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聚丙烯PP腳輪改性技術(shù)
發(fā)表時(shí)間:2012/8/16 13:44:16
聚丙烯（PP腳輪）改性技術(shù)介紹1、填充改性
填充改性是在塑料中添加相對廉價(jià)的非金屬礦粉體材料或其它材料，從而降低制品的原材料成本，同時(shí)還可以改善塑料材料某些性能，比如剛性、硬度和耐熱性等。通常使用的非礦粉體材料有碳酸鈣（輕鈣、重鈣）、滑石粉、云母粉、高嶺土、硅灰石粉、氫氧化鋁、氫氧化鎂或水鎂石粉、沉淀硫酸鋇或重晶石粉等。表1列出幾種主要填充材料及在聚丙烯塑料中的改性效果。
表1 幾種主要填料及對PP腳輪改性效果
填料種類改性效果
碳酸鈣（重鈣、輕鈣）增量降低成本、提高抗沖擊性能、改善印刷性
滑石粉（片狀）增量降低成本、提高剛性和耐熱性、提高尺寸穩(wěn)定性
云母粉（片狀）顯著提高剛性和耐熱性，提高尺寸穩(wěn)定性和耐高溫蠕變性
煅燒高嶺土提高電絕緣性
硅灰石（針狀）有一定增強(qiáng)效果、提高表面硬度
沉淀硫酸鋇（重晶石粉）提高制品表面光澤、增大材料密度
氫氧化鋁、氫氧化鎂（水鎂石粉）作為阻燃劑使用，達(dá)到填充、阻燃、消煙三重效果
炭黑制作導(dǎo)電塑料，達(dá)到永久抗靜電效果，提高耐光照老化性
金屬粉末制作導(dǎo)電塑料，達(dá)到永久抗靜電效果
木粉降低成本、有利資源再生利用
石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯提高潤滑性、減小摩擦力
填充改性中也存在填料在聚丙烯基體中的分布、分散是否均勻的問題，同時(shí)填料顆粒表面需經(jīng)適當(dāng)處理才能與非極性聚丙烯的分子有較好的親合性。填料的表面處理方法及處理劑的選擇是決定填充改性成敗的關(guān)鍵。
填充改性PP腳輪生產(chǎn)工藝，其主機(jī)都是混煉型擠出機(jī)，可以根據(jù)不同的需要采用不同的螺桿形式。通常情況下多采用單螺桿擠出機(jī)或雙波狀螺桿擠出機(jī)或雙波狀螺桿擠出機(jī)，只有在特殊專用料的生產(chǎn)上采用雙螺桿機(jī)擠出機(jī)，不過對用碳酸鈣填充或滑石粉填充、選用單螺桿或雙波狀螺桿擠出設(shè)備完全可以實(shí)現(xiàn)。
2、共混改性
采用機(jī)械的辦法，在已經(jīng)生成的聚合物中加入其它聚合物，使其性能發(fā)生變化稱之為共混改性。 以聚丙烯為主體的共混改性可以達(dá)到的各種效果見表2。
表2 PP腳輪共混改性使用的添加物及改性效果
改性效果改性用添加物
提高抗低溫沖擊性乙丙橡膠、EPDM、POE、EVA、SBS
提高透明性LDPE、乙丙橡膠、POE
提高著色性聚酰胺、聚氨酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚酯、聚偏二氯乙烯
提高氣密性（氣體阻隔性）聚酰胺、聚偏二氯乙烯
改進(jìn)抗靜電性聚乙烯醇
在共混改性中必須注意不同聚合物之間的相容性，在相容性較差的兩種聚合物共混時(shí)，往往需要加入分別和兩種聚合物相容性都好的第三組分，稱之為相容劑。例如聚丙烯和尼龍-6的相容性極差，單*機(jī)械的力量不能把二者混勻，此時(shí)如加入少許已經(jīng)接枝有順丁烯二酸酐的聚丙烯，由于順丁烯二酸酐與尼龍-6的酰胺基團(tuán)可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，就可以大大改善聚丙烯和尼龍-6的相容性。
共混改性中需注意的是只有形成不完全相容的多相體系，同時(shí)又能使兩種聚合物達(dá)到相互均勻分散時(shí)，才能達(dá)到預(yù)期的改性效果。
3、增強(qiáng)改性PP腳輪
纖維狀材料加入到塑料中，可以顯著提高塑料材料的強(qiáng)度，故稱之為增強(qiáng)改性。大徑厚比的材料可以顯著提高塑料材料的彎曲模量（剛性），也可以將其稱之為增強(qiáng)改性。
玻璃纖維是主要的增強(qiáng)材料，可以顯著提高PP腳輪塑料的拉伸強(qiáng)度。玻纖含量一般不超過40%，一般認(rèn)為在纖維長度大于0.2mm時(shí)有改性效果，其玻纖的直徑在十幾個(gè)微米時(shí)效果較好。玻纖含量增大時(shí)，增強(qiáng)PP腳輪的加工流動(dòng)性相應(yīng)下降，但仍屬流動(dòng)性較好的塑料。
由于玻纖增強(qiáng)PP腳輪可以提高機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性，且玻纖增強(qiáng)PP腳輪的耐水蒸汽性、耐化學(xué)腐蝕性和耐蠕變性都很好，在許多場合可以作為工程塑料使用，如風(fēng)扇葉片、暖風(fēng)機(jī)格柵、葉輪泵、燈罩、電爐和加熱器外殼等等。
一、聚丙烯的化學(xué)改性
1、共聚改性
共聚是化學(xué)改性的重要手段。除前面丙烯與乙烯單體共聚外，丙烯還可以與氯乙烯、丙烯酸等單體共聚，還可以在PP腳輪主鏈上接枝上化學(xué)結(jié)構(gòu)與主鏈完全不同的聚合物鏈段，稱之為接枝共聚。
如果接枝的聚合物帶有極性基團(tuán)，可以改善PP腳輪的粘接特性，以致于在熔融后能牢固地與聚酰胺（尼龍）、金屬、玻璃、木材、紙等材料粘合在一起。日本石油化學(xué)公司的QF305就是可用于PA/PP腳輪復(fù)合膜（管）的粘合性樹脂，QF500和QF551則可用于EVOH（乙烯—乙烯醇共聚物，阻隔性極好）/PP腳輪復(fù)合膜（板）的粘合。
近年來，國外研究改性PP腳輪已經(jīng)成為開發(fā)新的PP腳輪材料的熱點(diǎn)，特別是PP腳輪嵌段共聚物的發(fā)展尤為迅速。嵌段共聚物與等規(guī)PP腳輪相比，低溫性能優(yōu)良，耐沖擊性好；與等規(guī)PP腳輪和各種熱塑性高聚物的共混物相比，剛性降低不大，脆性得到改善；與HDPE相比，耐熱性高，抗應(yīng)力開裂性好，表面硬度高，收縮率低，抗蠕變性較好。
2、接枝改性
PP腳輪是非極性聚合物，通過接枝改性可賦予PP腳輪以極性，從而改進(jìn)PP腳輪的粘接性、涂飾性、油墨印刷性。接枝后的即可作為擠出復(fù)合膜的粘接層、熱熔膠，也可作為PP腳輪與各種極性聚合物如PA等共棍用的相容劑。
在PP腳輪分子鏈上接枝彈性鏈段有助于提高PP腳輪沖擊強(qiáng)度和低溫性能。如果接枝上適當(dāng)?shù)臉O性基團(tuán)，則可以改善PP腳輪的粘接特性。以PP腳輪為基材的極性支鏈接枝共聚物不僅在強(qiáng)度特性、耐藥品性、耐侯性等方面保持即的基本特性，而且在熔融后能牢固地與聚酰胺、乙烯-乙烯醇共聚物、金屬、玻璃、木材、紙等粘接，在老化、水浸漬、沸水處理、蒸煮處理方面，可顯示優(yōu)良的耐持久性。
如果在PP腳輪主鏈上通過化學(xué)反應(yīng)接枝上氯（Cl）或其它極性基團(tuán)，同樣可以改變PP腳輪的極性。近年來馬來酸酐、丙烯酸等接枝聚丙烯已商品化，獲得很多應(yīng)用。
3、交聯(lián)PP腳輪
PP腳輪的交聯(lián)方法與PE基本上一樣，有化學(xué)交聯(lián)和輻射交聯(lián)。但對于PP腳輪，輻射交聯(lián)的同時(shí)降解也十分嚴(yán)重，因此輻射交聯(lián)的效果很有限，所以一般采用化學(xué)交聯(lián)。通過交聯(lián)可以提高PP腳輪的力學(xué)性能和耐熱性能。
二、聚丙烯的物理改性
1、填充改性
填充改性是在塑料中添加相對廉價(jià)的非金屬礦粉體材料或其它材料，從而降低制品的原材料成本，同時(shí)還可以改善塑料材料某些性能，比如剛性、硬度和耐熱性等。通常使用的非礦粉體材料有碳酸鈣（輕鈣、重鈣）、滑石粉、云母粉、高嶺土、硅灰石粉、氫氧化鋁、氫氧化鎂或水鎂石粉、沉淀硫酸鋇或重晶石粉等。表1列出幾種主要填充材料及在聚丙烯塑料中的改性效果。
表1 幾種主要填料及對PP腳輪改性效果
填料種類 改性效果
碳酸鈣（重鈣、輕鈣） 增量降低成本、提高抗沖擊性能、改善印刷性
滑石粉（片狀） 增量降低成本、提高剛性和耐熱性、提高尺寸穩(wěn)定性
云母粉（片狀） 顯著提高剛性和耐熱性，提高尺寸穩(wěn)定性和耐高溫蠕變性
煅燒高嶺土 提高電絕緣性
硅灰石（針狀） 有一定增強(qiáng)效果、提高表面硬度
沉淀硫酸鋇（重晶石粉） 提高制品表面光澤、增大材料密度
氫氧化鋁、氫氧化鎂（水鎂石粉） 作為阻燃劑使用，達(dá)到填充、阻燃、消煙三重效果
炭黑 制作導(dǎo)電塑料，達(dá)到永久抗靜電效果，提高耐光照老化性
金屬粉末 制作導(dǎo)電塑料，達(dá)到永久抗靜電效果
木粉 降低成本、有利資源再生利用
石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯 提高潤滑性、減小摩擦力
填充改性中也存在填料在聚丙烯基體中的分布、分散是否均勻的問題，同時(shí)填料顆粒表面需經(jīng)適當(dāng)處理才能與非極性聚丙烯的分子有較好的親合性。填料的表面處理方法及處理劑的選擇是決定填充改性成敗的關(guān)鍵。
填充改性PP腳輪生產(chǎn)工藝，其主機(jī)都是混煉型擠出機(jī)，可以根據(jù)不同的需要采用不同的螺桿形式。通常情況下多采用單螺桿擠出機(jī)或雙波狀螺桿擠出機(jī)或雙波狀螺桿擠出機(jī)，只有在特殊專用料的生產(chǎn)上采用雙螺桿機(jī)擠出機(jī)，不過對用碳酸鈣填充或滑石粉填充、選用單螺桿或雙波狀螺桿擠出設(shè)備完全可以實(shí)現(xiàn)。
2、共混改性[飛步腳輪原創(chuàng)文章]
采用機(jī)械的辦法，在已經(jīng)生成的聚合物中加入其它聚合物，使其性能發(fā)生變化稱之為共混改性。 以聚丙烯為主體的共混改性可以達(dá)到的各種效果見表2。
表2 PP腳輪共混改性使用的添加物及改性效果
改性效果 改性用添加物
提高抗低溫沖擊性 乙丙橡膠、EPDM、POE、EVA、SBS
提高透明性 LDPE、乙丙橡膠、POE
提高著色性 聚酰胺、聚氨酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚酯、聚偏二氯乙烯
提高氣密性（氣體阻隔性） 聚酰胺、聚偏二氯乙烯
改進(jìn)抗靜電性 聚乙烯醇
在共混改性中必須注意不同聚合物之間的相容性，在相容性較差的兩種聚合物共混時(shí)，往往需要加入分別和兩種聚合物相容性都好的第三組分，稱之為相容劑。例如聚丙烯和尼龍-6的相容性極差，單*機(jī)械的力量不能把二者混勻，此時(shí)如加入少許已經(jīng)接枝有順丁烯二酸酐的聚丙烯，由于順丁烯二酸酐與尼龍-6的酰胺基團(tuán)可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，就可以大大改善聚丙烯和尼龍-6的相容性。
共混改性中需注意的是只有形成不完全相容的多相體系，同時(shí)又能使兩種聚合物達(dá)到相互均勻分散時(shí)，才能達(dá)到預(yù)期的改性效果。
3、增強(qiáng)改性PP腳輪
纖維狀材料加入到塑料中，可以顯著提高塑料材料的強(qiáng)度，故稱之為增強(qiáng)改性。大徑厚比的材料可以顯著提高塑料材料的彎曲模量（剛性），也可以將其稱之為增強(qiáng)改性。
玻璃纖維是主要的增強(qiáng)材料，可以顯著提高PP腳輪塑料的拉伸強(qiáng)度。玻纖含量一般不超過40%，一般認(rèn)為在纖維長度大于0.2mm時(shí)有改性效果，其玻纖的直徑在十幾個(gè)微米時(shí)效果較好。玻纖含量增大時(shí)，增強(qiáng)PP腳輪的加工流動(dòng)性相應(yīng)下降，但仍屬流動(dòng)性較好的塑料。
由于玻纖增強(qiáng)PP腳輪可以提高機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性，且玻纖增強(qiáng)PP腳輪的耐水蒸汽性、耐化學(xué)腐蝕性和耐蠕變性都很好，在許多場合可以作為工程塑料使用，如風(fēng)扇葉片、暖風(fēng)機(jī)格柵、葉輪泵、燈罩、電爐和加熱器外殼等等。
4、納米改性PP腳輪
近年來，隨著填料粒子的表面處理技術(shù)，特別是填料粒子的超微細(xì)化開發(fā)和應(yīng)用，聚合物的填充改性已經(jīng)從最簡單的增量增強(qiáng)轉(zhuǎn)到增韌增強(qiáng)上來；從單純注重力學(xué)性能的提高，轉(zhuǎn)到開發(fā)功能性復(fù)合材料上來。
與傳統(tǒng)的PP腳輪共混相比，納米PP腳輪復(fù)合材料具有更好的剛性，保持了良好的低溫沖擊性能。填充5%的納米填料與填充25%的滑石粉達(dá)到相當(dāng)?shù)膭傂裕鳳P腳輪納米復(fù)合材料還具有尺寸穩(wěn)定性高，較低的熱膨脹率。用納米硅基氧化物改性的PP腳輪可以代替PA6，且其電阻率、吸水率、屈撓度、剛性均達(dá)到或超過PA6標(biāo)準(zhǔn)值。無機(jī)納米粒子填充聚合物日前正成為各國研究開發(fā)的熱點(diǎn)。
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