煤基聚丙烯樹脂老化性能改性研究

(神華包頭煤化工有限公司 014010)

煤基聚丙烯樹脂老化性能改性研究

王玉輝

(神華包頭煤化工有限公司 014010)

在對神華包頭公司煤基聚丙烯樹脂進行基礎(chǔ)性能評價的基礎(chǔ)性上，確定了影響樹脂老化性能的因素。在此基礎(chǔ)上進行老化性能改進研究，確定了最佳改性配比抗氧劑含量0.2%(wt)、BaSO4含量10%(wt)、紫外線穩(wěn)定劑含量0.4%(wt)，滿足使用要求。

煤基聚丙烯 樹脂 老化性能 改性

隨著人們對聚丙烯材料認識的深入，聚丙烯制品在建筑、交通、生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用業(yè)日益廣泛，對聚丙烯制品的性能要求也逐漸提高。由于聚丙烯化學(xué)性能穩(wěn)定、價格相對便宜獲得了極其廣泛應(yīng)用，但由于其光穩(wěn)定性較差，在使用過程中存在強度下降、發(fā)脆、變黃等現(xiàn)象，這使得聚丙烯制品的使用廣泛性受到限制、安全性受到懷疑[1-2]。特別是隨著煤制烯烴MTO、MTP等技術(shù)的逐漸推廣、成熟，煤基聚丙烯材料廣泛投入各方面應(yīng)用，深入研究煤基聚丙烯材料的老化性能就具有特別重要的意義。造成聚丙烯材料老化的的因素分為外部因素和內(nèi)部因素[3]，改善聚丙烯材料性能的方法主要是從其內(nèi)部因素著手，即改變聚丙烯材料的組成和配方，并選擇合理的加工方式，盡可能消除內(nèi)應(yīng)力。文中主要以神華包頭公司生產(chǎn)的煤基聚丙烯材料為基礎(chǔ)，從最大限度阻止引發(fā)聚丙烯降解的各種有害因素和消除或捕捉導(dǎo)致聚丙烯氧化降解的自由基兩方面考慮[4]，對其老化性能進行分析、改性以滿足實際應(yīng)用的需要。

1 實驗

1.1 原料

聚丙烯L5E89，為神華包頭公司生產(chǎn)；抗氧劑(1010)，為遼寧眾和公司生產(chǎn)；BaSO4，5μm，市售；紫外線穩(wěn)定劑GW-327，市售。

1.2 實驗設(shè)備

注塑機，HM110/210，奧地利威猛巴頓菲兒；萬能材料試驗機，5966，美國英斯特朗；懸臂梁/簡支梁沖擊試驗機，6614，意大利CEAST；雙螺桿造粒機，MYCROTLE16-40，泰國Labtech；電熱鼓風(fēng)干燥箱，DHG-9145A，國產(chǎn)。老化箱，ZN-420，國產(chǎn)。

1.3 試樣制備

將神華包頭公司生產(chǎn)的煤基聚丙烯原料分別與抗氧劑、BaSO4(在120℃條件下烘干6h)和紫外線穩(wěn)定劑等改性劑混合均勻后，經(jīng)雙螺桿造粒機進行造粒，造粒機條件為：螺桿轉(zhuǎn)速120r/min；料筒為6段加熱Ⅰ段210℃、Ⅱ段215℃、Ⅲ段220℃、Ⅳ段220℃、Ⅴ段225℃、Ⅵ段230℃。將添加改性劑的粒料在90℃條件下置于鼓風(fēng)干燥箱中2h，待粒料降至室溫后進行注塑成型。注塑條件見表1。

表1注塑加工條件

推薦條件沖擊性能拉伸性能注塑溫度(℃)230230保壓時間(s)30～4030～40冷卻時間(S)4030保壓時間(S)058512452000064613572000保壓壓力(Bar)10508508007209379379379313注塑行程(cm3)0188321490192321490注塑速度(cm3/s)801309090391388383333

1.4 老化試驗

將所有制備的樣條均放在老化箱中進行紫外線照射，在相同的老化條件下，比較各個配方之間的老化性能差異，并與未改性的煤基聚丙烯樣品進行對比。

本實驗采用Ⅱ型熒光紫外燈，其在313nm出的光能量達到最大，有利于加速聚丙烯的老化作用。在老化箱中，采用通風(fēng)的方式控制老化箱室內(nèi)溫度為60℃，室內(nèi)放置有水，在高溫作用下，水加熱成蒸汽，模擬自然界水的汽化、冷凝過程對試樣的老化過程。為使試樣各部位受照射時間的均勻，每兩小時翻動試樣一次。

2 結(jié)果與討論

2.1 抗氧劑對煤基丙烯樣品老化性能的影響

聚丙烯材料在空氣中的氧、紫外線等因素作用下，吸收氧元素使聚丙烯材料中分子鏈斷裂，形成自由基，由于自由基較為活潑可引起進一步反應(yīng)，從而導(dǎo)致分子量降低、粘度下降，進而脆化、變硬，即聚丙烯老化。為了防止聚丙烯的快速老化，在聚丙烯生產(chǎn)過程中都要加入少量的抗氧劑。這種抗氧劑加入量較少，只能保證正常的儲存、運輸過程中不被氧化。被用作室外材料時，在加工過程中需要額外加入抗氧劑。本實驗采用抗氧劑1010，和生產(chǎn)過程使用的抗氧劑保持一致，作4組配方的抗氧化劑老化改性，如表2所示，各組配方依次編號為Y1、Y2、Y3、Y4。經(jīng)摻混、造粒、注塑后進行拉伸性能測試，測試結(jié)果見圖1。

由圖1可見，隨著老化時間的逐漸延長，PP樣條的拉伸強度逐漸增大，達到一定照射時間后拉伸強度達到最大值， 隨后拉伸強度隨老化時間的延長

表2抗氧劑(1010)改性配方

%(wt)

圖1 PP抗氧化劑老化改性

逐漸降低。這是因為PP 材料在紫外線的照射下導(dǎo)致分子間碳碳鍵的斷裂使分子量降低，形成的自由基間相互發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成更復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致材料的拉伸強度增加，繼續(xù)對PP材料進行照射，這種更復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)遭到進一步的破壞，分子量降低形成小分子結(jié)構(gòu)，從而使拉伸強度降低。

2.3 BaSO4對煤基丙烯樣品老化性能的影響

BaSO4對紫外線有屏蔽作用，能夠吸收一部分紫外線的能量，能夠有效阻止紫外線對聚丙烯材料分子鏈的損害，本實驗作4組配方的BaSO4老化改性，如表3所示，各組配方依次編號為B1、B2、B3、B4。經(jīng)摻混、造粒、注塑后進行拉伸性能測試，測試結(jié)果見圖2所示。

表3 BaSO4改性配方 %(wt)

圖2 PP BaSO4老化改性

由圖2可見，在相同實驗條件下，老化時間50d后，純PP材料的拉伸強度為原來的72%，BaSO4含量在5%、10%的材料，老化時間50d后拉伸強度分別為原來的77%和82.5%。與純PP材料相比，經(jīng)BaSO4改性后PP材料的拉伸強度隨著BaSO4的含量增加而顯著提高，說明其老化性能有所改善。

2.3紫外線穩(wěn)定劑對煤基聚丙烯樣品老化性能的影響

選擇適當(dāng)?shù)淖贤饩€穩(wěn)定劑對煤基聚丙烯材料進行改性是防止聚丙烯材料進一步老化的最有效途徑，本實驗選擇紫外線穩(wěn)定劑GW-327作為煤基聚丙烯材料的改性劑研究聚丙烯材料的抗老化性能。本實驗作5組配方的紫外線穩(wěn)定劑老化改性，如表4所示，各組配方依次編號為Z1、Z2、Z3、Z4、Z5。經(jīng)摻混、造粒、注塑后進行力學(xué)性能測試，測試結(jié)果見圖3、圖4所示。

表4紫外線穩(wěn)定劑改性配方%(wt)

圖3 PP 紫外線穩(wěn)定劑老化改性

圖4 紫外線穩(wěn)定劑含量對煤基PP材料老化性能影響

由圖3、圖4可見，隨著老化時間的逐漸延長，PP樣條的拉伸強度逐漸增大，達到一定照射時間后拉伸強度達到最大值，隨后拉伸強度隨老化時間的延長逐漸降低。GW-327是苯并三唑類紫外線穩(wěn)定劑，強烈吸收310～370nm范圍內(nèi)的紫外線，并在320nm和365nm處呈現(xiàn)駱駝型雙吸收峰，這恰好與聚丙烯材料的光敏感波段相吻合。另外由于GW-327類紫外線穩(wěn)定劑具有較好的熱穩(wěn)定性，分散于試樣中的GW-327紫外線穩(wěn)定劑強烈吸收對聚合物有害的紫外波長，有效阻止了紫外線對試樣的進一步破壞，使試樣的力學(xué)性能保持時間得到有效延長。

2.4 綜合改性

總結(jié)改性煤基聚丙烯基礎(chǔ)樹脂老化時間、力學(xué)性能基礎(chǔ)上，對基礎(chǔ)樹脂進行了綜合改性，以期保證老化性能及力學(xué)性能二者的有機統(tǒng)一。改性結(jié)果見表5所示。

表5煤基聚丙烯老化綜合改性測試結(jié)果

性能指標POP1P2P3P4抗氧劑含量，%00102051BaSO4含量，%05103040紫外線穩(wěn)定劑含量，%00204061性能保持率%拉拉伸強度072088090091092斷裂應(yīng)力066076079081082沖擊強度076085087088089

表5是煤基聚丙烯材料綜合改性配方及在1200h時老化性能測試結(jié)果，由表5可見，P2號改性料在1200h老化時間下力學(xué)性能有較大的保持率，滿足具體使用要求。

3 結(jié)論

通過抗氧劑、BaSO4和紫外線穩(wěn)定劑對煤基聚丙烯材料的的老化性能研究，發(fā)現(xiàn)它們對煤基聚丙烯材料的老化性能均具有較為明顯的影響，由表5可見，在老化時間1200h時煤基聚丙烯材料的拉伸強度、斷裂應(yīng)力和沖擊強度的最大保持保持率分別92%、82%和89%，考慮到經(jīng)濟效益及具體使用要求，最佳的煤基聚丙烯改性配方為抗氧劑含量0.2%(wt)、BaSO4含量10%(wt)、紫外線穩(wěn)定劑含量0.4%(wt)。

[1]錢欣.鄭榮華.蔡鵬.聚丙烯熱氧老化及其影響因素[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報.2002.30(5):475-480

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[4]李良訓(xùn).姚琨.聶偉.納米材料對聚丙烯抗老化影響及機理研究[J].金山油化纖.2001(1):14-17

Studyonmodificationforweatheringqualityofcoalbasedpolypropyleneresin.

WangYuhui

(ShenhuaBaotouCoalChemicalCo.,Ltd.,BaoTou014010,China)

In this paper, the influence factors on weathering quality were confirmed by the determination of Shenhua Baotou coal based polypropylene. On the basis, through the modified test, the optimum proportion for improving the weathering property was established. The optimized proportion was antioxygen 0.2%,BaSO4 10% and ultraviolet stabilizer 0.4%.

coal based polypropylene; resin; weathering quality; modification

10.3969/j.issn.1001-232x.2017.05.28

2016-12-28

王玉輝：研究生，高級工程師，神華包頭煤化工有限公司從事分析檢測工作。