聚丙烯的改性研究進(jìn)展
- 期刊名字:廣東化工
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- 論文作者:劉俊,李江平
- 作者單位:廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院
- 更新時(shí)間:2020-10-26
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廣東化工2010年第1期www.gdchem.com第37卷總第201期聚丙烯的改性研究進(jìn)展劉俊,李江平廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院,廣東廣州510006滴要文章介紹了聚丙烯(PP化學(xué)改性和物理改性的各種方法,其中包括共聚改性、接枝改性、交聯(lián)改性、共混改性、增強(qiáng)改性、填充改性,綜述了各種改性方法的最新成果和研究進(jìn)展[關(guān)鍵詞聚內(nèi)烯;化學(xué)改性;物琿改性[中圖分類號(hào)]TQ[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1001865(2010)01-00602Research Progress and Development of Polypropylene modificationLiu Jun, Li JiangpingFaculty of Materials and Energy, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China)Abstract: Different kinds of chemical modification and physical modification methods were introduced in the paper, including copolymerization, grafting,cross-linking, blending, strengthening and filling of polypropylene. The recent achievement and development of modification of PP were reviewed.Keywords: polypropylene; chemical modification; physical modification聚丙烯(PP是五大通用塑料之一,也是通用塑料中發(fā)展速用度最快、產(chǎn)、牌號(hào)最多、用途最廣的合成樹脂之一,被EXon公司利用開發(fā)的 Exxpol茂金屬催化劑使丙烯與1-廣泛應(yīng)用于工業(yè)屮各個(gè)領(lǐng)域。PP原料來源半富、價(jià)格便宜、己烯、1-辛烯、4-甲基-l-戊烯進(jìn)行共梟,這種與α-高碳烯(HAO易于成型加工,且具有有密度小、力學(xué)性能優(yōu)良、電絕緣性良的共聚物 HAO/PP的各項(xiàng)性能都優(yōu)于乙烯/丙烯共聚物子、介電常數(shù)較小、耐應(yīng)力開裂和耐化學(xué)藥品等優(yōu)點(diǎn)。但是2)改進(jìn)的 Ziegler-Nat高效催化劑用于P的共聚。它能PP耐寒性差、低溫易脆裂,制品尺寸收縮率大、與其他極性簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝、降低能耗,改善大分子的成核性,提高PP的聚合物和無機(jī)填料的相容性差等缺陷,限制了它的應(yīng)用范圍和性能。因此,采用高等級(jí)催化劑,如第四代 Ziegler-Natta催化功能發(fā)展,所以必須通過各種物理和化學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行改性處劑,不僅能提高產(chǎn)品的結(jié)晶度,還可控制共聚單體準(zhǔn)確進(jìn)入共理,以使其性能得到改善,擴(kuò)大應(yīng)用范圍,滿足不同的需求聚物分子鏈結(jié)構(gòu)2。第四代 Ziegler-Natta催化劑與前幾代相比PP改性可分為化學(xué)改性和物理改性兩種方法?;瘜W(xué)改性具有:①高效率,高規(guī)整度;②聚合物粒子的形成與增長(zhǎng)可控主要指共聚、接枝、交聯(lián)等,通過改變PP的分子結(jié)構(gòu)以達(dá)到[分子量分布、支化度、立體純度、外觀形態(tài)顆粒大小、形狀改性的目的。物理改性主要指共混、增強(qiáng)、填充等,通過改變分布);③能夠與其他單體進(jìn)行無規(guī)共聚得到多相共聚物等特PP的分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu),以達(dá)到改善材料性能的目的。1聚丙烯的化學(xué)改性12接枝改性1.1共聚改性PP接枝改性就是在PP分子中引入其他基團(tuán),既可賦予共聚改性是采用高效催化劑在聚合階段進(jìn)行的改性。當(dāng)丙PP某些特殊功能,又能很好地保持PP的優(yōu)異特性。用來接枝烯進(jìn)行聚合時(shí),可通過加入烯烴類單體進(jìn)行共聚,生產(chǎn)無規(guī)的單體主要有馬來酸酐(MAH)、丙烯酸(AA)及其酯、甲基丙嵌段、交替等共聚物,以提高均聚PP的沖擊性能、透明性和烯酸及其酯、苯乙烯、甲基丙烯酸縮水甘油酯等。PP的接加工流動(dòng)性。枝方法主要有溶液接枝法、熔融接枝法、固相接枝法和懸浮接常用的生產(chǎn)PP共聚物的方法有兩種枝法等。溶液接枝法是接枝方法中應(yīng)用最早的·種,它是將(1)茂金屬催化劑應(yīng)用于PP嵌段共聚。茂金屬是由過渡金PP溶解在合適的溶劑中,然后以一定的方式引發(fā)單體接枝。屬與環(huán)狀不飽和結(jié)構(gòu)茂環(huán)組成的配位有機(jī)金屬絡(luò)合物,它與傳溶液接枝的反應(yīng)溫度較低(100-140℃),副反應(yīng)少,接枝率統(tǒng)的 Ziegler-Natta催化劑的主要區(qū)別在于活性位點(diǎn)的分布Ziegler-Natta f催化劑有多個(gè)活性位點(diǎn),有時(shí)易受單體配位作用融狀態(tài)下(180~230℃)與接枝單體和各助劑在一定條件下加和聚合條件的影響,合成得到的聚合物支鏈多。而茂金屬催化入擠出機(jī)、密煉機(jī)或開煉機(jī)中進(jìn)行熔融反應(yīng)。該方法所用接枝劑中的各組分形成的絡(luò)合物是以在幾何形狀收到限制的過渡體的沸點(diǎn)較高,比較適宜的單體是馬米酸酐及其酯類,丙烯金屬作單一活性中心,從而能精確控制分子量、分子量分布、酸及其酯類也叮用于接枝Pn固相接枝法是上世紀(jì)9年代初化劑制得的間規(guī)PsPP是熔點(diǎn)比等規(guī)PiP低5~10℃的合,在較低溫度下(100-120℃)用引發(fā)劑接枝共案。通常所結(jié)晶性聚合物,它的微晶極小,具有優(yōu)異的透明性與光澤,剛說的固體接枝主要是粉末接枝,該方法反應(yīng)溫度低,無溶劑回性與硬度只有普通iP的-半,玻璃化溫度幾乎與iPP相同,收,費(fèi)用也較低,且能保持聚丙烯原有的物理性能,因此具有但沖擊強(qiáng)度是iPP的2倍良好的發(fā)展前景。懸浮接枝法是將PP粉末與接枝單體一起在Fina公司利用茂金屬催化劑生產(chǎn)的sPP具有與PP共聚物水相中進(jìn)行引發(fā)反應(yīng)反應(yīng)前通常在較低溫度下使聚合物和單類似的沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和透明性,硬度為iP的一半,而體中國(guó)煤化工,該方法工藝及設(shè)備筒沖擊強(qiáng)度卻提高了1倍以上,其分子量分布窄,熔體流動(dòng)速率單處理簡(jiǎn)單,相對(duì)環(huán)保較低。對(duì)注塑制品而言,sPP可作為PP和無規(guī)共聚物的抗沖CNMHG擊和透明改性劑,也可在控制PP共聚物流變性能中起改性作PP的交聯(lián)方法有輻射交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)。兩種交聯(lián)的本質(zhì)收稿日期]200909-22[作者簡(jiǎn)介]劉俊(1983-),男,廣東梅州人,在讀碩士,主要研究方向?yàn)榫酆衔锏母男约皯?yīng)用。010年第l期廣東化工第37卷總第201期www.gdchem.com67區(qū)別在于引起交聯(lián)反應(yīng)的活性源的生成機(jī)理不同。PP分子鏈而增加在輻射或有機(jī)過氧化物作用下生產(chǎn)自由基進(jìn)一步分解或起交2.3填充改性聯(lián)反應(yīng)填充PP的常用無機(jī)填料有碳酸鈣(CaCO3)、硅灰石、滑由于輻射交聯(lián)需要使用昂貴的設(shè)備,且被照物的厚度又有石粉、二氧化硅(SO2)等;常用的有機(jī)填料有木粉、淀粉、稻限制,因此用輻射交聯(lián)改性PP是很困難的,目前很少有實(shí)際殼粉等。應(yīng)用的例子。國(guó)外只有極少專利報(bào)道用具有特殊組分的PP可(l)CaCO3填充PP時(shí)能大幅降低生產(chǎn)成本,明顯提高PP以實(shí)現(xiàn)輻射交聯(lián),但應(yīng)用領(lǐng)域很受限制。與輻射交聯(lián)相比,化·的剛性,一定條件下既增強(qiáng)又增韌。早期人們對(duì)CaCO3增強(qiáng)學(xué)交聯(lián)應(yīng)用到聚內(nèi)烯屮要晚一些。以前的化學(xué)交聯(lián)大多在PP改性PP和進(jìn)行了大量的研究,近年來剛性粒子增韌更多地引中加入少量的過氧化物,用來引發(fā)PP的化學(xué)交聯(lián)。但在PP起人們的注意。L等用粒徑1~5μm的CaCO3填充PP時(shí)中,僅僅加入過氧化物很容易使PP降解,而不能交聯(lián),要想發(fā)現(xiàn),復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸屈服強(qiáng)度隨碳酸鈣添加量PP交聯(lián),必須添加合適的交聯(lián)助劑。梁玉蓉等以DCP為交的增加而降低,楊氏模量則隨添加量的增加而增加,當(dāng)CaCO3聯(lián)劑、松節(jié)油和苯乙烯為交聯(lián)助劑,對(duì)PP進(jìn)行交聯(lián)改性,確添加量超過40%時(shí),出現(xiàn)無機(jī)剛性粒子的聚結(jié)現(xiàn)象,使體系定了PP交聯(lián)體系的力學(xué)性能、凝膠含量等隨交聯(lián)劑及交聯(lián)助結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)部缺陷,造成復(fù)合材料的各項(xiàng)力學(xué)性能下降劑的種類、用量的變化規(guī)律;通過交聯(lián)改性可提高PP的力學(xué)(2)硅灰石具有完整的針狀結(jié)構(gòu),其長(zhǎng)徑比可達(dá)到20:1性能,自由基增多;而過剩的自由基使降解反應(yīng)急劇發(fā)生以上。但在開采、細(xì)化過程中,它的長(zhǎng)徑比很容易降低。我國(guó)響交聯(lián)效果。俞強(qiáng)等對(duì)三羥甲基丙烷三甲基內(nèi)烯酸酯云南昆明超微材料有限公司生產(chǎn)的硅灰石粉其長(zhǎng)徑比可達(dá)( TMPTMA)存在下的sPP過氧化物交聯(lián)進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)隨20:1以上,最高達(dá)28:1;白度可達(dá)85%~90%。硅灰石最TMPTMA用量的增加,交聯(lián)程度增大,但長(zhǎng)時(shí)間高溫反應(yīng)使有希望的應(yīng)用領(lǐng)域是利用自身針狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)代替部分玻璃sPP降解反應(yīng)加劇,凝膠含量下降。千維,從而降低增強(qiáng)塑料的成本(二者差價(jià)在6倍以上)。朱靜2聚丙烯的物理改性安等考察了硅灰石(Siy玻纖(GPP復(fù)合材料的力學(xué)性能和2.1共混改性結(jié)晶行為,結(jié)果表明 Si/G/PP為15/15/70時(shí),PP的加工流動(dòng)共混改性是指兩種或兩種以上聚合物材料無機(jī)材料以及性好,強(qiáng)度、模量、硬度和耐熱性都得到提高,而硅灰石、玻助劑在一定溫度下進(jìn)行機(jī)械摻混,最終形成種宏觀上均勻且纖在P結(jié)品過程中起異相成核作用力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)及其他性能得到改善的新材料的過程。(3)滑石粉填充PP分為二類:一類是填充量為30%~40盡管共聚PP是提高P韌性的最有效的手段,但這種改提高熱變形溫度和彎曲模量;另一類是填充量為109%~20%性方法更適合于規(guī)模化生產(chǎn),而面對(duì)批量小、產(chǎn)品性能要求多叮提高表面光潔度。采用活化滑石粉填充改性P后大大提高變的市場(chǎng),就顯得不太適應(yīng)了,PP共混改性具有耗資少、操了材料的剛性,克服了制品的翹曲變形,同時(shí)加人增韌劑及滑作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短的特點(diǎn),尤其是適合于生產(chǎn)批量小、要求石粉,會(huì)使PP球晶變小,尺寸穩(wěn)定性好多變的產(chǎn)品,因而發(fā)展非常迅速。當(dāng)前PP共混改性技術(shù)發(fā)展(4)在塑料制品中,SiO2的補(bǔ)強(qiáng)作用不大,但可改善其他的主要特點(diǎn)是采用相容劑技術(shù)和反應(yīng)性共混技術(shù)在大幅度提性能。在P中,SiO2用做成核劑,可縮小PP球品結(jié)構(gòu)的尺高PP耐沖擊性的同時(shí),又使共混材料具有較高的拉伸強(qiáng)度和寸,增加微品數(shù)量,改善材料的透明性及其他力學(xué)性能。對(duì)彎曲強(qiáng)度。相容劑在共混體系屮可以改善兩相界面鉆結(jié)狀況SioO2表面進(jìn)行改性,目前是一個(gè)引起廣泛興趣的課題。在不有利于實(shí)現(xiàn)微觀多相體系的穩(wěn)定,而宏觀上是均勻的結(jié)構(gòu)狀同的表面改性劑作用下,可以得到具有不同表面性能的改性態(tài)。反應(yīng)型相容劑除具有一般相容劑的功效外,還能在共混過SO2。李良訓(xùn)等采用經(jīng)表面處理的納米TO2SO2來改善通常供P共混改性的高聚物有PE、PA、PET、EPDM、后,PP的熱老化性能變化不大,抗紫外線性能提高了(P160EVA、SBS等,當(dāng)中EPDM是較常用的PP增韌共混體系。李為TO2:UVNP為S0,尤以UVNP效果更為顯著慶國(guó)竽研究了 PP/EPDM共混物的力學(xué)性能,研究發(fā)現(xiàn):隨3結(jié)語EPDM用量的增加,共混物的拉伸強(qiáng)度逐漸下降,沖擊強(qiáng)度較隨著科技日新月異以及社會(huì)對(duì)高性能PP樹脂的需求,PP純PP有定程度的提高。張華等對(duì)PPPS共混纖維相容性改性技術(shù)也處于高速發(fā)展時(shí)期。一方面,新的材料與技術(shù)的出進(jìn)行了研究,得出最佳工藝條件:共混溫度在220℃上下現(xiàn)和應(yīng)用,如納米材料和茂金屬催化劑的研制開發(fā),使PP的增溶劑 PP-g-PS的用量10%,螺桿轉(zhuǎn)速300rmin。付一政等改性技術(shù)有了新的方向;另一方面,原有的改性技術(shù)也注重相通過對(duì) LLDPE、HDPE和 UHMWPE增韌PP的比較,發(fā)現(xiàn)互間的取長(zhǎng)不短,綜合運(yùn)用,如硅烷接枝交聯(lián)PP。將新型技UHMWPE的增韌效果最好,且其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)體系力學(xué)術(shù)用于PP改性將是未來發(fā)展趨勢(shì),改性PP在21世紀(jì)將會(huì)有性能優(yōu)異。張桂云在 PP/CaCO3中加入POE后進(jìn)行增韌改更廣闊的發(fā)展前景,并推動(dòng)整個(gè)塑料工業(yè)的發(fā)展。性,發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度逐漸增加,而拉伸強(qiáng)度、彎曲模量均逐漸降低參考文獻(xiàn)2.2增強(qiáng)改性[]張字光,熱塑性彈性體增韌廉丙烯的研究叮哈爾濱理工大學(xué)學(xué)PP的增強(qiáng)改性中應(yīng)用的增強(qiáng)材料主要是玻璃纖維及其制報(bào),200,82):8186.品,此外還有碳纖維、有機(jī)纖維、硼纖維、晶須等。在玻璃纖{2晉日亞,王培霞癩丙烯改性研究進(jìn)展門.中國(guó)塑料,20,15維增強(qiáng)PP中,用得較多的玻璃纖維為無堿玻璃纖維和中堿玻璃纖維,其中無堿玻璃纖維的用量最大。玻纖的直徑控制在(3趙敏,高俊剛,鄧奎林,等,改性聚丙烯新材料隊(duì).北京:化學(xué)工業(yè)6~15μm范圍內(nèi),玻纖的長(zhǎng)度必須保證在025~0.76mm出版社,2002.21這樣既能夠保證制品性能,又能使玻纖分散良好。一般認(rèn)為制4劉曉敏,周紅軍,黃開菊癜丙烯接枝改性研究進(jìn)展門廣東化工,208品中的玻纖長(zhǎng)度大于02mm時(shí)才有改性效果。玻纖含量質(zhì)量32):16有機(jī)砝烷類偶聯(lián)劑能使玻纖和PP兩者形成良好界面,提高復(fù)E份在10%~30%為佳,超過40%時(shí)性能下降。另外,添加中國(guó)煤化工化工新型材料,1997,(1)合體系的彎曲模量、硬度,負(fù)荷變形溫度,特別是尺寸穩(wěn)定性。(6架連榮炳等研究發(fā)現(xiàn),當(dāng) PP-g-MAH/ PP/GF為156535時(shí),16D:1CNMHG沈陽化工學(xué)院學(xué)報(bào),200拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量和沖擊強(qiáng)度均得7]俞強(qiáng),林明德,劉建忠,等.有機(jī)過氧化物交聯(lián)間規(guī)丙烯研究[高到提高,材料斷面呈韌性斷裂。 SHAO-YUN FU等研究了短玻纖維和短碳纖維混雜增強(qiáng)PP復(fù)合材料的拉伸性能,結(jié)果表明,復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和模量隨碳纖維相對(duì)體積分?jǐn)?shù)的增加(下轉(zhuǎn)第38頁廣東化工2010年第1期www.gdchem.com第37卷總第201期因此選用5%的底物濃度,以便實(shí)際操作過程中水解度的控制通過直接法和TCA法對(duì)明膠水解度進(jìn)行測(cè)試,整體上直從單因素實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),水解反應(yīng)開始的0min內(nèi)水解度增接法所得結(jié)果比TCA法略低,這叮能是因?yàn)門CA法中所用的加較快,50~60min后變化較小。無限延長(zhǎng)時(shí)間,降解效果凱氏定氮法所測(cè)為粗蛋白含量,即明膠水解液中的非明膠氮并不明顯。這說明木瓜蛋閂酶只能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)揮其最大的活(木瓜蛋白酶)亦算入總氮量中,所得水解度值偏高。由表2可性這是山于明膠的酶解產(chǎn)物對(duì)木瓜蛋白酶有抑制作用:即明知影響水解度的因素主次順序?yàn)?pH>酶量>底物濃度>溫度,膠水解產(chǎn)物中某些多肽鏈上的氨基酸占據(jù)了木瓜酶的活性部最佳條件為A2B2C3D2。即pH=70,酶量0.30g,5%明膠溶液,位,產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)性抑制。研究發(fā)現(xiàn), Ala-Phe-Arg是木瓜蛋白酶溫度60℃,反應(yīng)60min,此時(shí)水解度大約為100%,這與的強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑由此推知,木瓜酶對(duì)明膠雖有較文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的分子量2000D~6000D分布數(shù)據(jù)是一致的好的降解促進(jìn)作用,但不能使其完全分解為單個(gè)氨基酸分子,3結(jié)論只能降解為低分子多膚,這與文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的分子量2000(1)該實(shí)驗(yàn)通過比較甲醛滴定法和三氯酯酸法測(cè)定明膠水6000D分布數(shù)據(jù)是一致的。因此,符合制備護(hù)發(fā)調(diào)理劑的要求。解度發(fā)現(xiàn),三氯醋酸法操作中凱氏定氮耗時(shí)長(zhǎng),不適于快速檢22設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)測(cè)的要求;而甲醛滴定法相對(duì)簡(jiǎn)單,但結(jié)果偏低。水解明膠最佳工藝的選擇,在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,以A(2通過單因素實(shí)驗(yàn)可知,木瓜蛋白酶對(duì)明膠雖有較好的pH,B:溫度(T);C:酶量;D:底物濃度(w)為因素,反應(yīng)降解促進(jìn)作用,但不能使明膠完全分解為單個(gè)氨基酸分子,只驗(yàn)。L3正交試驗(yàn)方案表1,L(3)正交試驗(yàn)方案結(jié)果表2。通過挖制水解度來實(shí)現(xiàn)木瓜蛋白酶酶解明膠制備多肽的工藝是可行的表1L(3)正交試驗(yàn)方案(3)研究發(fā)現(xiàn)木瓜蛋白酶解明膠制備多肽的最優(yōu)化工藝是:底物濃度5%w)明膠溶液,pH7.0,木瓜蛋白酶量水平一P溫度(D℃酶量(mgmL)底物濃度(ngmL020%~0.30%,反應(yīng)溫度60℃,反應(yīng)時(shí)間60min,此時(shí)水解度大約為100%,其分子量分布范圍適合制備護(hù)發(fā)調(diào)理劑。123參考文獻(xiàn)任俊莉,邱化玉,孫潤(rùn)倉,陽離子改性明膠乳液的合成及應(yīng)用研究中國(guó)造紙學(xué)報(bào),2004,19(2):891表2L(3)正交試驗(yàn)方案結(jié)果[2]英]A.G.沃德,A.考茨主編,李文淵等譯,彭必先校,《明膠的科學(xué)與工藝學(xué)》「M],北京:輕工業(yè)出版,1982Tab.2 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