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編織袋原料聚丙烯(PP)改性的研究進展

作者:莉莉影院編織袋文章來源:莉莉影院 字數:4050 字 預計閱讀時間: 8分鍾 發布日期: 2016-03-02 14:02
聚丙烯(PP)是五大通用塑料之一,PP具有良好的力學性能、電性能、化學性能等,且其價格低廉,故被廣泛應用於日常生活、工農業和軍事等許多領域,如大米編織袋,塑料編織袋,集裝袋等塑編產品。但PP也存在一些不足,最大缺點是耐寒性差,低溫易脆裂;其次是收縮率大,抗蠕變性差,容易產生翹曲變形。與傳統工程塑料相比,PP還存在耐候性差、塗飾、著色和黏合等二次加工性能差,與其他極性聚合物和無機填料的相容性差等缺陷,從而限製了其應用範圍    PP改性可分為化學改性和物理改性。化學改性主要指共聚、接枝、交聯等,通過改變PP的分子結構以達到改性目的。物理改性主要包括共混、填充、複合填強、表麵改性等,通過改變PP的分子聚集態結構,以達到改善材料性能的目的

一、 PP的化學改性與進展
    結構決定性能。高分子材料的基本特征是其結構的多層性,每一層結構的改變,都為材料性能的改進提供可能。PP的化學改性是指通過化學方法改變其分子鏈上的原子或原子團的種類及組合方式,從而對材料的聚集態或組織態結構產生影響,改變材料性能。因此通過化學改性可以得到具有不同性能的新材料。
    1.1 共聚改性
    共聚改性是采用高效催化劑在聚合階段進行的改性。采用乙烯、苯乙烯和丙烯單體進行交替共聚,或在PP主鏈上進行嵌段共聚,或進行無規共聚。如在PP主鏈上,嵌段共聚2%-3%的乙烯單體,可製得乙丙共聚橡膠,它具有PE和PP兩者的優點,可耐-30℃的低溫衝擊。
    將丙烯、乙烯混合在一起聚合,其聚合物主鏈中無規則地分布著丙烯和乙烯鏈段,乙烯則起著阻止聚合物結晶的作用。當乙烯含量達到20%時,結晶則很困難,達到30%時就呈完全無定形狀態,成為無規共聚物,其特點是結晶度低,透明性好,衝擊強度大。
    將丙烯均聚後,再與乙烯進行共聚,可獲得丙烯、乙烯橡膠和乙烯組成的嵌段共聚物,其中乙丙橡膠在丙烯和乙烯相間起著相容劑的作用,控製三相比例,可獲得剛性、衝擊性能均衡的共聚物。
常用的生產丙烯共聚物的方法有兩種,一種是將茂金屬催化劑應用於PP嵌段共聚。另一種是改進的Ziegler-Natta高效催化劑用於PP的共聚。其中茂金屬催化劑在本校已有課題真正在研究中,具有巨大的潛力。
    1.2 接枝改性
    對PP接枝改性就是在PP分子中引入其他基團,既可賦予PP某些特殊功能,又能很好地保持PP的優異特性。用來接枝的單體主要有馬來酸酐(MAH)、丙烯酸(AA)及其酯、甲基丙烯酸及其酯、丙烯腈、丙烯酰胺、苯乙烯、甲基丙烯酸縮水甘油酯等。PP接枝的方法主要有溶液接枝法、熔融接枝法、固相接枝法和懸浮接枝法等,應指出固相法接枝是相對環保、實用的聚丙烯接枝改性方法。並且對聚丙烯接枝改性的發展方向進行了展望。
固相法是20世紀90年代新興的一種製備改性聚烯烴的方法。它是將PP粉末直接與適量的單體、引發劑以及其他適當的助劑接觸直接反應。反應溫度一般控製在聚烯烴軟化點以下(100m130℃),常壓反應。與其他接枝方法相比,固相接枝法__有許多顯著優點:反應時間短,成本低,FP降解少,接枝效率高,接枝率高,不使用溶劑或使用少量有機溶劑作為表麵活性劑,溶劑被PP表麵吸收,後處理簡單,結合了溶液法和熔融法的優點,克服了二者的缺點,高效節能,有著良好的發展前景。美國Akron大學的Rengarajanlj 則對全同立構聚丙烯(IPP) 固相接枝馬來酸酐進行了全麵的研究,他們認為界麵活性劑用量雖少,但作用很大,起到潤濕和溶脹PP的無定形區的作用;作者還討論了溫度、引發劑濃度、催化劑濃度等因素的影響,指出接枝率受到上述各因素的影響。而童身毅等 通過對PP—g—MAH的研究,提出PP固相接枝反應主要發生在PP的非結晶區或結晶區的微空、缺陷處的PP主鏈上。童身毅.[]5d61等還將FP-.g--MAH作為增容劑研究了其在聚丙烯/碳酸鈣複合物和i-PP/CaSO4中的增容作用, 結果表明,PP—g—MAH能起到很好的增容作用,使複合材料的性能明顯提高。通過對PP進行接枝改性,提高了PP與其他聚合物的相容性,並改變PP的分子結構,使其染色性、黏結性、抗靜電性、力學性能得到改善。
    1.3 交聯改性
    交聯改性可分為輻射交聯和化學交聯。其主要區別在於引起交聯反應活性源的生成機理不同。PP分子鏈在輻射或有機過氧化物作用下生成自由基,進一步分解或發生交聯反應。
    PP分子結構的特點,決定了其比其他聚烯烴更易於交聯。PP吸收100eV的能量,交聯數(Gcr)為0.6,而分解數(Gde)為1.1,因而PP的大分子自由基優先起分解反應。輻射法交聯需要使用昂貴的設備,其被照射物的厚度又有限製,因此用輻射法交聯PP是很困難的。用過氧化物進行化學交聯也相當困難,必須添加交聯助劑,這種交聯是與加工成型同時完成的。
    近年來,某些國家的研究部門開發了PP的二步法交聯技術,有較高的實用價值。交聯過程是用帶有烯類雙鍵的三官能團的有機矽烷在少量過氧化物的存在下,與PP在擠出機中熔融共混完成接枝反應(或者與丙烯單體共聚),然後在水的作用下,矽烷水解成矽醇,經縮合脫水而交聯。該技術的關鍵是在接枝反應時必須嚴格控製,防止PP降解。
    1.4 表麵改性
    聚合物材料存在大量的表麵和界麵問題。如表麵的黏結、耐蝕、染色、吸附、耐老化、潤滑、硬度、電阻以及對力學性能的影響等。
    為了改善PP的表麵性質,通常需要解決以下幾個問題:
    (1) 在PP分子鏈上引入極性基團;
    (2) 提高材料的表麵能;
    (3) 提高材料的表麵粗糙度;
    (4) 消除製品表麵的弱邊界層。
    PP的表麵改性方法通常可分為化學改性和物理改性。化學改性是指用化學試劑處理PP材料表麵,使其表麵性質得到改善的方法。化學改性包括:酸洗、堿洗、過氧化物或臭氧處理等。物理改性是指用物理技術處理PP材料表麵,使其表麵性質得到改善的方法。物理改性目前應用最為廣泛,包括等離子體表麵處理、光輻射處理、火焰處理、塗覆處理和加入表麵改性劑等。
二、 PP的物理改性與進展
    物理改性是在PP基體中加入其他無機材料、有機材料或一些有特殊功熊的添加助劑,經過混合、混煉而製得具有優異性能的PP複合材料。物理改性大致分為:填充改性、增強改性、共混改性、功能改性等。
    2.1 填充改性
    對PP進行填充改性的填充劑種類繁多,可按多種方法進行分類。按化學成分,可分為有機填充劑和無機填充劑兩大類。常用的無機填料有:雲母粉、碳酸鈣、滑石粉、矽灰石、炭黑、石膏、赤泥、立德粉、硫酸鋇等,常用的有機填料有:木粉、稻殼粉、花生殼粉等。填充劑按形狀分,有粉狀、粒狀、片狀、纖維狀等。滑石粉作為填料,可提高塑料製品的剛性、硬度、阻燃性能、電絕緣性能、尺寸穩定性,並具有潤滑作用。填充20%-40%滑石粉的PP複合材料,不論是在室溫還是在高溫下,片狀構型滑石粉的顯著效果是提高PP的模量,而拉伸強度基本保持不變,衝擊強度降低也不大。這在建築業﹑航空﹑電力和電子產品上將得到廣闊的發展空間。
    2.2 增強改性
    用於製作增強複合材料的增強劑主要是纖維。纖維的種類很少,主要品種有玻璃纖維、碳纖維、滌綸纖維,此外還有尼龍、聚酯纖維以及硼纖維、晶須等。
    玻璃纖維增強PP複合材料可分為物理結合型與化學結合型兩大類。物理結合型玻璃纖維增強PP複合材料僅由PP與玻璃纖維之間的機械黏結力而得到較小的補強效果;化學結合型玻璃纖維增強PP由於在PP與玻璃纖維之間形成了堅固的化學和機械結合,因此效果顯著,是目前玻璃纖維增強PP的主要發展方向。
    用碳纖維增強PP與用玻璃纖維增強PP比較具有力學性能好、在濕態下的力學性能保留率好、導熱係數大、導電性好、蠕變小、耐磨性好等優點,用量不斷增長。為此,人們正在不斷研究和開發碳纖維增強樹脂。
    2.3 共混改性
    共混改性是指兩種或兩種以上聚合物材料無機材料以及助劑在一定溫度下進行機械摻混,最終形成一種宏觀上均勻且力學、熱學、光學及其他性能得到改善的新材料的過程。
    當前PP共混改性技術發展的主要特點是采用相容劑技術和反應性共混技術,在大幅度提高PP耐衝擊性的同時,又使共混材料具有較高的拉伸強度和彎曲強度。相容劑在共混體係中可以改善兩相界麵黏結狀況,有利於實現微觀多相體係的穩定,而宏觀上是均勻的結構狀態。反應型相容劑除具有一般相容劑的功效外,還能在共混過程中通過自身相容效果,顯著提高共混材料性能。
    在加工成型過程中,用彈性體改性PP提高了耐寒性,但降低了拉伸強度和耐熱性,並且提高了成本。為了提高增韌PP的硬度、熱變形溫度及尺寸穩定性,可用偶聯劑活化的填料或增強材料進行補強。用經偶聯劑處理的玻璃纖維增強PP在強度和耐熱性等方麵有很大提高,可代替昂貴的工程塑料。
    隨著反應擠出技術的不斷發展和完善,國外更多地利用擠出機進行就地增容共混。應用反應擠出技術進行就地增容共混,能有效地降低聚合物與PP間的界麵張力,提高其黏結強度,聚合物在PP基體中的分散效果更好,相態結構更趨於穩定。這不僅大大拓寬了PP的應用範圍,而且所製備的接枝物可用作PP與極性高聚物共混的相容劑。因此,反應擠出共混技術將成為今後PP改性廣泛采用的有效方法。
    2.4 其他改性
    防靜電處理也是對PP的改性方法之一。目前對PP的防靜電處理方法主要有兩種:一是外用抗靜電劑法,即用外部噴灑、浸漬和塗敷抗靜電劑或材料表麵改性使其接枝上抗靜電劑;二是內用抗靜電劑法,即將抗靜電劑摻和到材料中或將高分子材料與導電材料混用,使之成為具有抗靜電性能的材料。
三、聚丙烯改性展望
    21世紀新材料發展非常迅速,優勝劣汰的競爭將更為激烈。PP以其價格低廉、品質優良、適於改性的特點,成為人們的首選。高科技改性技術的引入,使通用PP部分替代工程塑料、功能塑料為占據市場成為可能,使低檔塑料高性能化應用成為現實。盡管在各種改性PP中可能還存在不完善和缺陷,但是,可以預料經濟而有效的PP改性開發研究仍將方興未艾。

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