聚丙烯复合材料光老化研究进展
能起到 降解 助剂 的作用 ,而 仅含 z n 的 L H对 基 体 n D
的 降解 率无 影 响。 G a an u d go等人 _ l 以及 B chn 等人 _ o cii l 研究 了多 壁碳 纳米 管 ( WN ) 对 P M T P树脂 老 化 的影 响 。结 果 表 明 ,MWN T在 MWN / P体 系 中一 方面 可吸 收紫外 TP
第4 0卷第 4期
21 0 2年 4月
塑 料 工 业
C N P AS I NDU T Y HI A L T CS I S R
聚 丙 烯 复 合 材 料 光 老 化 研 究 进 展
王 四贝 ,金 滟 ,康 鹏 ,卢 晓春 ,丁树 岩 ,蔡 涛 ,石胜鹏
( 中国石油化工股份有限公司北京化工研究 院 ,北京 10 1 ) 0 0 3 摘要 :综述 了国内外近年来聚丙烯复合材料光 老化研 究方 面的进展 ,并 着重讨论 了硅酸盐类无机填料 以及多种纳 米填料 ,天然纤维 ,高聚物共混组分 ,稳定助剂 以及染 色剂 等对 聚丙烯 光老化的影响及其 机理。 关键词 :聚丙烯 ;复合材料 ;纳米材料 ;光老化 ;机理
LH P D / P纳米 复合 材料 光氧化 的影 响 。研 究 表 明 L H D
在体 系 中能 形 成 层 状 剥 离 结 构 。L H 的存 在 能 改 变 D 光 氧化 产物 的化学 结 构 ,并 且 P P基 体 的 光氧 化 降 解
率 受 L H 中二 价 阳 离 子 种 类 影 响 ,含 M " 的 L H D g D
流 动过 程 中沿 着 流动方 向取 向 ,这 种 取 向作 用一 方面 提高 P P材 料 的力 学性 能 ;另 一方 面 ,对 紫 外 光 形成 层 间的反射 、干 涉和 遮蔽 ,因此提升 了材 料 的抗 光 老
化性能。 1 2 纳米填 料 .
纳米粒 子对 P P树 脂 出 色 的增 强 作 用 使 得 P P纳 米复 合材料 体 现 出了较好 的应 用前 景 。但 纳米 粒子 的 加入 往往 在 很 大程 度上 可 加速 P P纳 米 复合材 料 的光
可作 为成 核 剂 来 增强 P P的力 学性 能 ,是 目前 使用 最为 普遍 ,也 是用 量 最 大 的 P P树 脂 填充 材料 ,被广 泛应 用 于 汽 车 ,家 电 以及 家 用 材 料 和 建 材 等 领 域 。
Tl ac的加入 往往对 材 料 的光 稳定 性不 利 。
电 、电子 、包装 以及 建 材 家具 等 领 域 的青 睐 。然 而 ,
子 较 远 地 方 诱 导 引 发 降 解 。 因 此 ,在 氧 化 初 期 ,
作 :四,io 生在硕研生研方为分材改与型工 者 霎介王贝 ‘ 年,读士究,究向高子料性成加。 简 “cm 男1 ,8 8 c 9 商于 厩刀 Ⅱ 上
w b bh @ ht a .o s.jy om i cr l n
母 填充 P P树 脂 复 合 材 料 的光 老 化 行 为 。研 究 表 明 :
具 有高 径 厚 比 的云母 可 有效 提高 改 性 P P的力 学性 能
得P P的 分 子 量 显 著 下 降。 他 们 进 一 步 研 究 了 纳 米 CC aO 以及 SO, i 填充 P P体 系 的光 老化深 度 ,发 现 纳 米 CC a O 以及 SO 的加 入都 显著 地促 进 了 P i, P基体 的光氧 化 降解 ,纳 米 SO i 的影 响 更 为严 重 。纳 米 填 料 的含 量越高 ,复 合材料 的氧 化程 度也越 高 ,但 氧化 层 的厚 度却基 本不 变 ,都 在 20 m 左 右 ,在 深 度 超 0
物共 混组 分 以及抗 氧剂 、光稳 定 剂 、染 色 剂等组 分 对 P P复合 材料 光 老化 性 能 的影 响 以 及 光 老 化作 用 机 理 的研 究进 展 ,以期 对今 后研 究工 作提供 一 定 的指导 。
( eO F 、A 、C O等 ) 可 加 速 P 1O a P基体 降解 ,其 中 F 速老 化作 用 尤为 明显 。N kt i eO 加 2 aa n 等 重 点 a
塑
料
工
业
F , e O 粒子 附 近 的 P P基 体 光 氧 化 不 明 显 ,而 在 远 离
的光氧化 降解 ,纳 米 SO 的效 果尤 为 明显 。在 P i, P光 老化 过程 中 ,纳米填 料 引发 了大量分 子链 的断裂 ,使
F , eO 粒子约6 m P 的 P基体可检测到氧化产物。且 随着老化的深入 ,降解将最终扩散至整个体系。 云母 也是 常用 的 P P填 料 。江 国栋 等 研究 了云
Th n u n e o o o n s f c e n i o g n c fl r u h a a o— tras a d slc t e i f e c fc mp ne t o us d o n r a i l s s c s n n ma e il n i ae. n tr l f r l i e i au a be . i c p l me s a d poy rb e d swela d iie ncu i g sa lz r n ime t o h h t x d to o oy r n l me l n s a l s a d tv si l d n tbi e sa d p g n s, n t e p oo o i ai n i o h o o ie n c n s we e d s use ft e PP c mp st sa d me ha im r ic s d.
中 图分 类 号 :T 30 1 Q 2 . 4 Q 2 . ;T 3 5 1 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :10 5 7 ( 0 2 4— 0 1 o 0 5— 70 2 1 )0 0 0 一 5
Re e r h Pr g e s i s a c o r s n Pho o。 e r da i n o t d g a to fP m p st s Co o ie
Ke w o ds: P ; Co p st s Na o m ae il y r P m oi ; e n ‘ tras; Ph t — e r d to oo d g a ai n; Me h n s c a im
聚丙 烯 ( P 质 轻 价 廉 ,通 过 添 加 其 他 组 分 改 P) 性 得 到综合 性 能优 良的复 合材 料 ,一直 广受 汽 车 、家
在 汽车 、家 电等 高 端 领 域 的 应 用 。近 年 来 ,P P复 合
材料 中各 组分 对 P P材料 光 老化性 能 的影 响 已成 为 P P 材料 应用 领域 的研 究 热 点 。本 文针 对 P P复 合 材 料 的 光氧 化 ,综述 了硅 酸盐 、纳 米填 料 ,天然 纤维 ,高 聚
研 究 了 F O 加 速 T l P e a / P复合 材 料 老 化 作 用 的机 c
1 无 机 填 料
无 机填 料 是较 常用 的 P P增 强 材 料 ,常 见 的 主 要 是 纳 米 无 机 填 料 和 硅 酸 盐 类 填 料 ,如 滑 石 粉 、云
理 。研究 表 明 ,F 分 解 P e0 可 P氧 化 降解 产 生 的过
Au zma等 分别 研 究 了 P P以及 T l P ae P体 系 在 / 自然老 化 以及 人 工 加 速 老 化 ( 灯 ,金 属 卤 化 物 灯 氙 以及碳 弧 灯 ) 下 的 老化 情 况 ,结果 显 示 T l 加 速 a c能 P P的光 降解 ,且 在 自然 光 照 下 的 降解 效 率 最 高 。此 外 ,T l 酸 雨 和 光 照 可 协 同加 速 P 的 光 老 化。 ac与 P Mai  ̄ ta 等 j 研究 了在 射线 辐 照 下 ,T l 对 T l ac a/ c P P复合 材料光 老 化 的影 响。他 们 认 为 T l 子 的表 a c粒 面可有 效 终 止 P P降 解 过 程 中产 生 的 自由基 ,对 P P 基 体具有 一 定 的稳 定 作用 。T l 的杂质金 属 氧化物 a c中
由于 P P树脂 本 身结构 中不 稳定 叔碳 原子 、P P复合 材
料体 系 中其 他添 加组 分 和杂质 的存 在 ,使 其 对光 照尤
为敏 感 ,在光 照 或某些 严苛 的环 境下 使用 时 易 出现 变 脆 ,表 面龟裂 、发 黏 ¨ 、发 黄 褪 色 l 等 问题 ,降 低 J 2 了P P材 料 的使 用 寿命 ,制 约 并 限 制 了 P P复 合 材 料
W ANG S。 e ,JN Y n, KAN P n , L a ’h n, DI i i I a b G e g U Xioc u NG h 。 a S u y n, C a AIT o, S h n e g HIS e g p n ( e igR sa hIstt o hm cl n ut ,SN P C,B in 0 0 3 hn ) B in eer ntue f e ia Id sy I O E j c i C r e i 10 1 ,C ia jg
合 材料 的光 老化 过 程 中 ,MM T与 增容 剂 聚丙 烯 接 枝
马来 酸酐 ( P gMA) 和抗 氧剂 的相 互作 用 。他 们指 P ‘— 出 ,增 容剂 与纳米 粒 子 的加 入 可缩短 了光 氧化 的诱导 期 并 加速 光 氧 化 ;抗 氧 剂 分 子 由 于 吸 附 在 纳 米 粒 子
Ab t a t sr c :T e p e e t p o r s n t e r s ac fp oo d g a a in o P c mp sts w s r ve d h r s n r g e s i h e e r h o h t ’ e r d t f P o o i a e iwe . o e
老化 ,这 也使得 P P纳 米 复合 材 料 光老 化 的研 究 目前
耐候聚丙烯老化性能研究
将聚丙烯树脂按照一定比例加入老化剂、催化剂等辅助试剂,经熔融、混炼、 挤出等工艺制备成标准试样。
老化处理
将制备好的试样分别置于热老化试验箱和紫外老化试验箱中进行老化处理,设 定不同的老化时间和温度,模拟自然环境下材料的老化过程。
03
耐候聚丙烯老化性能表征
外观变化观察
01
02
03
颜色变化
观察试样在老化过程中颜 色的变化情况,记录色差 值。
热氧老化过程分析
热氧化反应
高温条件下,聚丙烯分子链与氧气发生热氧化反应,生成羰基、羟 基等含氧基团,导致分子链断裂和交联。
热稳定性
聚丙烯在高温下的热稳定性较差,易发生热分解反应,导致材料性 能下降。
物理性能变化
热氧老化使聚丙烯材料变硬、变脆,失去韧性,力学性能显著下降 。
湿氧老化过程分析
水解反应
湿度
水分渗透进聚丙烯内部,引起其溶胀、开裂 等现象。
温度
高温加速聚丙烯氧化反应,导致其性能下降 。
氧气
氧气参与聚丙烯的氧化反应,加速其老化过 程。
改进措施提出
添加抗老化剂
如紫外线吸收剂、抗氧化剂等,延缓聚丙烯 老化。
优化配方设计
调整聚丙烯的分子结构,提高其耐候性能。
改善加工工艺
如采用共混、填充等技术,提高聚丙烯的耐 老化性能。
研究生物降解聚丙烯、循环利用聚丙烯等环保材料的制备工艺与性能评
价方法,推动聚丙烯行业向绿色可持续发展方向转型。
THANKS
感谢观看
耐候性能重要性
耐候性能
01
指材料在自然环境条件下长时间暴露后的性能保持能
力。
影响因素
02 光照、温度、湿度等自然因素对聚丙烯材料的性能产
聚丙烯防老化的研究进展
第49卷第1期2021年2月塑料工业CHINAPLASTICSINDUSTRY聚丙烯防老化的研究进展∗何明宇1ꎬ董㊀晗1ꎬ靳小平2ꎬ买买提江 依米提1ꎬ∗∗(1.新疆大学化工学院石油天然气精细化工教育部和自治区重点实验室ꎬ新疆乌鲁木齐830046ꎻ2.新疆大学化学学院ꎬ新疆乌鲁木齐830046)㊀㊀摘要:分析了聚丙烯老化的过程和机理ꎬ综述了近十几年来国内外关于聚丙烯老化的研究手段和方法ꎬ主要包括自然老化试验和人工老化试验ꎻ以及提高聚丙烯防老化能力的研究进展ꎬ主要包括改善晶体结构㊁分子改性或制备㊁添加助剂和添加填料等ꎬ最后对聚丙烯防老化的研究发展进行了展望ꎮ关键词:聚丙烯ꎻ防老化ꎻ老化试验ꎻ抗氧剂ꎻ共混填料中图分类号:TQ325 1+4㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1005-5770(2021)02-0001-06doi:10 3969/j issn 1005-5770 2021 02 001开放科学(资源服务)标识码(OSID):ResearchProgressofPolypropyleneAnti ̄agingHEMing ̄yu1ꎬDONGHan1ꎬJINXiao ̄ping2ꎬYIMITMamatjian1(1.KeylaboratoryofOilandGasFineChemicalsꎬMinistryofEducationandXinjiangUyghurAutonomousRegionꎬCollegeofChemicalEngineeringꎬXinjiangUniversityꎬUrumqi830046ꎬChinaꎻ2.CollegeofChemicalꎬXinjiangUniversityꎬUrumqi830046ꎬChina)Abstract:Theprocessandmechanismsofpolypropyleneagingwereanalyzedꎬandtheresearchmethodsonpolypropyleneagingathomeandabroadinthepasttenyearsweresummarizedꎬincludingnaturalagingtestandartificialagingtest.Andtheresearchprogressonimprovingtheanti ̄agingabilityofpolypropylenewassummarized.Itmainlyincludedtheimprovementofthecrystalstructureꎬmolecularmodificationorpreparationꎬaddingadditivesandaddingfillersandsoon.Finallyꎬtheresearchanddevelopmentofpolypropyleneanti ̄agingwereprospected.Keywords:PolypropyleneꎻAnti ̄agingꎻAgingTestꎻAntioxidantꎻBlendedFiller聚丙烯(PP)是一种外观为白色㊁无味㊁无毒的石油基高分子树脂材料ꎬ其晶体结构规整且具备分子弹性ꎬ因此有好的力学性能和易成型加工性能ꎬ在汽车工业㊁包装及建材家具等方面有着广泛的应用ꎬ是全球使用量最大的五种通用树脂之一[1]ꎮ但是由于PP作为非极性的树脂ꎬ无论是等规㊁间规还是无规的PP和其他极性聚合物或者无机填料等的相容性很差ꎬ需通过加入相容剂来降低两相间的界面张力改善其相容性ꎬ同时PP分子中特殊的叔碳结构导致其叔氢原子反应活性很高ꎬ当暴露于不同的条件下ꎬ会因为各种可能的影响导致其老化降解表面出现裂纹和沟壑ꎬ造成性能上的退化甚至失效ꎬ如升高的温度㊁剪切力和存在的氧气量是加工过程中降解的主要因素以及在使用过程中受到的气压差㊁温差和光照也是加速老化的原因ꎬ暴露于这些因素中会引起PP材料热机械或热氧化降解ꎬ这些缺点限制了PP制品的进一步推广使用[2-3]ꎮ因此为了提高PP的使用价值以及拓宽PP制品的市场需求ꎬ必须对PP进行防老化处理ꎮ本文首先浅析了PP的老化过程和机理ꎬ综述了目前国内外学者对PP的老化试验研究方法和手段以及概括了提高PP防老化能力的研究进展ꎬ最后对PP防老化的研究发展方向进行了展望ꎬ期望为PP新型防老化技术提供借鉴和参考ꎮ1㊀PP的老化过程和机理PP(分子结构式如图1所示)的老化降解过程实质是涉及许多自由基的自催化自由基链反应ꎬ它的降解过程中存在许多自由基ꎬ例如ROOH㊁HO ㊁ROO 和RO 等ꎮ导致PP老化降解的内因主要与PP的分子结构有关ꎬ分子中没有吸收发射波长为290~340nm的发色基团且叔碳C H键能为410kJ/molꎬ具有很高的反应活性ꎬ因此易被氧化[4]ꎮPP分子的老化主要是外部因素导致的ꎬ在氧化降解反应中主要存在两个周期性反应ꎬ如图2所示ꎮ图1㊀PP的分子结构式Fig1㊀MolecularstructureofPP1∗国家自然科学基金资助项目(21474082ꎬ21764013)ꎬ自治区研究生科研创新项目(XJ2020G033)∗∗通信作者:买买提江 依米提ꎬ男ꎬ1969年生ꎬ教授ꎬ主要从事耐候性高分子材料及其性能研究ꎮmmtj10@sina com作者简介:何明宇ꎬ男ꎬ1995年生ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事高分子材料防老化与复合材料的研究ꎮ812278897@qq com塑㊀料㊀工㊀业2021年㊀㊀图2㊀PP的老化降解过程Fig2㊀ThedegradationprocessofPP在两个循环中ꎬPP被连续氧化形成大量的低分子化合物ꎬ反应过程通常分为三个阶段:链引发㊁链增长(或链转移ꎬ链支化)和链终止:反应过程中产生的自由基PH表示聚合物ꎬP 表示聚合物大分子基团ꎮ在第一个循环过程中ꎬ主要发生链引发反应和氧化反应ꎻ在第二个循环过程中ꎬ主要发生链增长反应(即自由基数目增加)ꎮ因此ꎬ在整个循环过程中大分子链发生解缠㊁分解和断裂ꎬ分子量大大降低ꎬ导致物理和力学性能降低ꎻ另一方面ꎬ在反应过程中ꎬ由于无序交联ꎬ经常形成无序网格ꎬ并使聚合物发黄变脆㊁表面开裂ꎬ热稳定性降低ꎬ最终使其失去使用价值ꎬ减少使用寿命ꎮ2㊀PP老化试验的研究方法和进展评价PP的老化性能ꎬ可通过自然环境老化试验和人工加速老化试验来进行研究和测量ꎬ近年来国内外有关学者研究了在不同环境下PP的老化规律和行为ꎮ自然环境老化试验是将试验材料放到特定暴露场所直接受到特定气候条件作用ꎬ并且一般试验时间较长ꎬ有的可达数月甚至数年ꎬ所得到的数据较符合真实的使用环境ꎬ具有真实可靠和成本低的特点ꎮColom等[5]在自然老化2 5a和人工老化5000h的氙灯箱中ꎬ研究了用于制造西班牙巴塞罗那奥林匹克体育场座椅的PP的降解情况ꎬ结果显示自然环境老化后样品的性能好于人工老化样品ꎬ具有更好的热稳定性和结晶度ꎮMashael等[6]在沙特阿拉伯的Riyadh市进行了三种PP样品为期6个月的自然老化试验ꎬ结果显示材料的光老化是由表面开始的ꎬ之后逐渐进入材料的内部ꎬ且添加的滑石粉可以一定程度上增加PP的稳定性ꎮ买买提江等[7]以全球第二大干热试验站吐鲁番自然环境试验研究中心户外暴晒场为耐候性PP的自然老化试验点ꎬ对PP进行了为期12个月的户外暴晒试验ꎬ结果表明试样PP暴晒90d后断裂伸长率和冲击强度保持率分别降至6 4%和5 6%ꎬ氧元素增加了23 21%ꎬ重均相对分子质量从24 2万降至8 07万ꎬ表面出现大量宽度为3 05μm的裂纹ꎬ完全失去使用价值ꎮ张舒宁等[8]分别在几个不同类型的自然暴晒试验场和人工加速老化试验条件下研究免喷涂PP材料的老化行为ꎬ认为紫外线辐射和水是造成PP材料老化的主要因素ꎬ人工加速条件(辐照度0 55W/m2@340nmꎬ光照和黑暗时的黑板温度分别为70ħ和38ħꎬ箱体温度分别为47ħ和38ħ)的加速老化倍率约是琼海自然暴晒的2倍ꎮ王维等[9]选取了4种PP防老化编织布ꎬ进行自然老化和人工加速老化试验ꎮ测试结果显示ꎬ相同单位面积质量㊁老化母料掺量高的PP编织布耐人工加速老化的性能更好ꎬ且由人工加速老化和自然老化时间的比值关系推出加速比率ꎬ对于不同单位面积质量㊁不同老化母料掺量的PP防老化编织布ꎬ对应的老化加速比率也不尽相同ꎮ人工加速老化试验是将试验样品放在试验设备中ꎬ设定一定的光㊁氧㊁湿度和热等因素参数ꎬ且设定的环境参数均可较容易地保持相对稳定ꎬ得到的数据有很好的重复性ꎮ目前常用的聚合物人工加速老化试验方法有湿热老化㊁热氧老化㊁氙灯或紫外灯光源暴露以及使用耐候试验机等ꎬ典型的人工加速老化试验箱如图3所示ꎻ常用的相关标准有ASTMG154-2006㊁GB/T16422 1 2019和GB/T3512 2014等ꎮ杨旭东等[10]采用UVA ̄351型紫外荧光灯管作为光源ꎬ通过调节其数目改变紫外线辐射强度ꎬ检验紫外线辐射强度对PP光氧老化的影响ꎬ结果显示在3种不同辐射强度下达到同样的累积紫外线辐射能时ꎬ2根灯管和4根灯管老化条件下PP的强力下降程度一致ꎬ但与8根灯管老化条件下有所不同ꎮ刘斌等[11]利用EH18型湿热试验箱ꎬ以全程动态注射成型加工的方式改善PP制品的微观结构ꎬ使其结晶区分子结构紧密ꎬ阻滞了水分和热向制品内部侵蚀ꎬ从而提高了材料的抗湿热老化性能ꎮSchmidt等[12]对比了PP纤维在氙弧灯产生的紫外光和自然光下发生光老化的速率ꎬ结果表明紫外光下纤维断裂强度和断裂伸长率下降的速率是自然光的4~6倍ꎬ且在自然光下造成纤维表面老化的范围更大一些ꎮYu等[13]研究了热氧风化对短玻璃纤维增强PP复合材料老化行为的影响ꎮ认为在不添加炭黑和紫外吸收剂的情况下ꎬ热氧风化对PP的力学性能㊁熔解温度和结晶度有显著影响ꎬ且降解过程不仅发生在PP表面ꎬ而且还延伸到基体内部和界面ꎮHe等[14]研究了PP/棉杆木质素复合材料在室内热氧老化30d前后的性能和结构变化ꎬ结果表明纯PP材料在热氧老化30d后表面出现了沟壑和裂纹ꎬ逐渐失去使用价值ꎬ而添加棉杆木质素可以有效地增强PP的抗氧化性能ꎮ蔡航等[15]利用TSN ̄408型氙灯老化箱对汽车内饰用PP材料进行1400h的人工加速老化试验ꎬ结果发现随着老化的进行ꎬPP的拉伸强度及弯曲强度均呈先提升后降低的趋势ꎬ冲击强度呈一直下降的趋势ꎬ2第49卷第2期何明宇ꎬ等:聚丙烯防老化的研究进展且老化后聚合碳链氧化断裂产生羧酸类降解产物ꎮ图3㊀紫外人工加速老化试验箱Fig3㊀Ultravioletartificial ̄acceleratedagingtestchamber3㊀提高PP防老化性能的方法提高PP防老化性能的方法主要分为以下四种方法:改善晶体结构ꎬ提高分子耐热性ꎻ分子改性或制备ꎬ通过在分子中引入一些交联结构或功能基团提高分子间作用力ꎬ进而增强分子刚性和防老化能力ꎻ添加助剂例如光稳定剂㊁抗氧剂等ꎻ添加填料ꎬ通过均聚共混的方式提高整个复合材料体系的防老化能力ꎮ3 1㊀改善晶体结构PP材料的在实际的老化中ꎬ晶体结构和结晶度等因素将影响光的透过和氧的扩散ꎬ进而影响其老化进程ꎬ即PP的老化行为与其晶体性能有密切的关系ꎮ成核剂是一种可以帮助聚合物异相成核结晶的物质ꎬ异相成核时成核位点大大增加ꎬ形成的球晶数量也增加ꎬ球晶尺寸变小ꎬ结晶度升高ꎬ可提高PP的耐热性能[16]ꎮYang等[17]采用超临界CO2的方法在β-成核剂NꎬN-二环己基-2ꎬ6-萘二甲酰胺(β ̄NAs)的作用下进行成核发泡ꎬ制备了可循环利用㊁机械强度高㊁绝热性能好且具备一定防老化能力的PP泡沫材料ꎬ为聚合物发泡材料在降低能耗和耐久使用领域提供了很大的应用前景ꎮAtagur等[18]为了验证鹅耳枥(CB)粉末是否可以增强PP防老化性能ꎬ制备了PP/CB复合材料ꎬ结果证明CB在复合材料体系中可以作为成核剂对PP产生异相成核的作用ꎬ提高了PP的结晶以及力学性能㊁黏弹度和热性能等ꎬ进而提高了PP/CB复合材料的耐久能力ꎮ3 2㊀分子改性或制备从分子结构层面上改善PP的防老化能力可以对其进行分子链功能化改性ꎬ如接枝㊁嵌段等ꎬ或者是直接制备具有一定抗氧化能力的PP母料等ꎮManteghi等[19]为了延长PP的热氧化稳定性ꎬ防止抗氧剂的损失ꎬ通过在含羧酸部分的酚类稳定剂与胺功能化PP之间形成酰胺键而制备了一种PP材料ꎬ结果表明酚类稳定剂的固定化可以提高PP的热氧化稳定性ꎬ共混物表现出优越的热稳定性和低挥发性ꎮ于振等[20]利用紫外光表面接枝技术将丙烯酸(AA)接枝到PP膜表面ꎬ制备了一种抗氧化膜(PP ̄g ̄PAA)ꎬ该种薄膜具有良好的力学性能和阻隔性能ꎬ能够有效螯合过渡金属离子ꎬ具备作为一种非释放型的抗氧化包装薄膜应用于食品包装保护方面的潜力ꎮ王仁龙[21]使用PP粉料与各种光稳定剂㊁抗氧剂共混挤出ꎬ制备出PP类集装袋用防老化母料ꎮ3 3㊀添加助剂3 3 1㊀光稳定剂PP制品的防老化的解决手段主要集中于减少紫外线吸收和抑制光氧化ꎬ可以添加光稳定剂来进行改善ꎬ常用的光稳定剂种类和用途如表1所示ꎮ邹志明[22]将添加紫外吸收剂㊁光屏蔽剂㊁复合防老化母料的共聚PP进行紫外辐照后ꎬ认为该种母料PP的各项力学性能保持率都比较高ꎬ具有明显的抗紫外辐照老化作用ꎮ但是大部分光稳定剂由于卫生性㊁环保问题已经几乎被弃用ꎬ目前市售PP中添加的防老化助剂主要以各类抗氧剂为主ꎮ表1㊀光稳定剂的种类和主要功能Tab1㊀Typesandmainfunctionsoflightstabilizers光屏蔽剂紫外吸收剂激发态猝灭剂氧化物分解剂化合物种类炭黑㊁TiO2㊁ZnO等领羟基二苯甲酮㊁苯三嗪等镍的含S㊁N㊁P有机配体配合物镍的含S㊁N㊁P有机配体配合物主要功能反射和吸收紫外线吸收紫外线㊁转化能量转化激发态能量分解聚合物中的 OOH基团辅助功能捕获自由基㊁猝灭激发态捕获自由基淬灭单线态氧淬灭单线态氧3 3 2㊀抗氧剂抗氧剂是一种可以降低氧气副作用的物质ꎬ可以捕捉和中和自由基ꎬ减少其后续的损伤ꎬ提高使用寿命ꎮ主要作用机理为抗氧剂通过还原反应降低氧气含量ꎬ与聚合物之前氧化反应产生的过氧化物结合ꎬ中断连锁反应ꎮ添加抗氧剂提高PP的防老化能力是目前最为普遍的方法ꎬ近年来人们对此进行了广泛的研究ꎬ主要分为合成类抗氧剂和天然抗氧剂ꎮ张予东等[23]通过化学合成制备了没食子酸酯类抗氧剂ꎬ研究了其对PP抗氧化行为的影响ꎬ认为没食子酸酯类抗氧剂可以显著提高PP的抗氧化能力ꎮPeltzer等[24]对羟酪醇稳定PP的氧化热参数进行了测定ꎬ发现添加后PP提高了氧化诱导时间和氧化诱导温度ꎬ表现出了较好的抗氧化性能ꎮ但是化学合成的抗氧化剂具有较高的制备成本ꎬ实验过程中涉及的有机物质也会对人体和环境造成伤害和污染ꎬ因此学者更多把研究方向转向天然物质ꎬ寻找制备无毒无害的天然抗氧剂ꎮNanni等[25-26]和Musajan等[27]研究了在葡萄酒生产过程中产生的果皮㊁果籽㊁果柄和葡萄籽天然提取物对PP热稳定性的影响ꎬ并与常用的抗氧剂进行对比ꎬ结果显示葡萄籽天然提取物呈现出最好的抗氧化效果ꎮXia等[28]和Musajan等[29]分别研究了葛根素和磺化木质素作为天然抗氧剂对PP的抗氧化能力影响ꎮ热依扎[30]和Joaquin等[31]研究了几种传统抗氧剂下PP的抗氧化能力的不同ꎬ通过不同的复配比例和不同的添加种类寻找一种最好的抗氧剂体系ꎬ认为受阻酚类300型抗氧剂具有对PP最好的成型加工抗氧化能力ꎮ3塑㊀料㊀工㊀业2021年㊀㊀3 4㊀添加填料抗氧剂等助剂在聚合物体系中的添加量一般在0 1%~0 9%左右ꎬ并不会较多的改变整个聚合物体系的物理或化学性能ꎮ而聚合物复合材料体系中填料的添加量一般会加入的较多ꎬ形成除塑相以外的其他相ꎬ研究者们对加入填料而改善PP的防老化性能也做了较多的研究ꎮ3 4 1㊀无机纳米填料无机纳米填料主要包括纳米碳材料如石墨烯和碳纳米管等ꎬ以及纳米金属氧化物如ZnO和CaCO3等ꎮYang等[32]在其制备的PP/CaCO3复合材料在自然老化早期观察到填料颗粒的逐渐消失ꎬ提出了PP复合材料的消失填充机理ꎬ认为填充颗粒被嵌入到基体中ꎬ断裂发生在PP基体中ꎬ而不是在它们之间的界面处ꎮXue等[33]制备了3种具有不同表面结构的还原氧化石墨烯(rGO)ꎬ而后制备了PP/rGO纳米复合材料ꎬ认为rGO对PP的结晶行为㊁拉伸强度㊁导热性能和热稳定性均有显著提高ꎬ例如在一定范围内原料每增加1%质量分数的rGOꎬPP/rGO复合材料的结晶度㊁抗拉强度㊁最大热分解温度和热导率分别增加6 2%㊁20 5%㊁48 0ħ和54 5%ꎮMargolin等[34]采用原位聚合法制备了含石墨烯纳米板(GNP)和等规PP纳米复合材料ꎮ通过对PP光致化学发光的衰减ꎬ测量得到的纳米复合材料中过氧化氢自由基的终止动力学ꎮ结果显示在GNP的存在下ꎬ过氧化氢自由基的浓度显著下降ꎬ衰减速率显著增加ꎬGNP能够抑制自由基过程ꎮ同时ꎬGNP作为一种有效的催化剂ꎬ显著减少了纳米复合材料的氧化诱导次数ꎬ提高了纳米复合材料的防老化能力ꎮ3 4 2㊀大分子共混填料热塑性弹性体主要由橡胶相和塑料相两相构成ꎬ两相之间通常为物理交联ꎬ随着温度的变化交联程度可以可逆化ꎬ可用作聚合物的增韧剂ꎮYimit等[35]使用热塑性弹性体SBS增塑PPꎬ制备了PP/SBS复合材料并对其进行了户外老化试验ꎮ结果显示SBS的加入可以降低PP的玻璃化转变温度ꎬ有效改善其低温脆性ꎬ且对PP的抗老化能力有一定的提升ꎬ其中SBS添加量为30%时抗老化性能最好ꎮZhang等[36]和Ab ̄delkhalik等[37]分别用水合硅铝酸盐和磷酸季戊四醇等材料改性高岭土ꎬ制备了与PP不同含量的复合材料ꎬSEM图显示该种材料具有致密㊁多孔以及相干的碳层ꎬ放热量和放热速率得到了较好地控制ꎬ具有很好的阻燃和高温热稳定性ꎮ纤维增强树脂的复合材料是由高分子树脂和纤维经复合工艺ꎬ制作而成的一种功能型的新型材料ꎬ具有耐腐蚀性能好ꎬ质轻高强度等特点ꎮ潘利明等[38]使用玻璃纤维直接无捻粗纱为增强体ꎬ制备了增强PP的复合材料ꎬ研究了其力学性能㊁耐热氧老化性能的影响ꎮ结果显示该种玻璃纤维增强PP复合材料与未加玻璃纤维的相比ꎬ弯曲强度提高225%ꎬ缺口冲击强度提高475%ꎻ经150ħ热氧老化4000h后ꎬ材料的力学性能没有发生明显下降ꎮWang等[39]对玄武岩纤维增强PP复合材料(BFRPPs)和纯PP的力学性能㊁阻燃性能和热稳定性进行了研究和比较ꎮ结果显示在PP中加入玄武岩纤维形成了更致密㊁更连续的碳层ꎬ可有效地减少热量和氧气的传递ꎬ从而使BFRPPs具有更好的阻燃性能ꎮ木塑复合材料(WPC)是一种集木材和塑料优点ꎬ具有良好强度和抗腐蚀等性能的新型复合材料ꎬ木相可以来源于木粉㊁稻壳㊁秸秆等天然植物纤维ꎬ近年来使用木材增强PP防老化能力的研究也日益增多ꎮ于旻[40]使用麦秸(WS)为填料制备了WS/PP复合材料ꎬ系统地研究了人工加速老化和户外自然老化条件下WS/PP复合材料的老化规律和老化机理ꎮ结果显示木质素能够明显延长复合材料氧化诱导时间ꎬ适量的木质素能够起到抗氧化作用ꎬ延缓塑料基体的光降解ꎬ证明羟基对抗氧化性能力有较大贡献ꎻ在适当的配方下ꎬ木质素可作为木塑复合材料的生物防老剂ꎬ比使用工业抗氧剂更加环保ꎮYao等[41]以西部红雪松树皮为原料ꎬ生产了不同组分的树皮提取物㊁树皮纤维㊁未漂白纤维素颗粒和漂白纤维素颗粒ꎬ并将其与PP复合制成复合材料ꎮ结果显示存在于纤维素颗粒中的木质素显著提高了复合材料的热稳定性ꎬ且纤维素的加入减弱了复合材料的光降解ꎬ提高了紫外稳定性ꎮ4㊀结束语近些年来ꎬ人们对提高PP防老化能力的研究已经取得了一些成果ꎮ纵观PP防老化的各种方法可知ꎬ多数方法利弊并存ꎬ即有些方法效果好但成本太高不利于大规模量产ꎬ有些方法效果不理想但无毒㊁无害㊁无污染ꎮ未来的研究内容还应该侧重于寻找成本低㊁提取方法简单且防老化能力好的天然抗氧剂来取代传统的工业抗氧剂ꎬ以及提高共混聚合物体系相容性的研究ꎬ制备性能更加优异的PP基复合材料ꎮ随着社会的发展ꎬ石油资源的枯竭ꎬ人们会越来越重视传统石油基聚合物如PP的耐久性能和应用范围ꎬ未来PP的防老化研究将越来越受到重视ꎮ参㊀考㊀文㊀献[1]NATARAJANS.Introductiontoindustrialpolypropylene:PropertiesꎬcatalystsꎬprocessesbyDennisB.MalpassandElliotI.band[J].MaterialsandManufacturingProcessesꎬ2015ꎬ31(3):1-2.[2]IMARANKAꎬLOUJZꎬSHIVAKUMARKNꎬetal.Enhancementofelectricalandthermalconductivityofpoly ̄propylenebygraphenenanoplatelets[J].JournalofAppliedPolymerScienceꎬ2018ꎬ95(1):42-55. [3]JEONGJOꎬLIMYMꎬPARKJSꎬetal.Improvingthermalstabilityandmechanicalperformanceofpolypropyl ̄ene/polyurethaneblendpreparedbyradiation ̄basedtechniques[J].EuropeanPolymerJournalꎬ2017ꎬ65(6):60-65.[4]JIANCꎬGUIYZꎬSHIFHꎬetal.Studyonagingmechanismofpolypropylene[J].ChinaPlasticsꎬ2015ꎬ41(1):30-37.[5]COLOMXꎬCANAVATEJꎬSUNOLJJꎬetal.Naturalandartificialagingofpolypropylene ̄polyethylenecopolymers[J].JournalofAppliedPolymerꎬ2010ꎬ87(10):1685-1692.4第49卷第2期何明宇ꎬ等:聚丙烯防老化的研究进展[6]MASHAELAS.Studyoftheeffectofweatheringinnaturalenvironmentonpolypropyleneanditscomposites:Morphologicalandmechanicalproperties[J].InternationalJournalofChemistryꎬ2011ꎬ3(1):129-141. [7]买买提江 依米提ꎬ艾买提江 萨伍提ꎬ郭春云ꎬ等.均聚聚丙烯在干热环境中耐候性能及结构表征[J].高分子材料科学与工程ꎬ2016ꎬ32(11):81-85.YIMITMꎬSAWUTAꎬGUOCYꎬetal.Weatherresist ̄anceandstructurecharacterizationofhomopolypropyleneindryheatenvironment[J].PolymerMaterialsScienceandEngineeringꎬ2016ꎬ32(11):81-85.[8]张舒宁ꎬ彭莉ꎬ刘洁ꎬ等.免喷涂聚丙烯材料自然暴晒与人工加速老化的相关性及其老化因素研究[J].中国塑料ꎬ2017ꎬ31(11):119-124.ZHANGSNꎬPENGLꎬLIUJꎬetal.Studyonthecorre ̄lationbetweennaturalexposureandartificialacceleratedagingofnon ̄sprayingpolypropylenematerialanditsagingfactors[J].ChinaPlasticsꎬ2017ꎬ31(11):119-124. [9]王维ꎬ王琦.聚丙烯防老化编织布之人工老化和大气老化性能对比研究[J].土工基础ꎬ2018ꎬ32(4):440-444.WANGWꎬWANGQ.Comparativestudyofartificialagingandatmosphericagingpropertiesofpolypropyleneanti ̄agingwovenfabric[J].GeotechnicalFoundationꎬ2018ꎬ32(4):440-444.[10]杨旭东ꎬ邱文灿ꎬ丁辛ꎬ等.紫外线辐射强度对聚丙烯长丝光氧老化的影响[J].纺织学报ꎬ2009ꎬ30(8):8-12.YANGXDꎬQIUWCꎬDINGXꎬetal.Theinfluenceofultravioletradiationintensityonthephotooxidationagingofpolypropylenefilament[J].JournalofTextileResearchꎬ2009ꎬ30(8):8-12.[11]刘斌ꎬ刘庆辉ꎬ瞿金平.动态注射成型聚丙烯制品的湿热老化性能研究[J].材料科学与工艺ꎬ2011ꎬ19(1):58-64ꎬ70.LIUBꎬLIUQHꎬQUJP.Researchonmoistureandheatagingperformanceofdynamicinjectionmoldedpolypropyleneproducts[J].MaterialsScienceandTechnologyꎬ2011ꎬ19(1):58-64ꎬ70.[12]SCHMIDTHꎬWITKOWSKABꎬKAMINSKAIꎬetal.Comparisonoftheratesofpolypropylenefibredegradationcausedbyartificiallightandsunlight[J].Fibres&TextilesinEasternEuropeꎬ2011ꎬ19(4):53-58. [13]YULCꎬYANXFꎬFORTING.Effectsofweatheringagingonmechanicalandthermalpropertiesofinjectionmoldedglassfiberreinforcedpolypropylenecomposites[J].JournalofPolymerResearchꎬ2018ꎬ25(11):40-49.[14]HEMꎬMUSAJANDꎬHASANGꎬetal.Effectsofcou ̄plingagentonantioxidantpropertiesandstructureofPP/cottonstalklignincomposites[J].PolishJournalofChemicalTechnologyꎬ2020ꎬ22(2):78-85. [15]蔡航ꎬ孟正华ꎬ许欢ꎬ等.汽车内饰用聚丙烯材料老化性能分析[J].塑料科技ꎬ2019ꎬ47(7):55-59.CAIHꎬMENGZHꎬXUHꎬetal.Analysisofagingperformanceofpolypropylenematerialsusedinautomobileinterior[J].PlasticScienceandTechnologyꎬ2019ꎬ47(7):55-59.[16]胡成浪ꎬ张才亮ꎬ盛仲夷.成核剂改性共聚聚丙烯的研究进展[J].塑料助剂ꎬ2020ꎬ140(2):5-10.HUCLꎬZHANGCLꎬSHENGZY.Researchprogressofnucleatingagentmodifiedcopolymerpolypropylene[J].PlasticAdditivesꎬ2020ꎬ140(2):5-10. [17]YANGCGꎬZHANGQꎬZHANGWLꎬetal.Highthermalinsulationandcompressivestrengthpolypropylenemicrocellularfoamswithhoneycombstructure[J].PolymerDegradationandStabilityꎬ2020ꎬ151(11):45-57.[18]ATAGURMꎬSEKIYꎬPASAOGLUYꎬetal.MechanicalandthermalpropertiesofCarpinasbetulusfiberfilledpolypropylenecomposites[J].PolymerCompositesꎬ2020ꎬ17(2):74-85.[19]MANTEGHIAꎬAHMADISꎬARABIH.Enhancedther ̄mo ̄oxidativestabilitythroughcovalentattachmentofhin ̄deredphenolicantioxidantonsurfacefunctionalizedpoly ̄propylene[J].Polymerꎬ2018ꎬ48(1):41-48. [20]于振ꎬ卢莉王景ꎬ卢立新ꎬ等.聚丙烯酸表面接枝改性聚丙烯抗氧化膜的制备与性能[J].高分子材料科学与工程ꎬ2020ꎬ36(7):134-139ꎬ148.YUZꎬLULWJꎬLULXꎬetal.Preparationandprop ̄ertiesofpolyacrylicacidgraftedmodifiedpolypropyleneanti ̄oxidationfilm[J].PolymerMaterialsScienceandEngineeringꎬ2020ꎬ36(7):134-139ꎬ148.[21]王仁龙.一种聚丙烯类集装袋用防老化母料及其制备方法[J].塑料包装ꎬ2020ꎬ30(3):97-102.WANGRL.Anti ̄agingmasterbatchforpolypropylenecontainerbagsandpreparationmethodthereof[J].PlasticPackagingꎬ2020ꎬ30(3):97-102.[22]邹志明.防老化母料对共聚级聚丙烯的抗紫外老化作用[J].合成材料老化与应用ꎬ2000(4):27-30ꎬ35.ZOUZM.Anti ̄agingeffectofanti ̄agingmasterbatchoncopolymergradepolypropylene[J].SyntheticMaterialAgingandApplicationꎬ2000(4):27-30ꎬ35. [23]张予东ꎬ刘欢ꎬ刘小明ꎬ等.没食子酸甲酯对聚丙烯抗氧化㊁流变及热分解行为的影响[J].化学研究ꎬ2017ꎬ28(1):120-126.5塑㊀料㊀工㊀业2021年㊀㊀ZHANGYDꎬLIUHꎬLIUXMꎬetal.Effectofmethylgallateontheantioxidationꎬrheologyandthermaldecom ̄positionbehaviorofpolypropylene[J].ChemicalRe ̄searchꎬ2017ꎬ28(1):120-126.[24]PELTZERMꎬJIMENEZA.DeterminationofoxidationparametersbyDSCforpolypropylenestabilizedwithhydroxytyrosol(3ꎬ4 ̄dihydroxy ̄phenylethanol)[J].JournalofThermalAnalysisandCalorimetryꎬ2009ꎬ96(1):243-248.[25]NANNIAꎬMESSORIM.Acomparativestudyofdifferentwinemakingby ̄productsderivedadditivesonoxi ̄dationstabilityꎬmechanicalandthermalproprietiesofpol ̄ypropylene[J].PolymerDegradationandStabilityꎬ2018ꎬ149(3):9-18.[26]NANNIAꎬBATTEGAZZOREDꎬFRACHEAꎬetal.ThermalandUVagingofpolypropylenestabilizedbywineseedswastesandtheirextracts[J].PolymerDegradationandStabilityꎬ2019ꎬ165(5):49-59.[27]MUSAJANDꎬMAMATJANMꎬBEKONRꎬetal.Im ̄pactofnaturalantioxidantsystemsontheoxidationresistanceandmechanicalpropertiesofpolypropylene[J].PolishJournalofChemicalTechnologyꎬ2020ꎬ22(1):68-74.[28]XIAHMꎬGAOHꎬSUNQQꎬetal.Puerarinꎬaneffi ̄cientnaturalstabilizerforbothpolyethyleneandpolypro ̄pylene[J].JournalofAppliedPolymerꎬ2020ꎬ97(2):96-108.[29]MUSAJANDꎬHASANGꎬHEMꎬetal.Freeradicalscavengingabilityofsodiumlignosulfonateanditsapplica ̄tioninfoodgradepolypropylene[J].PolishJournalofChemicalTechnologyꎬ2020ꎬ22(2):56-66. [30]热依扎 别坎.不同抗氧剂体系对聚丙烯抗氧化性能的应用研究[D].乌鲁木齐:新疆大学ꎬ2018.RIZAB.Researchontheapplicationofdifferentantioxidantsystemtotheantioxidantperformanceofpoly ̄propylene[D].Urumqi:XinjiangUniversityꎬ2018. [31]JOAQUINHFꎬEMILIORꎬJUANLꎬetal.Enhancingthethermalstabilityofpolypropylenebyblendingwithlowamountsofnaturalantioxidants[J].MacromolecularMa ̄terialsandEngineeringꎬ2019ꎬ304(11):12-20. [32]ZHAOJHꎬLIUXꎬYANGRꎬetal.Disappearanceofthefilleraninterestinginterfacialevolutionduringthepho ̄tooxidativeagingofpolypropylenecomposites[J].JournalofAppliedPolymerScienceꎬ2015ꎬ92(4):69-76.[33]XUEXDꎬCHENYꎬYINQꎬetal.Effectofoxygenfunctionalgroupsofreducedgrapheneoxideontheme ̄chanicalandthermalpropertiesofpolypropylenenanocom ̄posites[J].PolymerInternationalꎬ2018ꎬ87(5):36-43.[34]MARGOLINALꎬMONAKHOVATVꎬNEDOREZAVAPMꎬetal.Effectsofgrapheneonthermaloxidationofisotacticpolypropylene[J].PolymerDegradation&Stabilityꎬ2018ꎬ156:59-65.[35]YIMITMꎬNILGꎬDUYꎬetal.Mechanicalandagingpropertiesofpolypropyleneandstyrene ̄butadiene ̄styrenecompositesunderoutdoorandindoorconditions[J].StrengthofMaterialsꎬ2018ꎬ50(5):788-799. [36]ZHANGSꎬTANGWFꎬGUOJꎬetal.ImprovementofflameretardancyandthermalstabilityofpolypropylenebyP ̄typehydratedsilicaaluminatecontaininglanthanum[J].PolymerDegradationandStabilityꎬ2018ꎬ154(8):276-284.[37]ABDELKHALIKAꎬMAKHLOUFGꎬHASSANMA.Manufacturingꎬthermalstabilityꎬandflammabilityprop ̄ertiesofpolypropylenecontainingnewsinglemoleculeintu ̄mescentflameretardant[J].PolymersforAdvancedTechnologiesꎬ2019ꎬ50(2):65-75.[38]潘利明ꎬ王晓群ꎬ陆超超ꎬ等.玻纤增强聚丙烯抗菌防霉复合材料制备及性能[J].工程塑料应用ꎬ2020ꎬ48(5):57-62.PANLMꎬWANGXQꎬLUCCꎬetal.Preparationandpropertiesofglassfiberreinforcedpolypropyleneanti ̄bacterialandmildewproofcomposites[J].EngineeringPlasticsApplicationsꎬ2020ꎬ48(5):57-62.[39]WANGSꎬZHONGJꎬGUYꎬetal.Mechanicalproper ̄tiesꎬflameretardancyꎬandthermalstabilityofbasaltfiberreinforcedpolypropylenecomposites[J].PolymerCom ̄positesꎬ2020ꎬ78(6):50-62.[40]于旻.麦秸/废弃聚丙烯复合材料的老化特性研究[D].南京:南京农业大学ꎬ2015.YUM.Studyonagingcharacteristicsofwheatstraw/wastepolypropylenecomposites[D].Nanjing:NanjingAgriculturalUniversityꎬ2015.[41]YAOPꎬNAIRSSꎬCHENHYꎬetal.Applicationofdifferentbarkfractionsinpolypropylenecomposites:UVandthermalstability[J].PolymerCompositesꎬ2020(11):69-79.(本文于2020-10-26收到)6。
聚烯烃导热复合材料老化性能的研究
S u y o h i g P o e t so lo e n e ma n u t ec mp sts t d n t eAgn r p ri fPoy lf sTh r lCo d ci o o i e i v e
Ke wo ds PP; Cmsln d PP; T ema n u tv mp sts Ag n y r : sike h r l Co d cie Co o i ; e ig
导热 材料广 泛应 用于 换热 、采 暖 、电子 封装 等领 域 ,采用 最为普 遍 的是金 属材 料 。 由于金 属 材料在 耐
S UN h n yn Z a — ig, Z HANG — n, DAIGa — e Lu mi n c
( a h aU ie i f c.adT c . teK yl b f hmcl n . hnhi 0 27 h a Es C i nvrt o i n eh ,S t e a .o C e i g ,Saga20 3 ,C i ) t n sy S a aE n
1 实验部分
1 1 原料 及设 备 .
聚丙烯 :Y10 ,熔体 质量 流 动速 率 (6 )g 60 1 ±3 /
1 n 0mi,上海石 油 化工 股 份公 司 ;交 联 聚 乙烯 :P X E 一
4 1,上 海 高分子 功能 材料研 究所 ;石 墨 :G ,上海 27 3
故需要 添加 导热 率 高 的填 料 来 获得 高 热 导 率 的 材 料 ,
维普资讯
第 3 卷 增 刊 6
20 0C N S RY HI A f A S I DU I I
聚烯烃导热复合材料老化性能的研究
淀粉聚丙烯复合材料
优化淀粉聚丙烯复合材料的生产工艺,降低成本,提高生产效率 ,是推动其市场应用的关键。
扩大应用范围
针对不同领域的需求,研发适合的淀粉聚丙烯复合材料,拓展其 应用范围。
政策环境
政策支持
政府出台相关政策,鼓励环保材料的研发和应用,为淀粉聚丙烯复 合材料的发展提供政策支持。
标准制定
制定淀粉聚丙烯复合材料的相关标准,规范市场秩序,促进其健康 发展。
耐化学腐蚀性
良好的耐酸碱性能
聚丙烯本身具有较好的耐酸碱性 能,可以抵抗大部分酸碱物质的 侵蚀,从而提高淀粉聚丙烯复合
材料的耐化学腐蚀性。
良好的耐水性能
聚丙烯的疏水性使其具有良好的 耐水性能,可以防止水分对复合 材料的侵蚀,延长材料的使用寿
命。
抗老化性能
聚丙烯的抗老化性能较好,可以 延缓复合材料的老化过程,使其 在长时间使用过程中仍能保持良
优异的加工性能
加工流动性
01
淀粉聚丙烯复合材料具有良好的加工流动性,易于进行注塑、
挤出等成型加工,提高生产效率。
热稳定性
02
该材料在加工过程中表现出良好的热稳定性,能够在较高温度
下保持稳定,减少加工过程中的问题。
加工精度
03
淀粉聚丙烯复合材料在加工过程中能够达到较高的精度,满足
各种产品尺寸和外观的要求。
定义与特性
定义
淀粉聚丙烯复合材料是一种由淀 粉和聚丙烯通过一定的加工工艺 混合而成的复合材料。
特性
具有较好的力学性能、耐热性、 耐腐蚀性和加工性能,同时可降 解,对环境友好。
制造工艺
01
02
03
04
配料混合
将淀粉和聚丙烯按照一定比例 混合,加入适量的添加剂。
多手段研究分析聚丙烯的热氧老化机理
多手段研究分析聚丙烯的热氧老化机理发布时间:2021-06-17T11:09:56.603Z 来源:《科学与技术》2021年第29卷2月6期作者:孔德平刘勇田育泰吴征[导读] 聚丙烯作为一种常见的高分子材料,因其具备性能优异、易加工且价格低廉等优点而广泛应用于建筑防水等行业。
孔德平刘勇田育泰吴征联泓新材料科技股份有限公司山东滕州 277527摘要:聚丙烯作为一种常见的高分子材料,因其具备性能优异、易加工且价格低廉等优点而广泛应用于建筑防水等行业。
例如以聚丙烯为主要原料之一制备的热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材,具有抗老化性好、拉伸性能优良、施工方便等优点,目前在国内的产量与销量均呈上升趋势,具有广阔的应用前景。
本文主要分析多手段研究分析聚丙烯的热氧老化机理。
关键词:聚丙烯;热氧老化;动态热机械分析法;红外光谱法;力学性能;表面形貌引言对聚丙烯片材进行热氧老化,采用动态热机械分析法、拉力机测试其机械性能、力学性能的变化,随着热氧老化时间的延长,聚丙烯的分子链段受到破坏,机械、力学性能显著下降。
FT-IR测试结果表明,聚丙烯片材在老化过程中存在诱导期,初期积聚能量,到一定程度后会迅速老化并发生大幅度降解。
超景深显微镜观察结果表明,聚丙烯片材在老化过程中,表面形貌出现了较大的缺陷,表层结构受到破坏。
1、实验部分1.1原料聚丙烯颗粒:荷兰利安德巴塞尔公司。
1.2设备动态热机械分析仪:DMA,瑞士METTLERTOLEDO公司;傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR):IS50,美国ThermoFisher公司;超景深三维数码显微镜:SVM6,德国LeicaMicrosystem公司;微机控制电子万能试验机:ETM503B,深圳万测试验设备有限公司。
1.3样品制备将聚丙烯颗粒在215℃熔化后注塑成型制作聚丙烯片材,并放置在23℃、相对湿度50%的房间内养护7d。
养护结束后将聚丙烯片材放入烘箱进行115℃老化,分别老化0d、7d、15d、30d、45d、60d,取出静置至室温后进行性能测试。
聚丙烯纳米复合材料的研究及应用
聚丙烯纳米复合材料的研究及应用李跃文陈枝晴(湖南科技职业学院高分子工程与技术系,长沙,410118 )摘要:综述了聚丙烯基层状填料纳米复合材料、纤维状填料纳米复合材料、粉状填料纳米复合材料、POSS 纳米复合材料制备方法、结构与性能方面的最新研究进展,介绍了聚丙烯/粘土纳米复合材料的一些实际应用,对今后的研究和开发方向也提出了自己的看法。
关键词:聚丙烯,纳米复合材料,纳米填料,研究进展,应用聚丙烯(PP) 是目前产量最大、发展最快的合成树脂之一,它具有良好的综合力学性能、耐热性、耐腐蚀性能和成型加工性能,应用范围十分广泛。
但PP 低温脆性大,耐老化性能不好,容易燃烧,绝对强度和金属材料相比尚有一定差距,这些使其应用受到一定程度的制约。
共聚、共混、加助剂等传统的改性方法均有一定的局限性,近年发展起来的纳米技术给PP 提供了一种新的改性途径,大量的研究表明,将PP 与纳米组份复合,具有广泛而显著的改性效果。
与传统方法相比,通过形成纳米复合材料对PP进行改性具有如下优点:(1)纳米组份含量很少时即有显著的改性效果;(2)在改善某些性能的同时,几乎不损害其它性能,特别是成型加工性能;(3)改性范围广泛。
1、PP /层状填料纳米复合材料1.1 PP/ 层状粘土纳米复合材料自然界有些粘土矿物具有层状结构,如蒙脱土、累托土、斑脱土等。
在适当的条件下,聚合物分子链能插入到粘土片层之间,使片层层间距扩大,甚至剥离,从而形成纳米复合材料。
由于粘土片层的纳米效应和层状结构,PP/层状粘土纳米复合材料的力学强度、热稳定性、阻隔性、阻燃性均有明显改善。
PP/ 蒙脱土纳米复合材料是研究和开发较早的PP 纳米复合材料。
目前的研究主要集中在熔融共混法制备纳米复合材料及其结构与性能上。
王平华[1]等用钠基蒙脱土(Na-MMT) 和经十六烷基三甲基溴化铵处理过的有机蒙脱土(Org-MMT) 分别与PP 制成了纳米复合材料,实验结果表明,Na-MMT 和Org-MMT 对PP 均有良好的增强增韧效果,但两者填充形态不一样,Na-MMT 以纳米粒子形态填充,Org-MMT 以插层形态填充;另外,Na-MMT 还能诱导聚丙烯结晶晶型发生转变,产生有利于提高聚丙烯冲击强度的3晶型。
聚丙烯复合材料的阻燃抗老化性能和作用机理
聚丙烯复合材料的阻燃抗老化性能和作用机理摘要:本文研究了聚丙烯复合材料的阻燃和抗老化性能,分析了其作用机理。
本文采用各种手段研究了不同组分的复合材料的阻燃性能和耐老化性能。
结合SEM、TGA、FTIR等表征技术,探讨了材料的界面相容形态、热稳定性以及老化过程中的化学变化。
实验结果表明,添加无机阻燃剂和纳米氧化硅可以提高材料的阻燃性能。
而添加蒽醌类化合物可以使材料具有良好的抗老化性能。
此外,聚丙烯基质中加入足量的多官能团协同稳定剂也能够提高聚丙烯复合材料的耐老化性能。
本文通过分析材料的作用机理和结构特征,为聚丙烯阻燃和抗老化性能的改性提供了新的思路。
关键词:聚丙烯;复合材料;阻燃性能;抗老化性能;作用机理1. 引言随着现代工业的迅速发展,人们对聚合物材料的性能要求也越来越高,其中阻燃和抗老化性能是热塑性聚合物复合材料中一种非常重要的性能参数。
在许多领域中,如电子电器、建筑、汽车等,阻燃和抗老化性能都是保障材料安全可靠的重要指标。
其中,聚丙烯作为一种普遍应用的热塑性聚合物,其复合材料具有广泛的应用前景。
然而,由于聚丙烯本身不具备阻燃和抗老化性能,因此需要探究如何通过改性手段来提高聚丙烯复合材料的阻燃和抗老化性能。
本文将从阻燃和抗老化两个方面进行深入研究,探讨聚丙烯复合材料的改性途径和作用机理。
2. 阻燃性能的提高2.1 添加无机阻燃剂无机阻燃剂是一种重要的阻燃材料,可以通过其热解产物中气体复合物的形成来提高材料的阻燃性能。
在聚丙烯基质中添加适量的氢氧化铝、氧化镁和氧化锆等无机阻燃剂,可以显著提高聚丙烯复合材料的阻燃性能。
实验结果表明,添加10%的氧化镁可以使聚丙烯复合材料的极限氧指数(LOI)从18.6%提高到26.8%。
2.2 纳米氧化硅的加入纳米氧化硅作为一种新型的阻燃剂,具有高比表面积、低毒性、高稳定性等优点。
本文将不同比例的纳米氧化硅加入聚丙烯基质中,结果表明,当纳米氧化硅的含量为5%时,材料的LOI值可以达到27.5%。
聚丙烯复合材料的研究与现状
强度高、 结晶速度快 、 加工范围广 、 透明度和光泽度 可与其他一些 树脂 如 P , E ,V P S P T P C,C等相媲美 , 能价 格 比则优于 P ,E 性 S P T, P C,C V P 。因此 , 自高透明聚丙烯 问世 已来在全球迅速得到发展 , 已广泛应用 于透 明包装 、 医疗器具 、 日用 品等众多领域 。 目前 世界上改善透明度的方式 主要有 以下 3种 : () 1 在聚合过程 中引人第 二种单体 而改变分子链 的规整度 ,
科 之 学 友
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聚丙烯复合材料 的研 究与现 状
杨Байду номын сангаас海 燕
( 山西省高分子研究及检测重点实验室 ,山西 太原 002) 3 04
摘
要 :文章综述 了聚丙烯复合材料的应 用前景、 内的研 究进展 , 国 并提 出聚 丙烯复合材料
Ap l a i n o p a t M i t r t Ro m m p r t r n Ro d p i to f As h l c x u e a o Te eau e i a
Co sr to n t uc i n
W a g Yo g o g n nh n
2 聚 丙烯 复合 材料 的分 类
聚丙烯复合材料按其性能主要分 为 4类 : 高透明聚丙烯 、 增 强 /填充聚丙烯 、 发泡聚丙烯 、 阻燃抗静 电聚丙烯 。 21 高 透 明 聚 丙 烯 .
近2 0年来 , 许多西方 国家先后进 行了高透 明聚丙烯 材料 的 研 究开发 , 并相继实现 商品化。 由于高透 明即不 仅继承了无毒 、 无 味、 耐高温 、 耐腐蚀 的优点, 而且其热 变形 温度 高、 刚性好 、 拉伸
聚丙烯非织造布光老化性能的评价方法
聚丙烯非织造布光老化性能的评价方法王向钦漆东岳杨欣卉聚丙烯非织造布按耐用性能分为耐久性非织造布(如服饰用、土木建筑用)和环保可降解性非织造布(如环保型购物袋、农用非织造布地膜等)[1,2]。
聚丙烯非织造布在使用过程中发生的老化主要由太阳光中的紫外线辐射所引起,对聚丙烯非织造布光老化性能的宏观评价方法有自然老化试验法和人工模拟老化实验法,微观分析方法有特性粘度法、差示扫描量热法、红外光谱法等,本文将对聚丙烯非织造布光老化的反应机理及其宏观和微观评价方法进行讨论。
1聚丙烯光老化反应机理自上世纪80年代开始,众多学者对聚丙烯的耐老化性能进行了广泛而深入的研究,发现聚丙烯的老化主要与大分子链上大量存在的叔碳原子有关[3,4],由于叔碳原子具有较强的失电子能力,在有氧的情况下仅需很小的能量就可以使C—H键断裂,形成活泼的叔碳自由基,在受到与聚丙烯中化学键键能相对应的紫外光能量的作用后[5],引起分子链各种反应发生,如链增长、链断裂等[4],最后表现为聚丙烯材料的变色、强度下降、表面龟裂等老化现象。
太阳光中部分波长的紫外光能量与聚丙烯分子中某些化学键键能十分接近,所以聚丙烯中的相应化学键可以吸收紫外线能量,导致化学键的断裂,从而引发光老化[3,6]。
部分太阳光紫外线能量与聚丙烯中典型化学键键能的对应关系见下表。
Gardette等对聚丙烯光老化的反应机理作了总结[4],其反应机理为:活泼的叔碳原子在吸收了紫外光能量后,与空气中的O2发生氧化反应生成过氧化物,然后继续在紫外光能量的作用下进一步发生链增长、链断裂、链终止以及形成支链等反应,最后表现为宏观上的老化行为;不论聚丙烯光老化向什么方向进行,其最终产物中均有羰基的存在,所以很多研究人员采用羰基指数来表征聚丙烯光老化程度[2,7,8]。
这些研究成果为如何评价与衡量聚丙烯非织造布的光老化性能提供了一种新的思路,即通过各种手段分析光老化过程中的微观变化评价其光老化性能,现代化的分析仪器可提供更加稳定可靠的数据,使评价结果更加准确可靠。
38土工合成材料的老化性能研究
号为:GB / T 3681 - 2000。
3 人工气候试验和大气老化试验的相 关性及土工合成材料的寿命预测
通过人工气候试验寻求与大气老化试验结果之 间的换算关系或相关模型,以期在较短时间内预测 土工合成材料在实际使用环境下的使用寿命,是一 个非常活跃的研究领域。国内外为解决这一问题,
进行过大量的试验研究,发展了各种老化试验方法 和测试技术,以及如何利用这些方法去获得有用的 数据。有 关 相 关 性 的 建 立 方 面, 尽 管 由 于 试 验 条 件、换算方法等的不同而导致结论各不相同,但各 国都十分重视这方面的研究工作,也产生了许多预 测方 法。概 括 起 来, 可 以 将 这 些 方 法 分 为 两 大 类[1,9 ~ 11]:
由于影响材料老化因素的复杂性以及大气老化 条件的不确定性,到目前为止,所有的方法都是定 性的,得到的模型也是经验模型,受试验结果的影 响比较大。
从本质上讲,土工合成材料的原料和塑料的原 料相同。因此在建立土工合成材料大气老化和人工 老化的关系模型时,不妨借鉴塑料寿命预测方面的 一些方法和模型[12]。
规定了实验室光源曝露试验方法的技术资料和通则;规定
了测定辐照度和辐照量的方法及黑标准温度计和黑板温度
计;但不包括曝露结果的评定方法。该方法可参见 GB / T 15596 - 1995。
中
规定了以氙灯为光源,模拟和强化自然气候中主要因素的
国
*1GB9344 - 88
塑料氙灯光源曝露 试验方法
一种人工气候加速老化试验方法;适用于在规定的条件下, 以加速老化试验获得近似于自然条件下的耐候性结果;适
是尽量采用与实际应用场合接近的条件进行老化试
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杨旭东等 土工合成材料的老化性能研究
