辐照交联线型聚丙烯发泡性的研究

董凯,范宏

(1.枣庄学院 化学与化工系,山东 枣庄 277160;2.浙江大学 化学工程联合国家重点实验室聚合反应工程分室,杭州 310027)

辐照交联线型聚丙烯发泡性的研究

董凯1,范宏2

(1.枣庄学院 化学与化工系,山东 枣庄 277160;2.浙江大学 化学工程联合国家重点实验室聚合反应工程分室,杭州 310027)

本文将线型聚丙烯辐照改性后进行了模压发泡,并对发泡材料的性能进行了研究.结果表明:随着辐照剂量的增加,泡孔结构越细密均匀,弯曲模量逐渐升高,维卡软化点逐渐提高,说明经辐照改性后的聚丙烯没有出现泡孔合并现象,有较好的发泡性能.

聚丙烯;辐照交联;发泡＊

0 引言

与聚苯乙烯相比,聚丙烯有着优良的耐有机溶剂性能,用聚丙烯发泡材料取代聚苯乙烯发泡材料有着非常显著的商业意义和实用价值,但是聚丙烯的熔体强度较低,在发泡过程中泡孔容易合并破裂,使其在发泡方面受到了极大的限制.改善聚丙烯发泡性能的方法有很多,使其低度交联就是一种十分有效的方法,将聚丙烯经一定程度的辐照交联后可以提高其熔体强度,改善其发泡性能[1-5],本文通过模压发泡的方法,对经过辐照交联后的线型聚丙烯材料的发泡性进行了研究.

1 实验设备、原料及表征方法

聚丙烯,F401,扬子石化,MFR=2.30g/10min;AC发泡剂,杭州海虹精细化工有限公司;交联剂,T MPT A,市售.

HB I System 90 Hakke,德国 Hakke公司;半自动 45吨压机;泡孔结构测试:将切片后的发泡材料放置在相差显微镜上拍照,按照比例计算出泡孔的平均大小;弯曲性能:在Z wick Z020万能实验机上测定,2mm/min;

泡孔密度、泡孔壁厚[6,7]:

一式,二式为泡孔密度和泡孔壁厚的计算公式

d为泡孔直径,ρf为发泡材料的密度,ρp为材料发泡前的密度

维卡软化点:CEAST HDT3热变形/维卡测试仪,压力 10N,升温速率 50℃/h.

2 实验步骤

1 将聚丙烯与 T MPT A以及抗氧剂等添加剂混合均匀,其中 T MPT A与聚丙烯质量比为:5g/100gPP,在挤出机中挤出造粒 (挤出机的工作条件:料筒温度 180～200℃;螺杆转速 200rpm),制得聚丙烯待辐照材料.

2 将制备的聚丙烯待辐照材料放置在 65℃的烘箱中干燥 6小时,然后对材料进行一定剂量的电子辐照,辐照剂量(KGy):0.35 0.70 1.05 1.4 1.75 2.1;

3 将辐照后的材料倒入哈克流变仪中熔融共混,转子转速设定为 150rpm,温度为162℃,7分钟后,将转速降为 50rpm,分别加入 2%和 3.2%(g/100gPP)AC发泡剂,继续共混 4分钟后取料;

4 将步聚 3中的复合材料在压机中压成长 ×宽 ×厚为 100×80×3mm的片材,压机热板温度设定为 163℃;

5 将上步中压好的片材放置在长 ×宽 ×厚为 100×80×4mm的模具中,盖好模具后将其放在压机热板上加压,压机热板温度设定为 230℃,发泡 15分钟后开始通冷却水冷却,待温度降至 100℃以下后撤去压力,取出发泡聚丙烯;

3 实验结果及讨论

3.1 发泡材料的密度

发泡材料的密度如表 1所示,由于发泡剂的含量足够高,产生的气体能使发泡聚丙烯充满整个发泡空间,材料发泡后其密度都集中在 0.63g/cm3左右.

表 1 不同辐照剂量聚丙烯材料发泡后的密度

3.2 辐照剂量对泡孔大小、泡孔密度、泡孔壁厚的影响

发泡材料的泡孔大小、泡孔密度、泡孔壁厚随辐照剂量的变化分别如图1、图2、图3所示,随着辐照剂量的增加,发泡材料的泡孔逐渐变小,泡孔密度变大,泡孔壁变薄,经过1.4KGy剂量辐照的聚丙烯与 3.2%的发泡剂发泡后,泡孔降至 57μm.

随着辐照剂量的增加,发泡材料的泡孔逐渐变小,泡孔密度变大,泡孔壁变薄可能有以下两个原因:ⅰ辐照剂量越高,聚丙烯的粘度就越大,在与AC发泡剂熔融共混过程中AC发泡剂所受到的剪切力越大,AC发泡剂在体系中分散的颗粒就越小,从而气泡成核点增多;ⅱ辐照后使得聚丙烯的熔体强度增大,气密性更好,在发泡过程中能有效的阻止泡孔壁被破坏、泡孔合并.

图1 辐照剂量对泡孔大小的影响

图2 辐照剂量对泡孔密度的影响

发泡聚丙烯的弯曲性能见图4,随着辐照剂量的增加,材料的弯曲模量逐渐增加,随着发泡剂含量的增加,发泡材料的弯曲模量有一定程度的降低,这是因为泡孔壁的变薄使得泡孔壁承受的应力增大,泡孔壁更容易发生形变.

图3 辐照剂量对泡孔壁厚的影响

图4 辐照剂量对发泡聚丙烯弯曲模量的影响

3.3 辐照剂量对发泡材料软化点的影响

经一定剂量电子辐照后的聚丙烯模压发泡后,材料的维卡软化点如表 2所示,随着辐照剂量的增加,材料的软化点逐渐升高.

表 2 发泡材料的维卡软化点(单位:℃)

4 结论

随着辐照剂量的增加,线型聚丙烯发泡材料的泡孔逐渐变小,泡孔密度变大,泡孔壁变薄,将经过 1.4KGy剂量辐照的聚丙烯与 3.2%的发泡剂发泡后,泡孔降至 57μm,说明线型聚丙烯经过辐照改性后气密性得到了提高,能够更好的阻止泡孔的合并;随着辐照剂量的增加,发泡材料的软化点逐渐升高.

[1]Do Hung Hana,Seung-Ho Shina,and Serguei Petrov.Crosslinking and degradation of polypropylene by electron beam irradiation in the presence of trifunctionalmonomers[J].Radiation Physics and Chemistry,2004,69:239-244.

[2]Jiangming Gao,Yujie Lu,GenshuanWei,Xiaohong Zhang,Yiqun Liu,JinliangQiao Effect of Radiation on the Crosslinking and Branching of Polypropylene Journal ofApplied Polymer Science,2002;85:1758-1764.

[3]陈金周,田青亮,郑丙利,牛明军,单爱国,李新法,经武.低γ-辐照剂量下聚丙烯的交联与性能研究[J].中国塑料,2003,17:35-38.

[4]乔金梁,高建明,洪萱,张凤茹,张晓红,刘轶群,魏根栓,吴季兰.成核剂对聚丙烯辐照交联行为的影响[J].合成树脂及塑料,2001,18:42-44.

[5]乔金梁,魏根栓,洪萱等.高性能辐射交联聚丙烯的制备方法[P],CN1142514,1997.

[6]Suprakas Sinha Ray,and Masami Okamoto.New Polylactide/Layered Silicate Nanocomposites,Melt Rheology and Foam Processing[J].Macromol.Rapid Commun,2003,288:936-944.

[7]Pham HoaiNam,PralayMaiti,MasamiOkamoto,and Tadao Kotaka.Foam Processing and Cellular Structure of Polypropylene/ClayNanocomposites[J].Polymer EngineeringAnd Science,2002,42:1907-1918.

[责任编辑:陈庆朋]

Abstract:The foaming property of polypropylene under certain irradiation dose was discussed with the method of mould foaming.The result is that:as the irradiation dose increasing,the cell structure becomes small and unifor m,the flexuralmodulus and vicat softening temperature increase gradually.It indicates that polypropylene under certain irradiation had a finer foaming property and the break of cellwall didn’t happen within the foaming process.

Key words:polypropylene;irradiation crosslinking;foaming

The Foam ing Property of L inear Polypropylene Under Irradiation

DONG Kai1,FAN Hong2
(1.Department of Chemistry,Zaozhuang University,Zaozhuang 277160,China 2.State KeyLaboratory of Chemical Engineering,Polymer Reaction EngineeringBranch,ZhejiangUniversity,Hangzhou 310027,China)

TQ328.9

A

1004-7077(2010)02-0052-04

2009-11-16

董凯(1982-),男,山东枣庄人,枣庄学院化学与化工系助教,工学硕士,主要从事化学反应工程研究.