煤基聚丙烯树脂老化性能改性研究

(神华包头煤化工有限公司 014010)

煤基聚丙烯树脂老化性能改性研究

王玉辉

(神华包头煤化工有限公司 014010)

在对神华包头公司煤基聚丙烯树脂进行基础性能评价的基础性上，确定了影响树脂老化性能的因素。在此基础上进行老化性能改进研究，确定了最佳改性配比抗氧剂含量0.2%(wt)、BaSO4含量10%(wt)、紫外线稳定剂含量0.4%(wt)，满足使用要求。

煤基聚丙烯 树脂 老化性能 改性

随着人们对聚丙烯材料认识的深入，聚丙烯制品在建筑、交通、生产和生活中的应用业日益广泛，对聚丙烯制品的性能要求也逐渐提高。由于聚丙烯化学性能稳定、价格相对便宜获得了极其广泛应用，但由于其光稳定性较差，在使用过程中存在强度下降、发脆、变黄等现象，这使得聚丙烯制品的使用广泛性受到限制、安全性受到怀疑[1-2]。特别是随着煤制烯烃MTO、MTP等技术的逐渐推广、成熟，煤基聚丙烯材料广泛投入各方面应用，深入研究煤基聚丙烯材料的老化性能就具有特别重要的意义。造成聚丙烯材料老化的的因素分为外部因素和内部因素[3]，改善聚丙烯材料性能的方法主要是从其内部因素着手，即改变聚丙烯材料的组成和配方，并选择合理的加工方式，尽可能消除内应力。文中主要以神华包头公司生产的煤基聚丙烯材料为基础，从最大限度阻止引发聚丙烯降解的各种有害因素和消除或捕捉导致聚丙烯氧化降解的自由基两方面考虑[4]，对其老化性能进行分析、改性以满足实际应用的需要。

1 实验

1.1 原料

聚丙烯L5E89，为神华包头公司生产；抗氧剂(1010)，为辽宁众和公司生产；BaSO4，5μm，市售；紫外线稳定剂GW-327，市售。

1.2 实验设备

注塑机，HM110/210，奥地利威猛巴顿菲儿；万能材料试验机，5966，美国英斯特朗；悬臂梁/简支梁冲击试验机，6614，意大利CEAST；双螺杆造粒机，MYCROTLE16-40，泰国Labtech；电热鼓风干燥箱，DHG-9145A，国产。老化箱，ZN-420，国产。

1.3 试样制备

将神华包头公司生产的煤基聚丙烯原料分别与抗氧剂、BaSO4(在120℃条件下烘干6h)和紫外线稳定剂等改性剂混合均匀后，经双螺杆造粒机进行造粒，造粒机条件为：螺杆转速120r/min；料筒为6段加热Ⅰ段210℃、Ⅱ段215℃、Ⅲ段220℃、Ⅳ段220℃、Ⅴ段225℃、Ⅵ段230℃。将添加改性剂的粒料在90℃条件下置于鼓风干燥箱中2h，待粒料降至室温后进行注塑成型。注塑条件见表1。

表1注塑加工条件

推荐条件冲击性能拉伸性能注塑温度(℃)230230保压时间(s)30～4030～40冷却时间(S)4030保压时间(S)058512452000064613572000保压压力(Bar)10508508007209379379379313注塑行程(cm3)0188321490192321490注塑速度(cm3/s)801309090391388383333

1.4 老化试验

将所有制备的样条均放在老化箱中进行紫外线照射，在相同的老化条件下，比较各个配方之间的老化性能差异，并与未改性的煤基聚丙烯样品进行对比。

本实验采用Ⅱ型荧光紫外灯，其在313nm出的光能量达到最大，有利于加速聚丙烯的老化作用。在老化箱中，采用通风的方式控制老化箱室内温度为60℃，室内放置有水，在高温作用下，水加热成蒸汽，模拟自然界水的汽化、冷凝过程对试样的老化过程。为使试样各部位受照射时间的均匀，每两小时翻动试样一次。

2 结果与讨论

2.1 抗氧剂对煤基丙烯样品老化性能的影响

聚丙烯材料在空气中的氧、紫外线等因素作用下，吸收氧元素使聚丙烯材料中分子链断裂，形成自由基，由于自由基较为活泼可引起进一步反应，从而导致分子量降低、粘度下降，进而脆化、变硬，即聚丙烯老化。为了防止聚丙烯的快速老化，在聚丙烯生产过程中都要加入少量的抗氧剂。这种抗氧剂加入量较少，只能保证正常的储存、运输过程中不被氧化。被用作室外材料时，在加工过程中需要额外加入抗氧剂。本实验采用抗氧剂1010，和生产过程使用的抗氧剂保持一致，作4组配方的抗氧化剂老化改性，如表2所示，各组配方依次编号为Y1、Y2、Y3、Y4。经掺混、造粒、注塑后进行拉伸性能测试，测试结果见图1。

由图1可见，随着老化时间的逐渐延长，PP样条的拉伸强度逐渐增大，达到一定照射时间后拉伸强度达到最大值， 随后拉伸强度随老化时间的延长

表2抗氧剂(1010)改性配方

%(wt)

图1 PP抗氧化剂老化改性

逐渐降低。这是因为PP 材料在紫外线的照射下导致分子间碳碳键的断裂使分子量降低，形成的自由基间相互发生交联反应形成更复杂的网状结构导致材料的拉伸强度增加，继续对PP材料进行照射，这种更复杂的网状结构遭到进一步的破坏，分子量降低形成小分子结构，从而使拉伸强度降低。

2.3 BaSO4对煤基丙烯样品老化性能的影响

BaSO4对紫外线有屏蔽作用，能够吸收一部分紫外线的能量，能够有效阻止紫外线对聚丙烯材料分子链的损害，本实验作4组配方的BaSO4老化改性，如表3所示，各组配方依次编号为B1、B2、B3、B4。经掺混、造粒、注塑后进行拉伸性能测试，测试结果见图2所示。

表3 BaSO4改性配方 %(wt)

图2 PP BaSO4老化改性

由图2可见，在相同实验条件下，老化时间50d后，纯PP材料的拉伸强度为原来的72%，BaSO4含量在5%、10%的材料，老化时间50d后拉伸强度分别为原来的77%和82.5%。与纯PP材料相比，经BaSO4改性后PP材料的拉伸强度随着BaSO4的含量增加而显著提高，说明其老化性能有所改善。

2.3紫外线稳定剂对煤基聚丙烯样品老化性能的影响

选择适当的紫外线稳定剂对煤基聚丙烯材料进行改性是防止聚丙烯材料进一步老化的最有效途径，本实验选择紫外线稳定剂GW-327作为煤基聚丙烯材料的改性剂研究聚丙烯材料的抗老化性能。本实验作5组配方的紫外线稳定剂老化改性，如表4所示，各组配方依次编号为Z1、Z2、Z3、Z4、Z5。经掺混、造粒、注塑后进行力学性能测试，测试结果见图3、图4所示。

表4紫外线稳定剂改性配方%(wt)

图3 PP 紫外线稳定剂老化改性

图4 紫外线稳定剂含量对煤基PP材料老化性能影响

由图3、图4可见，随着老化时间的逐渐延长，PP样条的拉伸强度逐渐增大，达到一定照射时间后拉伸强度达到最大值，随后拉伸强度随老化时间的延长逐渐降低。GW-327是苯并三唑类紫外线稳定剂，强烈吸收310～370nm范围内的紫外线，并在320nm和365nm处呈现骆驼型双吸收峰，这恰好与聚丙烯材料的光敏感波段相吻合。另外由于GW-327类紫外线稳定剂具有较好的热稳定性，分散于试样中的GW-327紫外线稳定剂强烈吸收对聚合物有害的紫外波长，有效阻止了紫外线对试样的进一步破坏，使试样的力学性能保持时间得到有效延长。

2.4 综合改性

总结改性煤基聚丙烯基础树脂老化时间、力学性能基础上，对基础树脂进行了综合改性，以期保证老化性能及力学性能二者的有机统一。改性结果见表5所示。

表5煤基聚丙烯老化综合改性测试结果

性能指标POP1P2P3P4抗氧剂含量，%00102051BaSO4含量，%05103040紫外线稳定剂含量，%00204061性能保持率%拉拉伸强度072088090091092断裂应力066076079081082冲击强度076085087088089

表5是煤基聚丙烯材料综合改性配方及在1200h时老化性能测试结果，由表5可见，P2号改性料在1200h老化时间下力学性能有较大的保持率，满足具体使用要求。

3 结论

通过抗氧剂、BaSO4和紫外线稳定剂对煤基聚丙烯材料的的老化性能研究，发现它们对煤基聚丙烯材料的老化性能均具有较为明显的影响，由表5可见，在老化时间1200h时煤基聚丙烯材料的拉伸强度、断裂应力和冲击强度的最大保持保持率分别92%、82%和89%，考虑到经济效益及具体使用要求，最佳的煤基聚丙烯改性配方为抗氧剂含量0.2%(wt)、BaSO4含量10%(wt)、紫外线稳定剂含量0.4%(wt)。

[1]钱欣.郑荣华.蔡鹏.聚丙烯热氧老化及其影响因素[J].浙江工业大学学报.2002.30(5):475-480

[2]章陈辉.阻燃聚丙烯老化母粒[P].中国专利.201110231657.5.2011-8-12

[3]刘煜.王浩江.杨育农.聚丙烯材料耐候性研究进展[J].合成材料老化与应用.2013.42(6):48-53

[4]李良训.姚琨.聂伟.纳米材料对聚丙烯抗老化影响及机理研究[J].金山油化纤.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

王玉辉：研究生，高级工程师，神华包头煤化工有限公司从事分析检测工作。