聚烯烴塑料改性的研究

張娟

摘 要：聚烯烴塑料具有優(yōu)良的物理性質(zhì)、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，通常用作塑料薄膜、塑料管道材料。對它的性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化改變，可以使它具有剛性高、耐高溫能力強、延展性好、強度高以及制作成本低等優(yōu)點。本文將通過概述、聚烯烴塑料接枝改性分析、聚烯烴塑料交聯(lián)改性分析、聚烯烴塑料填充改性分析以及聚烯烴塑料共混改性分析這三幾方面來重點闡述，為我國更優(yōu)化的聚烯烴塑料改性研究做出參考。

關(guān)鍵詞：塑料；交聯(lián)改性；接枝改性；輻射交聯(lián)；共混改性；聚烯烴

引言

自改革開發(fā)以來，我國的材料科學(xué)發(fā)展非常迅速，聚烯烴塑料廣泛應(yīng)用于人們生產(chǎn)、生活的各個方面。隨著人們生活品質(zhì)的提升，傳統(tǒng)性能的聚烯烴塑料材料已經(jīng)無法滿足當(dāng)今社會人們的需求、所以，對它的性質(zhì)進(jìn)行研究，生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)性能的產(chǎn)品顯得很有必要，它的改性研究也成為了當(dāng)今社會一個熱點研究項目。

1 概述

常見的聚烯烴材料包含PE（聚乙烯）材料、PP（聚丙烯）材料等等，聚乙烯材料和聚丙烯材料具有很高的性價比。并且，它們具有優(yōu)良力學(xué)性質(zhì)、耐熱性質(zhì)和易于生產(chǎn)加工等方面優(yōu)勢。在我國，聚乙烯材料塑料和聚丙烯材料塑料這兩者產(chǎn)量之和大約占到生產(chǎn)總量的三分之一左右。通過對聚乙烯材料優(yōu)化改性，生產(chǎn)出來聚乙烯材料密度大大降低，這就是我們常見的LLDPE和LDPE（輕質(zhì)聚乙烯）材料，它們主要使用于塑料薄膜、塑料板材等等方面；通過對聚乙烯材料優(yōu)化改性，生產(chǎn)出來高密度聚乙烯材料，它的剛性性能和延展性能比較好，主要適用于塑料膜、吹塑制品等等。聚丙烯材料力學(xué)性質(zhì)很好，在工程建設(shè)的某些部位可以用作工程建筑材料，它是目前發(fā)展前景最好的塑料原材料其中之一。但是聚乙烯材料和聚丙烯材料的粘黏性不強、親水性不好以及抗靜電性能不佳。除此之外，它們的強度剛度要求、抗高溫等性質(zhì)也并不能完全滿足人們的生產(chǎn)、生活需求。通過多年來大量的研究，顯著提升了對這兩種材料的交聯(lián)改性研究、接枝改性研究、共混改性研究以及填充改性研究的成果，逐漸研發(fā)出剛性更高、強度更大、耐高溫能力更強以及生產(chǎn)成本更低廉的聚烯烴產(chǎn)品。因此，聚乙烯材料和聚丙烯材料具有很強的代表性，本文主要以聚乙烯材料和聚丙烯材料來著重分析。

2 接枝改性分析

聚乙烯材料和聚丙烯材料兩者都屬于非極性聚合物高分子構(gòu)成，分子的表面能較低、染色性很差，并且它們與極性高聚物分子材料、金屬材料、無機材料的相容性也不好，在實際生產(chǎn)中，很難對它們進(jìn)行粘接。接枝改性就是采用把碳碳不飽和化學(xué)分子雙鍵打破然后和聚乙烯材料和聚丙烯材料的高分子進(jìn)行重新排列組合接枝，從而制造出可加強聚乙烯材料和聚丙烯材料高分子的反應(yīng)性程度的過程。普遍認(rèn)為，高分子功能基團(tuán)是在聚乙烯材料和聚丙烯材料高分子的基質(zhì)表面進(jìn)行分布排列組合的，這樣就會大大提升這兩種材料和其它不同的基質(zhì)材料分子的相容程度。通過對丙烯酸材料分子、丙烯腈材料分子、苯乙烯材料分子等等高分子烴類酯類材料進(jìn)行重新排列組合接枝研究，發(fā)現(xiàn)它們的接枝物親水性能、粘連性能及其與極性高分子材料相互融合性能能夠得到大大的提升。這里需要重點介紹的是通過對它們的重新排列組合接枝研究，這種技術(shù)被廣泛用作于聚乙烯材料和聚丙烯材料與尼龍材料、SiO2、工業(yè)淀粉以及木質(zhì)素材料等等混合物的材料界面改性。在熔爐組合接枝的化學(xué)反應(yīng)過程中加入所需要的接枝單體能夠顯著提升接枝單體的成功率，在此化學(xué)反應(yīng)過程中，所需要接枝的單體分子和聚乙烯材料與聚丙烯材料的大分子之間有著很高的自由基化學(xué)反應(yīng)活潑性質(zhì)。苯乙烯材料分子是當(dāng)前使用很多的共單體分子，很多科研團(tuán)隊通過對ST存在條件下的馬來酸酐進(jìn)行重新排列組合接枝聚丙烯材料的研究發(fā)現(xiàn)，ST的化學(xué)反應(yīng)活潑性比馬來酸酐材料分子高，更加容易和聚丙烯材料形成接枝化學(xué)變化，從而提升了馬來酸酐材料與聚丙烯材料這兩者之間的接枝成功率。

3 交聯(lián)改性分析

聚乙烯材料和聚丙烯材料的交聯(lián)改性是把線性和微度支化的聚合物大分子轉(zhuǎn)變成具有三維立體結(jié)構(gòu)分子的過程。聚乙烯材料和聚丙烯材料通過交聯(lián)改性之后，材料的延展性、抗沖擊性、耐高溫性能都有著顯著的提升，并且材料本身原有的其它性能優(yōu)勢不會受到影響。

聚乙烯材料的交聯(lián)改性被大量使用于熱水管道、泡沫材料以及地埋電纜等等，聚乙烯材料的交聯(lián)改性還可以提升材料的外觀形態(tài)的穩(wěn)定程度，增加熔體材料的強度，減少生產(chǎn)成型所需要的時間。交聯(lián)改性這種方式相比較為簡單容易實現(xiàn)。常見的方法有：輻射交聯(lián)改性、過氧化物交聯(lián)改性等等。

3.1 輻射交聯(lián)分析

輻射交聯(lián)改性是把大分子聚合物通過光能或者其它高能輻射射線的作用之后，從而形成大分子聚合物自由基再與所需材料分子作用形成的交聯(lián)過程。聚乙烯是非常常見的可以采用輻射交聯(lián)方式的大分子聚合物材料，對其深入的研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過輻射交聯(lián)方式之后，聚乙烯材料的阻燃性能、電絕緣性能、以及耐高溫性能有了顯著的提升。通過對低密度聚乙烯當(dāng)作制作基材，加入適當(dāng)?shù)腅VA材料（量乙烯-乙酸乙烯共聚物）、阻燃劑與EPDM（乙丙三組分橡膠），通過輻射交聯(lián)制造工藝之后，生產(chǎn)研制出的產(chǎn)品可以在150攝氏度高溫環(huán)境下長時間使用，它的抗拉伸強度達(dá)到10 MPa左右，適用于航天航空工程、汽車工程等等電線保護(hù)層。

3.2 過氧化物交聯(lián)分析

聚乙烯材料和聚丙烯材料的過氧化物交聯(lián)也可以稱作化學(xué)交聯(lián)，這種方法是把過氧化物在高溫條件下，導(dǎo)致其分解而導(dǎo)致的復(fù)雜自由基反應(yīng)，然后與聚乙烯材料和聚丙烯材料發(fā)生交聯(lián)的過程。當(dāng)使用這種反應(yīng)方式的時候，熔融溫度條件一定不能高于過氧化物發(fā)生分解的溫度條件，否則在反應(yīng)的早期階段就會導(dǎo)致交聯(lián)的熔體粘稠度偏高，造成產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)不到生產(chǎn)要求。因為過氧化物交聯(lián)在實際的生產(chǎn)過程中，所需要的生產(chǎn)環(huán)境比較高，生產(chǎn)成本造價高。因此這種方式并不適合大范圍推廣，人們對其的研究也并沒有前面兩種方式多。

4 填充改性分析

4.1 纖維增強改性分析

碳酸鈣等無機分子材料填充使用在聚乙烯材料和聚丙烯材料的時候可以大大減少它們的經(jīng)濟成本，通常來說如果填料的粒徑較大，那么可以明顯提高聚烯烴材料的剛性強度和韌性。但是它會造成材料的抗沖擊性能降低。近年來，人們加強了對剛性粒子增韌性能更多的關(guān)注和研究。傅強對大小不同的碳酸鈣粒徑與HDPE實驗的時候發(fā)現(xiàn)，碳酸鈣的加入量必須大于某一范圍的時候，生產(chǎn)出來的材料才有顯著的韌性增強作用。

聚乙烯材料和聚丙烯材料與氫氧化鎂、氫氧化鋁等無機剛性粒子的纖維增強韌性研究也很多，氫氧化鎂、氫氧化鋁材料具有很好的填充功能、阻止燃燒與阻止生煙等性能，可以用于聚烯烴大分子材料的阻燃材料。需要注意的是，當(dāng)氫氧化鎂、氫氧化鋁材料獨自使用的時候，它們的加入量必須大于一半的時候?qū)巯N材料才有比較明顯的阻燃性能提升；但是它們的加入量過大的時候，也會造成聚烯烴材料的力學(xué)性能降低。通過對氫氧化鎂、氫氧化鋁材料分子采用偶聯(lián)劑進(jìn)行作用之后或者接枝改性作用之后，可以顯著提升材料的力學(xué)性質(zhì)，提升了它們的實用程度。

4.2 晶須改性分析

使用無機晶體對聚乙烯材料和聚丙烯材料進(jìn)行改性增強之后，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品的強度值很高。除此之外，無機晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相比聚乙烯材料和聚丙烯材料內(nèi)部大分子結(jié)構(gòu)微小很多，使得它更加容易與聚乙烯材料和聚丙烯材料發(fā)生復(fù)合作用，方便制造加工，并且產(chǎn)品外觀美觀。

5 共混改性分析

對聚烯烴塑料進(jìn)行共混改性這種工藝已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。它是采用把彈性體和無機體填充的方法。對于無機剛性填充這種方式會使得產(chǎn)品剛性有所提升，但是會降低產(chǎn)品的韌性；對于彈性體這種共混改性的方式來說，它可以提高產(chǎn)品的韌性，但是產(chǎn)品的剛性強度會相應(yīng)的降低。所以各取優(yōu)點，把這兩種方式結(jié)合起來使用，成為了當(dāng)前的改性研究熱點。這些年來，通過對PP-彈性體-剛性粒子的這種模式的新型材料研發(fā)發(fā)現(xiàn)，PP—POE—GF的復(fù)合塑料的各個方面綜合性能與建筑工程行業(yè)的塑料材料性能相類似，達(dá)到比較高的使用要求。

6 結(jié)束語

綜合以上幾點，以聚乙烯塑料材料和聚丙烯塑料材料為主要的聚烯烴塑料的技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出來很多創(chuàng)新點。在對材料的交聯(lián)改變它的性能方面，存在輻射交聯(lián)改性、過氧化物交聯(lián)改性等等方式。在填充改性方面，存在無機剛性粒子等方式。在以后的研究階段，應(yīng)該注重聚烯烴塑料分子構(gòu)造與其顯示出來的性能這兩者之間的關(guān)系，從而更加優(yōu)化聚烯烴塑料的各個方面的功能。

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