聚丙烯增韧改性技术应用进展

2022-09-11

前言

聚丙烯的原料来源十分丰富, 价格比较低廉, 与其他常见的塑料相比具有非常良好的综合性能。聚丙烯的相对密度小, 加工性能良好, 屈服强度和抗拉强度高, 电气绝缘能力良好, 还具有良好的耐应力开裂和化学性能等。聚丙烯制成的产品无毒无味, 光泽好, 已经广泛应用于汽车、机械、电器、包装等各个领域。但聚丙烯成型收缩率大、脆性高、对切口的冲击强度比较低, 特别是在低温的环境下操作时显得尤其严重, 这大大限制了聚丙烯的进一步发展。因此, 聚丙烯的改性显得尤为重要, 聚丙烯增韧改性已经成为国内外研究的重点, 聚丙烯增韧改性技术在许多领域都已经得到了广泛的应用。

一、聚丙烯的化学改性

1. 共聚改性

共聚改性是采用高效催化剂在聚合阶段对聚丙烯进行改性。使用乙烯和丙烯酸单体的交替共聚, 或者在主链上进行共聚。如果聚丙烯在主链上, 2%-3%的乙烯基单体共聚, 这样就能够的得到乙丙共聚橡胶, 这种物质具有PE和聚丙烯的双重优势, 具有低温抗冲击性。常用在丙烯共聚物的生产方法是使用改性的Ziegler-Natta高效催化剂来实现聚丙烯的共聚。

2. 接枝改性

聚丙烯接枝改性是在分子支链上引入适当的支链, 使用各个支链的极性和反应性, 这样就能够有效改善其性能, 。因此, 接枝改性能够有效扩大聚丙烯的应用范围, 这是一种简单的聚丙烯增韧改性的方法。采用悬浮溶胀方法合成苯乙烯的聚丙烯接枝共聚物, 得到甲基丙烯酸β—羟乙基接枝聚丙烯, 并且对聚丙烯结晶形态进行移植前后的结果进行比较, 我们就能够发现, 接枝链增加了聚丙烯的不规律性, 共聚物的结晶度就会出现下降。

3. 交联改性

随着汽车工业的快速发展, 人们对聚丙烯的耐热性能就提出了更高的要求。要想将聚丙烯的热变形温度提高到100℃, 只有通过机械混合的方法是难以实现的, 需要使用交联的方法来达到。交联改性有两种方式, 一种是辐射交联, 另外一种是化学交联。主要的区别在于引发交联反应的活跃源形成机制是不同的。交联过程是用带有烯类双键的三官能有机硅烷在少量的过氧化氢环境下进行的, 并且和聚丙烯在挤出机中进行融合完成嫁接反应, 然后在水的作用下, 交联的硅烷水解成硅醇, 并且经过缩合脱水而交联。这种聚丙烯增韧改性技术是关键的步骤必须严格监控, 防止P P出现降解。

二、聚丙烯的物理改性

1. 橡胶增韧聚丙烯系统

常用的橡胶增韧P P的体系有:三元乙丙 (EPDM) 、二元乙丙 (EPR) 、顺丁 (BR) 、异丁烯 (IBR) 和天然橡胶 (NR) 等。作为聚丙烯的增韧剂, 这些橡胶的增韧效果都是十分理想的。根据银纹-剪切带理论, 其内部原因就是分散相粒子吸收和分散了很多应力焦点和冲击能量, 当材料受到外力的影响的时候, 这样就会在聚丙烯中形成许多银纹和诱发剪切带, 银纹在其周围吸收能量而产生很大的影响。同时, 由于大量银纹压力之间的干扰, 这样就会降低银纹端的压力, 严重阻碍了银纹进一步发展, 使得聚丙烯增韧得到大大提高。

2. 热塑性弹性体增韧聚丙烯体系

常用的增韧聚丙烯热塑性弹性体有POE、TPO、SBS等。新一代的热塑性弹性体增韧聚丙烯体系, 其价格十分便宜, 溶解度和粘度参数更接近聚丙烯, 所以其增韧效果也会很明显。采用茂金属催化剂生产的聚烯烃弹性体是一种饱和的乙烯-辛烯共聚物。

三、聚丙烯增韧改性技术的应用

1. 在汽车工业中的应用

聚丙烯增韧改性技术在汽车工业中得到了广泛的应用, 汽车上许多零部件都使用了这种技术。如在汽车的保险杠上, 这是塑料用量最大的一个典型零件。在国外已经使用弹性体改性聚丙烯来生产, 这种保险杠已经占到保险杠总用量的70%。我国大部分的进口汽车, 如奥迪、富康、桑塔纳等经济型轿车的保险杠都是使用改性聚丙烯制作的。而改性用的共聚聚丙烯树脂, 主要是一些进口产品。

2. 在医疗器械中的应用

医疗塑料领域是最有发展潜力的市场之一, 目前, 在医用的塑料行业当中, 增韧改性的聚丙烯材料已经占到16%。特别是添加了透明成核剂的改性聚丙烯, 能够提高塑料的透明度、强度、硬度、刚性, 其耐热性也会得到明显的提高, 可用于医疗器械当中, 如输液瓶、, 塑料袋, 一次性注射器、检测设备和医疗设备等等。