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编织袋原料聚丙烯(PP)改性的研究进展

时间:2016-03-02 14:02来源:深圳编织袋厂 作者:江天编织袋 点击:
聚丙烯(PP)是五大通用塑料之一,常被用于制成塑料编织袋等产品以应用于农业,工业,农牧等行业领域.
聚丙烯(PP)是五大通用塑料之一,PP具有良好的力学性能、电性能、化学性能等,且其价格低廉,故被广泛应用于日常生活、工农业和军事等许多领域,如大米编织袋,塑料编织袋,集装袋等塑编产品。但PP也存在一些不足,最大缺点是耐寒性差,低温易脆裂;其次是收缩率大,抗蠕变性差,容易产生翘曲变形。与传统工程塑料相比,PP还存在耐候性差、涂饰、着色和黏合等二次加工性能差,与其他极性聚合物和无机填料的相容性差等缺陷,从而限制了其应用范围    PP改性可分为化学改性和物理改性。化学改性主要指共聚、接枝、交联等,通过改变PP的分子结构以达到改性目的。物理改性主要包括共混、填充、复合填强、表面改性等,通过改变PP的分子聚集态结构,以达到改善材料性能的目的

一、 PP的化学改性与进展
    结构决定性能。高分子材料的基本特征是其结构的多层性,每一层结构的改变,都为材料性能的改进提供可能。PP的化学改性是指通过化学方法改变其分子链上的原子或原子团的种类及组合方式,从而对材料的聚集态或组织态结构产生影响,改变材料性能。因此通过化学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剂在聚合阶段进行的改性。采用乙烯、苯乙烯和丙烯单体进行交替共聚,或在PP主链上进行嵌段共聚,或进行无规共聚。如在PP主链上,嵌段共聚2%-3%的乙烯单体,可制得乙丙共聚橡胶,它具有PE和PP两者的优点,可耐-30℃的低温冲击。
    将丙烯、乙烯混合在一起聚合,其聚合物主链中无规则地分布着丙烯和乙烯链段,乙烯则起着阻止聚合物结晶的作用。当乙烯含量达到20%时,结晶则很困难,达到30%时就呈完全无定形状态,成为无规共聚物,其特点是结晶度低,透明性好,冲击强度大。
    将丙烯均聚后,再与乙烯进行共聚,可获得丙烯、乙烯橡胶和乙烯组成的嵌段共聚物,其中乙丙橡胶在丙烯和乙烯相间起着相容剂的作用,控制三相比例,可获得刚性、冲击性能均衡的共聚物。
常用的生产丙烯共聚物的方法有两种,一种是将茂金属催化剂应用于PP嵌段共聚。另一种是改进的Ziegler-Natta高效催化剂用于PP的共聚。其中茂金属催化剂在本校已有课题真正在研究中,具有巨大的潜力。
    1.2 接枝改性
    对PP接枝改性就是在PP分子中引入其他基团,既可赋予PP某些特殊功能,又能很好地保持PP的优异特性。用来接枝的单体主要有马来酸酐(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、甲基丙烯酸缩水甘油酯等。PP接枝的方法主要有溶液接枝法、熔融接枝法、固相接枝法和悬浮接枝法等,应指出固相法接枝是相对环保、实用的聚丙烯接枝改性方法。并且对聚丙烯接枝改性的发展方向进行了展望。
固相法是20世纪90年代新兴的一种制备改性聚烯烃的方法。它是将PP粉末直接与适量的单体、引发剂以及其他适当的助剂接触直接反应。反应温度一般控制在聚烯烃软化点以下(100m130℃),常压反应。与其他接枝方法相比,固相接枝法__有许多显著优点:反应时间短,成本低,FP降解少,接枝效率高,接枝率高,不使用溶剂或使用少量有机溶剂作为表面活性剂,溶剂被PP表面吸收,后处理简单,结合了溶液法和熔融法的优点,克服了二者的缺点,高效节能,有着良好的发展前景。美国Akron大学的Rengarajanlj 则对全同立构聚丙烯(IPP) 固相接枝马来酸酐进行了全面的研究,他们认为界面活性剂用量虽少,但作用很大,起到润湿和溶胀PP的无定形区的作用;作者还讨论了温度、引发剂浓度、催化剂浓度等因素的影响,指出接枝率受到上述各因素的影响。而童身毅等 通过对PP—g—MAH的研究,提出PP固相接枝反应主要发生在PP的非结晶区或结晶区的微空、缺陷处的PP主链上。童身毅.[]5d61等还将FP-.g--MAH作为增容剂研究了其在聚丙烯/碳酸钙复合物和i-PP/CaSO4中的增容作用, 结果表明,PP—g—MAH能起到很好的增容作用,使复合材料的性能明显提高。通过对PP进行接枝改性,提高了PP与其他聚合物的相容性,并改变PP的分子结构,使其染色性、黏结性、抗静电性、力学性能得到改善。
    1.3 交联改性
    交联改性可分为辐射交联和化学交联。其主要区别在于引起交联反应活性源的生成机理不同。PP分子链在辐射或有机过氧化物作用下生成自由基,进一步分解或发生交联反应。
    PP分子结构的特点,决定了其比其他聚烯烃更易于交联。PP吸收100eV的能量,交联数(Gcr)为0.6,而分解数(Gde)为1.1,因而PP的大分子自由基优先起分解反应。辐射法交联需要使用昂贵的设备,其被照射物的厚度又有限制,因此用辐射法交联PP是很困难的。用过氧化物进行化学交联也相当困难,必须添加交联助剂,这种交联是与加工成型同时完成的。
    近年来,某些国家的研究部门开发了PP的二步法交联技术,有较高的实用价值。交联过程是用带有烯类双键的三官能团的有机硅烷在少量过氧化物的存在下,与PP在挤出机中熔融共混完成接枝反应(或者与丙烯单体共聚),然后在水的作用下,硅烷水解成硅醇,经缩合脱水而交联。该技术的关键是在接枝反应时必须严格控制,防止PP降解。
    1.4 表面改性
    聚合物材料存在大量的表面和界面问题。如表面的黏结、耐蚀、染色、吸附、耐老化、润滑、硬度、电阻以及对力学性能的影响等。
    为了改善PP的表面性质,通常需要解决以下几个问题:
    (1) 在PP分子链上引入极性基团;
    (2) 提高材料的表面能;
    (3) 提高材料的表面粗糙度;
    (4) 消除制品表面的弱边界层。
    PP的表面改性方法通常可分为化学改性和物理改性。化学改性是指用化学试剂处理PP材料表面,使其表面性质得到改善的方法。化学改性包括:酸洗、碱洗、过氧化物或臭氧处理等。物理改性是指用物理技术处理PP材料表面,使其表面性质得到改善的方法。物理改性目前应用最为广泛,包括等离子体表面处理、光辐射处理、火焰处理、涂覆处理和加入表面改性剂等。
二、 PP的物理改性与进展
    物理改性是在PP基体中加入其他无机材料、有机材料或一些有特殊功熊的添加助剂,经过混合、混炼而制得具有优异性能的PP复合材料。物理改性大致分为:填充改性、增强改性、共混改性、功能改性等。
    2.1 填充改性
    对PP进行填充改性的填充剂种类繁多,可按多种方法进行分类。按化学成分,可分为有机填充剂和无机填充剂两大类。常用的无机填料有:云母粉、碳酸钙、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。填充剂按形状分,有粉状、粒状、片状、纤维状等。滑石粉作为填料,可提高塑料制品的刚性、硬度、阻燃性能、电绝缘性能、尺寸稳定性,并具有润滑作用。填充20%-40%滑石粉的PP复合材料,不论是在室温还是在高温下,片状构型滑石粉的显著效果是提高PP的模量,而拉伸强度基本保持不变,冲击强度降低也不大。这在建筑业﹑航空﹑电力和电子产品上将得到广阔的发展空间。
    2.2 增强改性
    用于制作增强复合材料的增强剂主要是纤维。纤维的种类很少,主要品种有玻璃纤维、碳纤维、涤纶纤维,此外还有尼龙、聚酯纤维以及硼纤维、晶须等。
    玻璃纤维增强PP复合材料可分为物理结合型与化学结合型两大类。物理结合型玻璃纤维增强PP复合材料仅由PP与玻璃纤维之间的机械黏结力而得到较小的补强效果;化学结合型玻璃纤维增强PP由于在PP与玻璃纤维之间形成了坚固的化学和机械结合,因此效果显著,是目前玻璃纤维增强PP的主要发展方向。
    用碳纤维增强PP与用玻璃纤维增强PP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、导电性好、蠕变小、耐磨性好等优点,用量不断增长。为此,人们正在不断研究和开发碳纤维增强树脂。
    2.3 共混改性
    共混改性是指两种或两种以上聚合物材料无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混,最终形成一种宏观上均匀且力学、热学、光学及其他性能得到改善的新材料的过程。
    当前PP共混改性技术发展的主要特点是采用相容剂技术和反应性共混技术,在大幅度提高PP耐冲击性的同时,又使共混材料具有较高的拉伸强度和弯曲强度。相容剂在共混体系中可以改善两相界面黏结状况,有利于实现微观多相体系的稳定,而宏观上是均匀的结构状态。反应型相容剂除具有一般相容剂的功效外,还能在共混过程中通过自身相容效果,显著提高共混材料性能。
    在加工成型过程中,用弹性体改性PP提高了耐寒性,但降低了拉伸强度和耐热性,并且提高了成本。为了提高增韧PP的硬度、热变形温度及尺寸稳定性,可用偶联剂活化的填料或增强材料进行补强。用经偶联剂处理的玻璃纤维增强PP在强度和耐热性等方面有很大提高,可代替昂贵的工程塑料。
    随着反应挤出技术的不断发展和完善,国外更多地利用挤出机进行就地增容共混。应用反应挤出技术进行就地增容共混,能有效地降低聚合物与PP间的界面张力,提高其黏结强度,聚合物在PP基体中的分散效果更好,相态结构更趋于稳定。这不仅大大拓宽了PP的应用范围,而且所制备的接枝物可用作PP与极性高聚物共混的相容剂。因此,反应挤出共混技术将成为今后PP改性广泛采用的有效方法。
    2.4 其他改性
    防静电处理也是对PP的改性方法之一。目前对PP的防静电处理方法主要有两种:一是外用抗静电剂法,即用外部喷洒、浸渍和涂敷抗静电剂或材料表面改性使其接枝上抗静电剂;二是内用抗静电剂法,即将抗静电剂掺和到材料中或将高分子材料与导电材料混用,使之成为具有抗静电性能的材料。
三、聚丙烯改性展望
    21世纪新材料发展非常迅速,优胜劣汰的竞争将更为激烈。PP以其价格低廉、品质优良、适于改性的特点,成为人们的首选。高科技改性技术的引入,使通用PP部分替代工程塑料、功能塑料为占据市场成为可能,使低档塑料高性能化应用成为现实。尽管在各种改性PP中可能还存在不完善和缺陷,但是,可以预料经济而有效的PP改性开发研究仍将方兴未艾。
(责任编辑:jtadmin)

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