树脂重点发展目标,专题与我省经济与社会发展的符合性省炼化公司针对目前我国通用PP饱和现状，正调整生产思路，寻找适销对路、高质量、高附加值专用料作为主导产品。专题与我省经济与社会发展的符合性高耐热芳纶纤维增强,提高聚丙烯耐热性、刚性和韧性芳纶1414具有强度高、模量高、耐热性高。阴离子聚合尼龙6的方法，实现芳纶、尼龙6与PP复合材料良好的界面粘合，使PP的耐热性和韧性大幅提高。专题与我省经济与社会发展的符合性充分利用我省丰富资源,带动山区经济发展稀土类β晶型成核剂和改性蒙脱土的研发应用，提高稀土和蒙脱土的附加值，顺应环保要求，带动山区的经济发展，应用前景光明。专题与我省经济与社会发展的符合性国内外同类研究现状和发展趋势国外：美国埃克森美孚、美国陶氏化学、北欧化工和日本三井化学等公司研发PP专用料。国内：九江石化与华东理工大学合作开发的耐热PP专用料、扬子石化研究院和苏州晓山工程塑料公司塑料改性厂、中科院长春应化所，产量不足1万吨，远远满足不了市场需求。近年来，国内对高耐热高韧性PP专用料需求日益增长。据中国工程塑料协会预测，2006年我国工程塑料需求增长率为15%，2010年约为10%，需求量将从2000年的44万吨增长到2010年的140万吨。目前我国工程塑料的自给率不足16%，主要依赖进口。国内外同类研究现状和发展趋势国内外同类研究现状和发展趋势本项目运用原位插层聚合、阴离子聚合、熔融接枝、插层、增强和增韧等多种技术集成，研发该专用树脂，有机地结合了增强料与基体树脂的优异性能，呈现出高耐热、高模量和高韧性等特征。可替代PPO、PPS、PC等进口工程塑料，价格只它们的1/2，性价比高，迄今国内未见报道。专题目标和预期成果主要技术指标：测试项目本专用树脂苏州晓山工程塑料有限公司扬子石化研究院高耐热树脂拉伸屈服强度/MPa：≥3535～37悬臂梁冲击强度/J·m：≥3022～25弯曲模量/GPa：≥1.81.8～1.9热变形温度/℃:≥145120℃～125℃ROHS标准符合符合专题目标和预期成果♂芳纶1414阴离子聚合尼龙6主要技术指标：色泽：白色或微黄色长度：5～6mm分解温度：550℃表面N/C和O/C均提高专题目标和预期成果♂稀土类β晶型成核剂主要技术指标：密度：0.9～1.2g/cm3稀土总量：≥80%晶核粒度：≥1500目分散性：好专题目标和预期成果♂BA原位插层聚合MMT主要技术指标：组成：蒙脱土有机衍生物外观：白色粉末蒙脱土含量：95～98％粒度（200目筛）：99%水份：3%密度：0.2～0.3g/cm3专题目标和预期成果♂专利：芳纶1414阴离子聚合尼龙6：1项；β晶型成核剂研发：1项；高耐热高韧性PP环境友好专用树脂研发：1项♂论文：SCI、EI收录论文6～9篇♂培养研究生：博士3～5人；硕士10～15人♂鉴定：高耐热高韧性PP环境友好专用树脂通过省级鉴定研究内容芳纶1414阴离子聚合PA6借助MC尼龙6聚合原理，探索表面聚合PA6的方法、条件及规律。率先提出一简单有效的方法，采用PL与芳纶～SO2Cl反应，得到稳定化的芳纶-SO2-PL，它们又是PL阴离子聚合的催化剂，借此可获得界面良好的芳纶纤维和PA6复合体系。ClSO2OHNHNHNHNHSO2ClPL阴离子聚合RX-S-ClRX-S-N-COO+HN-C(CH2)5(CH2)5OOOO+NaOHNaN-C(CH2)5+-HN-C(CH2)5OO+N-C(CH2)5ORX-S-N－(CH2)5-CN(CH2)5-C-OO-RX-S-N-CO(CH2)5OOOO-+N-C(CH2)5ORX-S-NH－(CH2)5-CN(CH2)5-C-O-O芳纶-PA6体系RX-S-N－(CH2)5-CN(CH2)5-C-OOO-N-(CH2)5-COH-OOO制备原理研究内容芳纶1414阴离子聚合PA6芳纶1414/PA6/PP-g-MAH熔融共混时,因PP-g-MAH的酸酐基团可与尼龙分子链中胺基形成氢键或酰胺键反应生成芳纶1414-PA6-MAH-g-PP共聚物研究内容制备增容剂PP-g-MAH绿色合成稀土类β晶型成核剂BA原位插层聚合蒙脱土（MMT）PP/MMT复合材料形成机理++++++高聚物熔体蒙脱土原矿有机蒙脱土有机化0.96nm2.2nm高聚物插层高聚物/纳米层状硅酸盐复合材料1.25nm+++++++蒙脱石片层结构层间可交换阳离子有机阳离子高聚物熔体高聚物+研究内容高耐热高韧性PP环境友好专用树脂的研发①研究各组分配比对本专用树脂综合性能的影响，确定最佳配方组成。②加工工艺参数探索中试工艺参数,确定中试工艺,进行中试实验批量试生产，优化生产工艺、推广应用技术路线芳纶1414阴离子聚合尼龙6的工艺流程技术路线稀土类β晶型成核剂绿色合成的工艺流程技术路线BA原位插层聚合蒙脱土的工艺流程技术路线图4高耐热超韧性聚丙烯专用树脂生产工艺流程关键技术1）芳纶纤维表面阴离子法聚合尼龙6；2）BA原位插层聚合改性蒙脱土（MMT）;3）稀土类β晶型成核剂的绿色合成；4）原位插层聚合、阴离子聚合、熔融接枝、增强和增韧等多种技术集成。项目的特色和创新点提出芳纶纤维阴离子聚合尼龙6新方法，改善芳纶纤维与PP界面性能，提高PP耐热性和韧性。绿色合成β晶型成核剂产生β晶型结晶含量＞95%，提高PP耐热性和韧性。项目的特色和创新点采用BA单体进入自研的有机化蒙脱土进行原位插层聚合得到BA原位聚合改性MMT；与PP熔融插层制得PP/MMT复合料，提高PP韧性和耐热性。专题任务分解与设置研发成果应用、产业化前景和效益分析根据市场调查，国内通用PP树脂售价1.2万元/吨，进口工程塑料约3万元/吨，本项目产品定位在1.6万元/吨（含税），在性能与价格上有很强竞争力。预计本项目产业化后，年产量可达3万吨,年产值可达4.8亿元，年纳税额5500万元，净利润8000万元。经济效益显著。现有研究基础、特色和优势（1）牵头单位福州大学化学化工学院成员：国家基金“金属有机高分子功能配合物的分子设计”国家基金“稀土配合物的研究”“新型多功能羊毛酯稀土PVC热稳定剂的制备及应用研究”鉴定和专利：200310108247.7，稀土类β晶型成核剂的绿色合成提供研究基础。现有研究基础、特色和优势（1）“芳纶纤维阴离子聚合尼龙6及其复合材料界面效应研究”专利申请号：200510018159.7，已通过实审蒙脱土改性及其在PVC塑料、淀粉中应用进行了多年研究工作，现有研究基础、特色和优势（1）发表了30余篇与本专题相关的论文，其中被SCI、EI收录18篇；还授权了其他2项相关的国家发明专利，并申请了相关的国家发明专利6项；相关的科研成果有2项荣获福建省科学技术奖，取得了丰硕成果，培养了博士研究生2人，硕士研究生8人，为本专题的研发奠定了坚实基础。现有研究基础、特色和优势（2）由福州大学与泉州市鲤城建利橡塑有限公司联合开发的“可高发泡的植物纤维/EVA复合鞋材”，通过省级鉴定，被确认为该成果填补了国内空白，达到国际先进水平。该公司已成立近30年，对高分子材料的研发生产积累了丰富经验。现有研究基础、特色和优势（3）福州福塑科研所有限公司实行全新的科研单位管理模式。多年来，研究所的科研人员从事塑胶制品的增韧、增强、阻燃、降解等功能改性、新产品开发以及塑料助剂的研发工作，取得丰硕成果。现有研究基础、特色和优势（4）本专题的成果将在福建省炼油化工有限公司转化，可借助该公司在国内的领先地位、营销网络、先进的设备和丰富的生产技能，确保本专题的成果顺利转化。专题组成员长期从事有机合成、高分子材料的教学科研和生产实践工作。承担50余项科研项目，发表了100余篇研究论文，其中被SCI、EI收录50余篇。具有扎实的理论基础和实验技能，积累了丰富的经验。福州大学与省炼化公司、福塑公司和泉州建利公司长期开展技术合作，具有良好的合作基础，合作开发了10余相关产品。现有的研究基础、特色和优势分析福州大学化学化工学院具备项目研发所需的仪器设备。福州大学中心实验室具备项目研发过程所需的分析测试设备。福州福塑科研所有限公司和泉州市鲤城建利橡塑有限公司具备项目中试、生产、检验所需的仪器设备和生产线。具备了相应的技术、人才、设备、市场等方面的条件，可确保项目的顺利完成。现有的研究基础、特色和优势分析研究开发的分期目标和进度安排本专题属产学研合作项目，以福州大学化学化工学院为牵头单位，以福建炼油化工有限公司、泉州市鲤城建利橡塑有限公司和福州福塑科研所有限公司为承担单位，整合了四个单位相关优势科技资源和研发仪器设备，为本专题的顺利完成提供可靠的保证。专题产学研合作整合相关科技资源经费预算与筹措总投资3000万元申请科技厅资助：200万元单位配套：2800万元专题牵头和承担单位技术优势和条件牵头单位：福州大学化学化工学院承担单位：福建炼油化工有限公司泉州市鲤城建利橡塑有限公司福州福塑科研所有限公司专题责任专家技术水平和组织管理能力责任专家郑玉婴：博士、教授、博士生导师（福大）责任专家袁耀锋：博士、教授、博士生导师（福大）责任专家郭荣华：高工、硕士、省炼化公司责任专家林增坤：高工、建利公司责任专家彭超：高工、福塑科研所公司法人代表、总经理责任专家郑双：高工、省炼化公司技术开发处从事高分子材料研究专题相关的专利①专题相关的专利②专题相关的专利③专题相关的专利④谢谢