浸塑用低密度聚乙烯研究

方 宏，潘鴻博，趙增輝，王春嬌，王 華

（1.大慶化工研究中心，黑龍江 大慶 163714；2.大慶油田第五采油廠第五礦高二隊(duì)，黑龍江 大慶 163714；3.大慶鉆研鉆井二公司技術(shù)服務(wù)公司量室，黑龍江 大慶 163714）

浸塑用低密度聚乙烯研究

方 宏1，潘鴻博2，趙增輝1，王春嬌3，王 華1

（1.大慶化工研究中心，黑龍江 大慶 163714；2.大慶油田第五采油廠第五礦高二隊(duì)，黑龍江 大慶 163714；3.大慶鉆研鉆井二公司技術(shù)服務(wù)公司量室，黑龍江 大慶 163714）

對浸塑用LDPE產(chǎn)品的性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并對性能和結(jié)構(gòu)較為相似的2410T和LD400的相對分子質(zhì)量、相對分子質(zhì)量分布、結(jié)晶性能進(jìn)行表征和討論，同時利用毛細(xì)管流變對2410T和LD400做了流變性能的研究。結(jié)果顯示，浸塑用LDPE產(chǎn)品的特點(diǎn)在于熔體流動速率較高，一般均高于30g/10min，相對分子質(zhì)量較小，結(jié)晶性能較好，加工溫度范圍為155～180℃。

浸塑；LDPE；流變

前言

低密度聚乙烯樹脂（LDPE）采用高壓管式或高壓釜式技術(shù)，是乙烯在高溫、高壓條件下聚合而生產(chǎn)出的低密度聚乙烯[1]。LDPE是重要的熱塑性材料，具有良好的透光性和加工性能，可以制成薄膜、容器等多種制品。現(xiàn)今，隨著LDPE在生產(chǎn)和生活中的廣泛應(yīng)用，逐步滲透到防腐、裝飾、防護(hù)等各個方面，將LDPE用于浸塑是對其用途的又一拓展。

浸塑用LDPE常稱聚乙烯浸塑粉，也稱為聚乙烯粉末涂料，是熱塑性粉末涂料的一種。它是以LDPE為主原料，另外添加一定的助劑、顏料、填料經(jīng)顆粒粉碎而制成的一種粉末涂料，經(jīng)浸塑工藝在基材表面形成一層具有耐酸、堿、鹽等化學(xué)藥品性的塑料包覆層，適用于電器、日常用品、醫(yī)療器械、輕工、化工設(shè)備等外殼及零部件的裝飾、防腐及絕緣涂層防腐[2]。

本文對浸塑用LDPE產(chǎn)品的性能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究和討論，并對其加工流變性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

LDPE，LD400（燕山石化）、2410T（揚(yáng)子石化）、866-000（茂名石化）、G812（新加坡）。

1.2 儀器設(shè)備

熔融指數(shù)儀：CEAST公司，6542型號；密度梯度儀：CEAST公司，6001型號；壓片機(jī)：美國PHI公司，PHI75型；拉力試驗(yàn)機(jī)：INSTRON公司，4667型；凝膠色譜德國PE公司，CR-7；轉(zhuǎn)矩流變儀：德國HAKKE公司，POLYLAB；邵氏硬度計(jì)：意大利CEAST公司，6868型號；維卡軟化點(diǎn)測試儀：英國RAY-Ran公司，RR/HDV6型；毛細(xì)管流變儀：英國BOHLIN儀器公司，RH7；差熱掃描儀：美國Dupout公司，910型。

1.3 試驗(yàn)方法

基礎(chǔ)性能測試：MFR，按GB/T3682測試；密度，按GB/T 1033測試；拉伸性能，按GB/T 1040測試；硬度，按GB/T 2411測試；軟化點(diǎn)，按GB/T 1633測試。

結(jié)晶性能采用DSC測試方法，稱取LDPE樣品6mg左右于坩堝內(nèi)，用Perkin-Elmer公司的Pxris L型示差掃描量熱儀在氮?dú)猓饬髁?0mL/min）保護(hù)下，將樣品從50℃快速加熱到200℃，并在200℃下保溫5min（為消除熱歷史，使之完全處于熔融狀態(tài)），然后以10℃/min降至50℃，再恒溫5min，接著再以10℃/min升到180℃，記錄其降溫和第二次升溫曲線。

相對分子質(zhì)量及其分布：采用凝膠滲透色譜，聚乙烯在分離柱上按分子流體力學(xué)體積大小被分離開。使用美國沃特斯公司的GPC150CV型凝膠滲透色譜儀測量，使用三根PLgel 10μm MIXED-B柱子，以1,2,4-三氯代苯為流動相，測量溫度為150℃，流速為1.0mL/min，樣品濃度為0.3%（wt）。

毛細(xì)管流變試驗(yàn)，設(shè)定的轉(zhuǎn)速和溫度下，利用毛細(xì)管流變儀進(jìn)行測試，并計(jì)算相應(yīng)的剪切力，剪切速率和黏度，給出相應(yīng)的曲線。

轉(zhuǎn)矩流變試驗(yàn)，利用轉(zhuǎn)矩流變儀，在設(shè)定溫度、轉(zhuǎn)速的條件下進(jìn)行熔融擠出，試驗(yàn)過程中，保持穩(wěn)定狀態(tài)5～10min，觀察其扭矩變化，記錄數(shù)據(jù)及圖譜。

2 結(jié)果與討論

2.1 浸塑用LDPE產(chǎn)品性能測試

將收集的浸塑用LDPE樣品進(jìn)行性能測試，對比各樣品的基本性能，結(jié)果見表1。

表1 浸塑用LDPE產(chǎn)品基本性能Table 1 The basic properties of LDPE product for plastic coating

從上述結(jié)果可知，浸塑用LDPE產(chǎn)品的MFR均大于30g/10min，MFR較高，流動性良好，比較適合生產(chǎn)浸塑用粉末。其中，樣品2410T和LD400的熔體流動速率、密度等各項(xiàng)性能較為接近，因此選取2410T和LD400為主要研究對象。

2.2 浸塑用LDPE樣品熱性能研究

差示掃描量熱儀（DSC）用于定量測試熔融過程和結(jié)晶過程中的熱效應(yīng)。由DSC測得樣品2410T和LD400的熔點(diǎn)、結(jié)晶溫度和熔融熱等數(shù)值，得到樣品熔融和結(jié)晶曲線，結(jié)果如圖1、2，表2所示。

圖2 LD400產(chǎn)品DSC譜圖Fig.2 The DSC curves of LD400 product

表2 DSC表征樣品的熱性能結(jié)果Table 2 The thermal performance of the sample characterized by DSC

LDPE產(chǎn)品的支化度較大，根據(jù)高聚物的結(jié)晶學(xué)原理，分子鏈的空間位阻較大，就會導(dǎo)致結(jié)晶度較低。從上述表征結(jié)果可以看出樣品的熔點(diǎn)在110℃以上，結(jié)晶溫度在90℃以上，結(jié)晶度＞38%，所測數(shù)據(jù)中顯示LD400的熔點(diǎn)、結(jié)晶溫度及結(jié)晶度較2410T要高一些，這可能是LD400硬度較高的原因。

2.3 浸塑用LDPE產(chǎn)品相對分子質(zhì)量、相對分子質(zhì)量分布測試研究

采用凝膠色譜法（GPC）測試浸塑用LDPE產(chǎn)品相對分子質(zhì)量（Mw、Mn）及相對分子質(zhì)量分布（MWD），測試結(jié)果如下：

圖3 2410T相對分子質(zhì)量分布曲線Fig.3 The molecular weight distribution curve of the 2410T

圖4 LD400相對分子質(zhì)量分布曲線Fig.4 The molecular weight distribution curve of the LD400

表3 浸塑用LDPE產(chǎn)品相對分子質(zhì)量及相對分子質(zhì)量分布Table 3 The molecular weight and distribution of the LDPE product for plastic coating

浸塑用LDPE產(chǎn)品要求產(chǎn)品具有一定的熔融黏度，這樣在粉末熔融黏附在基材表面時可形成一定厚度的涂膜，而熔融黏度的大小主要是由產(chǎn)品的類型、相對分子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量分布情況決定的。如果樣品的相對分子質(zhì)量太高、其熔融黏度過高，熔融時流動性差，浸塑涂層表面不均勻，容易出現(xiàn)凹凸不平或基材露點(diǎn)；如果相對分子質(zhì)量太小，它的熔融黏度就過低，這樣浸塑生產(chǎn)時容易出現(xiàn)流掛現(xiàn)象[3]。通過GPC表征，可以看出，樣品2410T和LD400的數(shù)均相對分子質(zhì)量（Mn）在10000以上，重均相對分子質(zhì)量（Mw）已超過60000，相對分子質(zhì)量分布均大于5，比較適合浸塑用LDPE的要求。

2.4 浸塑用LDPE產(chǎn)品流變性能研究

樹脂的流動和形變是加工過程中最基本的工藝特征，了解加工過程中聚合物的流變行為及其規(guī)律，對成型工藝的選擇、操作、控制具有深遠(yuǎn)的意義。

浸塑用LDPE產(chǎn)品的熔體流動速率較大，相對分子質(zhì)量較小，在生產(chǎn)和加工過程中，容易遇到顆粒成型條件苛刻，加工區(qū)間不易控制等問題，為確定該類產(chǎn)品的加工成型區(qū)間，應(yīng)用毛細(xì)管流變儀對2410T、LD400進(jìn)行加工流變性試驗(yàn)，并考察每種樣品流變性能隨溫度的變化，所得流變曲線見圖5～8。

溫度變化試驗(yàn)條件：

溫度設(shè)定：150、160、170、180℃；毛細(xì)管直徑：1mm；剪切速率范圍：10～15000s-1。

圖5 2410T流變性能隨時間變化曲線Fig.5 The time varying curves of the rheological properties of 2410T

圖6 LD400流變性能隨時間變化曲線Fig.6 The time varying curves of the rheological properties of LD400

從圖5、6所示曲線可知，在150～180℃之間樣品的剪切黏度隨剪切速率的增加而降低。當(dāng)溫度為150℃時，樣品的剪切應(yīng)力和黏度隨剪切速率的增加呈規(guī)律性變化，而溫度在180℃時，樣品的剪切應(yīng)力曲線出現(xiàn)輕微的偏離，說明熔體流動速率較高的聚乙烯在剪切速率增加到一定程度時，容易出現(xiàn)螺桿打滑、空轉(zhuǎn)、進(jìn)料困難等問題。因此高熔體流動速率的浸塑用LDPE產(chǎn)品的加工區(qū)間大致為150～180℃。

3 結(jié)論

1）浸塑用LDPE產(chǎn)品為熔體流動速率高，流動性好的LDPE產(chǎn)品。

2）浸塑用LDPE樣品的熔點(diǎn)在110℃以上，結(jié)晶溫度在90℃以上，結(jié)晶度＞38%，所測數(shù)據(jù)中顯示LD400的熔點(diǎn)、結(jié)晶溫度及結(jié)晶度較2410T要高一些。

3）樣品2410T和LD400的數(shù)均相對分子質(zhì)量（Mn）在10000以上，重均相對分子質(zhì)量（Mw）超過60000，相對分子質(zhì)量分布均大于5，符合浸塑生產(chǎn)用LDPE產(chǎn)品的要求。

4）2410T和LD400兩種產(chǎn)品的剪切應(yīng)力隨著剪切速率的增加而增加，剪切黏度隨剪切速率的增加而減小，在流變試驗(yàn)中表現(xiàn)為剪切敏感性強(qiáng)，當(dāng)剪切強(qiáng)度加大時，熔融體系的黏度降低幅度較大。

［1］ 洪定一.塑料工業(yè)手冊聚烯烴［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1999: 24～29.

［2］ 張華東.熱塑性粉末涂料［J］.涂裝與電鍍,2008,2:3～11.

［3］ 管紅,王德鑫,王艷芳,等.LDPE粉末涂料專用料的研制［J］.合成樹脂及塑料,1995（12）:36～38.

Study on the LDPE Product for Plastic Coating

FANG Hong1,PAN Hong－bo2,ZHAO Zeng－h(huán)ui1,WANG Chun－jiao3and WANG Hua1
（1.Daqing Petrochemical Research Center,Daqing 163714,China;2.No.5 Oil Production Company,Daqing Oil Field,Daqing 163714,China;3.No.2 Drilling Company,Daqing Oil field,Daqing 163714,China）

The performance of the LDPE products for plastic coating was studied detailedly.The molecular weight,molecular weight distribution and crystallization properties of the 2410T and LD400,which had the similar structures and properties were characterized and discussed.And their rheological properties were studied with the capillary rheometry.The results showed that the LDPE products for plastics coating had high melt flow rates,which were generally higher than 30g/10min,and its molecular weight was lower and it had great crystallization properties.The processing temperature range of the products was between 155～170℃.

Plastic coating;LDPE;rheology

TQ325.12

A

1001-0017（2015）06-0440-04

2015-08-18

方宏（1979-），女，黑龍江伊春人，碩士，工程師，主要從事聚烯烴后加工方面的研究工作。