论文部分内容阅读
摘 要：聚丙烯（Poly Propylene，PP）作为一种通用高分子材料，已成为继聚乙烯 聚氯乙烯之后的第三大通用塑料，应用非常广泛，但是由于普通聚丙烯还存在很多缺点，所以研制聚丙烯复合材料十分必要。
关键词：聚丙烯复合材料;制备;性能
中图分类号：TQ32 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-11-00-01
一、引言
聚丙烯（Poly Propylene，PP）作为一种通用高分子材料，具有强度高、耐热性好、密度小、易加工和廉价等优点，已成为继聚乙烯、聚氯乙烯之后的第三大通用塑料，成为最具发展前途的热塑性高分子材料之一。但普通聚丙烯韧性差、低温易脆裂，其半结晶性使其无法适用于低温环境，且其非极性的线性链结构和较高的结晶性降低了与其它高分子材料和无机填料的相容性，限制了聚丙烯在许多领域中的进一步应用。因此，对聚丙烯进行改性，制备高性能、功能化聚丙烯复合材料，拓展其应用领域，便成为了学术界和企业界关注的焦点。本文以聚丙烯合金为例介绍其制备方法及性能。
二、聚丙烯合金的制备
（一）接枝改性法制备聚丙烯合金
制备聚丙烯合金，首先要增强其与合金组分的相容性，即在其分子中引入功能性基团，对PP进行接枝改性，即在PP主链上接枝含功能性基团的单体，使其包含功能性基团结构，既能增加PP功能性又能提高机械性能，是一种简单可行的方法。向PP链中引入含有极性基团的单体，如马来酸酐（MAH）、丙烯酸酯、丙烯酰胺（AM）、苯乙烯（St）等，可改善其染色性、粘接性及與其他聚合物的相容性差等缺点，提高PP的热稳定性及光化学稳定性，增强PP极性的同时赋予其反应活性。接枝后的PP一般为改性部分和未反应原料的混合体，本身就已是塑料合金了;此外，经过接枝改性的PP还可用做高聚物共混的界面相容剂以及高聚物与无机填料复合的相容剂。
溶液接枝法是将PP溶解在适当的溶剂中，通过自由基、氧化和高能辐射等方法引发单体接枝共聚。接枝反应以自由基引发居多。通常在120～140℃之间进行，选用甲苯、二甲苯、氯苯等作为溶剂，溶剂的极性对接枝反应影响很大。
熔融接枝法也称为反应挤出法，是研究最多并已实现工业化的一种接枝方法。熔融接枝法是将聚烯烃与接枝单体和各种助剂在挤出机中熔融进行接枝共聚反应生成改性产品的方法。
辐射接枝法是用电子加速器产生的电子射线或Co60产生的中子射线照射使PP产生自由基，再与接枝单体反应生成接枝共聚物。根据辐照过程和接枝过程的特点，分为4种实施技术，共辐射法、过氧化法、后辐射法和辐射法。
悬浮接枝法是将聚丙烯颗粒与单体和引发剂一起悬浮在水相上反应，通常反应前在低温下将PP和单体接触一定时间，使其充分接触、均匀分布，再升温进行接枝反应。
紫外光辐射接枝法是以二苯甲酮（BP）为光引发剂，在紫外（UV）光引发下，加入接枝单体对PP进行接枝改性，具备活性自由基聚合的特点。
固相接枝法是将聚丙烯颗粒直接与适量的单体、引发剂以及助剂混合，加热引发接枝反应，反应温度一般控制在PP软化点以下（100～140℃），由于PP在反应温度下仍然保持颗粒状，故称为固相接枝法。
超临界二氧化碳（SCCO2）协助PP固相接枝法既具有溶液法接枝均匀、接枝率高，反应温度低，PP断链少的长处，又具有固相法后处理简单，不需要使用有机溶剂的优点，同时在一定程度上克服了这两种方法各自的缺点。利用SCCO2将单体和引发剂溶解同时将PP溶胀、把接枝单体和引发剂携带到PP粒子内部，在PP基体上进行插嵌，然后升温在固相中进行接枝反应，对PP改性和修饰。超临界流体独特的物理化学性质，有效改善了相间传质，使接枝均匀。超临界接枝改性有两种方法：一种是将单体、引发剂及PP一起在SCCO2中溶胀一段时间后直接快速升温反应到规定时间。另一种不经过溶胀阶段而直接升温后在超临界状态下反应。
（二）原位共聚法制备聚丙烯合金
原位制备聚丙烯合金技术是在第四代Ziegler～Nat ta催化剂的基础上发展起来的，可大幅度调控聚合物材料的性能，因此被誉为聚烯烃材料领域的一次革命。原位技术是以聚烯烃粒子为微型反应器，又称为颗粒反应器技术（RGT）。20世纪80年代，Himont公司（现Basell公司）首先提出“颗粒反应器”的概念：通过控制烯烃单体在多孔球形载体催化剂上聚合增长，得到完全复制催化剂形态的聚合物粒子，该粒子具有球形多孔结构，可作为微反应器，进行多种烯烃单体的共聚，生成聚烯烃合金。
丙烯在第一级反应器中进行本体聚合，得到均聚聚丙烯，然后转移至下一级反应器，同时通入乙烯和丙烯或乙烯和α-烯烃进行气相共聚，在均聚聚丙烯颗粒的孔隙内部生成共聚物弹性体。通常商品化的抗冲聚丙烯中乙丙无规共聚物的质量分数控制在5%～25%，共聚物中乙烯的质量分数为40%～65%。
三、聚丙烯合金的性能
以下以塑钢纤维为例，塑钢纤维是一种新型合成纤维。塑钢纤维是以聚丙烯改性高分子聚合物为主要原料，经过特殊工艺技术生产而成。它是一种表面粗糙，外型轮廓分明的单丝粗纤维：直径粗细不同、纤维长短不等、成波浪形状、抗拉强度高、弹性模量大、抗酸碱能力强;并且具备钢筋、钢纤维的外型，钢筋、钢纤维的功能，又有合成软纤维的优点。主要用来代替在混凝土面板结构中的焊接金属网格和钢纤维。塑钢纤维是一种应用于建筑工程，控制混凝土韧性和抗击性能的高强度纤维，可以替代传统钢筋网、钢纤维，而建设成本更加经济;使用操作省时方便：且具有广泛应用前景的混凝土增强新型材料。不仅如此在其他方面聚丙烯材料的应用和发展也前景广阔。
四、结束语
普通聚丙烯材料的缺点导致聚丙烯复合材料的出现，聚丙烯复合材料的优良特性使其迅速得到了广泛应用。
参考文献：
[1]赵爱利.车用聚丙烯树脂SP179的工业开发与研究[D].兰州理工大学，2011.
[2]胡徐腾，李振宇，牛慧等.聚丙烯釜内合金技术的研究进展[J].石油化工，2006，35（5）：405～410.
[3]杜威，姜涛，宁英男等.聚丙烯合金技术的研究进展[J].石油化工，2008，37（2）：191～197
关键词：聚丙烯复合材料;制备;性能
中图分类号：TQ32 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-11-00-01
一、引言
聚丙烯（Poly Propylene，PP）作为一种通用高分子材料，具有强度高、耐热性好、密度小、易加工和廉价等优点，已成为继聚乙烯、聚氯乙烯之后的第三大通用塑料，成为最具发展前途的热塑性高分子材料之一。但普通聚丙烯韧性差、低温易脆裂，其半结晶性使其无法适用于低温环境，且其非极性的线性链结构和较高的结晶性降低了与其它高分子材料和无机填料的相容性，限制了聚丙烯在许多领域中的进一步应用。因此，对聚丙烯进行改性，制备高性能、功能化聚丙烯复合材料，拓展其应用领域，便成为了学术界和企业界关注的焦点。本文以聚丙烯合金为例介绍其制备方法及性能。
二、聚丙烯合金的制备
（一）接枝改性法制备聚丙烯合金
制备聚丙烯合金，首先要增强其与合金组分的相容性，即在其分子中引入功能性基团，对PP进行接枝改性，即在PP主链上接枝含功能性基团的单体，使其包含功能性基团结构，既能增加PP功能性又能提高机械性能，是一种简单可行的方法。向PP链中引入含有极性基团的单体，如马来酸酐（MAH）、丙烯酸酯、丙烯酰胺（AM）、苯乙烯（St）等，可改善其染色性、粘接性及與其他聚合物的相容性差等缺点，提高PP的热稳定性及光化学稳定性，增强PP极性的同时赋予其反应活性。接枝后的PP一般为改性部分和未反应原料的混合体，本身就已是塑料合金了;此外，经过接枝改性的PP还可用做高聚物共混的界面相容剂以及高聚物与无机填料复合的相容剂。
溶液接枝法是将PP溶解在适当的溶剂中，通过自由基、氧化和高能辐射等方法引发单体接枝共聚。接枝反应以自由基引发居多。通常在120～140℃之间进行，选用甲苯、二甲苯、氯苯等作为溶剂，溶剂的极性对接枝反应影响很大。
熔融接枝法也称为反应挤出法，是研究最多并已实现工业化的一种接枝方法。熔融接枝法是将聚烯烃与接枝单体和各种助剂在挤出机中熔融进行接枝共聚反应生成改性产品的方法。
辐射接枝法是用电子加速器产生的电子射线或Co60产生的中子射线照射使PP产生自由基，再与接枝单体反应生成接枝共聚物。根据辐照过程和接枝过程的特点，分为4种实施技术，共辐射法、过氧化法、后辐射法和辐射法。
悬浮接枝法是将聚丙烯颗粒与单体和引发剂一起悬浮在水相上反应，通常反应前在低温下将PP和单体接触一定时间，使其充分接触、均匀分布，再升温进行接枝反应。
紫外光辐射接枝法是以二苯甲酮（BP）为光引发剂，在紫外（UV）光引发下，加入接枝单体对PP进行接枝改性，具备活性自由基聚合的特点。
固相接枝法是将聚丙烯颗粒直接与适量的单体、引发剂以及助剂混合，加热引发接枝反应，反应温度一般控制在PP软化点以下（100～140℃），由于PP在反应温度下仍然保持颗粒状，故称为固相接枝法。
超临界二氧化碳（SCCO2）协助PP固相接枝法既具有溶液法接枝均匀、接枝率高，反应温度低，PP断链少的长处，又具有固相法后处理简单，不需要使用有机溶剂的优点，同时在一定程度上克服了这两种方法各自的缺点。利用SCCO2将单体和引发剂溶解同时将PP溶胀、把接枝单体和引发剂携带到PP粒子内部，在PP基体上进行插嵌，然后升温在固相中进行接枝反应，对PP改性和修饰。超临界流体独特的物理化学性质，有效改善了相间传质，使接枝均匀。超临界接枝改性有两种方法：一种是将单体、引发剂及PP一起在SCCO2中溶胀一段时间后直接快速升温反应到规定时间。另一种不经过溶胀阶段而直接升温后在超临界状态下反应。
（二）原位共聚法制备聚丙烯合金
原位制备聚丙烯合金技术是在第四代Ziegler～Nat ta催化剂的基础上发展起来的，可大幅度调控聚合物材料的性能，因此被誉为聚烯烃材料领域的一次革命。原位技术是以聚烯烃粒子为微型反应器，又称为颗粒反应器技术（RGT）。20世纪80年代，Himont公司（现Basell公司）首先提出“颗粒反应器”的概念：通过控制烯烃单体在多孔球形载体催化剂上聚合增长，得到完全复制催化剂形态的聚合物粒子，该粒子具有球形多孔结构，可作为微反应器，进行多种烯烃单体的共聚，生成聚烯烃合金。
丙烯在第一级反应器中进行本体聚合，得到均聚聚丙烯，然后转移至下一级反应器，同时通入乙烯和丙烯或乙烯和α-烯烃进行气相共聚，在均聚聚丙烯颗粒的孔隙内部生成共聚物弹性体。通常商品化的抗冲聚丙烯中乙丙无规共聚物的质量分数控制在5%～25%，共聚物中乙烯的质量分数为40%～65%。
三、聚丙烯合金的性能
以下以塑钢纤维为例，塑钢纤维是一种新型合成纤维。塑钢纤维是以聚丙烯改性高分子聚合物为主要原料，经过特殊工艺技术生产而成。它是一种表面粗糙，外型轮廓分明的单丝粗纤维：直径粗细不同、纤维长短不等、成波浪形状、抗拉强度高、弹性模量大、抗酸碱能力强;并且具备钢筋、钢纤维的外型，钢筋、钢纤维的功能，又有合成软纤维的优点。主要用来代替在混凝土面板结构中的焊接金属网格和钢纤维。塑钢纤维是一种应用于建筑工程，控制混凝土韧性和抗击性能的高强度纤维，可以替代传统钢筋网、钢纤维，而建设成本更加经济;使用操作省时方便：且具有广泛应用前景的混凝土增强新型材料。不仅如此在其他方面聚丙烯材料的应用和发展也前景广阔。
四、结束语
普通聚丙烯材料的缺点导致聚丙烯复合材料的出现，聚丙烯复合材料的优良特性使其迅速得到了广泛应用。
参考文献：
[1]赵爱利.车用聚丙烯树脂SP179的工业开发与研究[D].兰州理工大学，2011.
[2]胡徐腾，李振宇，牛慧等.聚丙烯釜内合金技术的研究进展[J].石油化工，2006，35（5）：405～410.
[3]杜威，姜涛，宁英男等.聚丙烯合金技术的研究进展[J].石油化工，2008，37（2）：191～197