高MFR聚丙烯纤维专用料的制备及性能研究

周小群

（中国石油化工股份有限公司茂名分公司研究院，广东 茂名 525021）

高流动性（MFR）的聚丙烯纤维专用树脂可生产更细纤度的纤维，赋予无纺布柔软的手感和细腻丰满的外观，满足医用、卫生材料等高档纤维的市场需求[1]。

目前，生产高MFR聚丙烯的方法主要有氢调法和可控流变法。氢调法是直接聚合而成的高流动聚丙烯，产品的相对分子量分布比较宽，熔体黏度高，难以满足高速纺丝，高档无纺布的要求；可控流变法是采用过氧化物对基础树脂进行降解，这是国内外企业普遍采用的方法。该工艺生产转换过程短，过渡料少，产品熔体流动速率可控范围宽、分子量分布窄等优点。本文重点考察不同形态过氧化物及其加入量对降解产品性能的影响，由此得到高MFR聚丙烯纤维专用树脂的制备方法。

1 聚丙烯纤维生产技术要求及产品指标

纤维尺寸是由卷取速率和喷丝孔产量来调控的。在喷丝孔直径一定的条件下，熔体挤出量大，熔体在喷丝孔中流动时所受剪切速率很高，要求纺丝原料应具有较好的孔道流动性[2]。气流的拉伸倍数较高，要求原料具有良好纺丝性能，以免出现熔体断裂或细丝断裂。聚丙烯熔体是非牛顿流体，其熔体温度对剪切速率有依赖性，这种依赖性对相对分子质量分布（MWD）很敏感，分子量分布窄，更有利于降低熔体黏度。因此，理想的可纺性和拉伸性来源于聚丙烯树脂的高熔体流动速率（MFR） 和窄（MWD）[3]。要求原料的主要指标：MFR：40±5.0g/10min，等规指数≥96%，拉伸屈服应力≥31.0MPa，MWD≤4.0，灰分≤0.02%。

2 实验部分

一般能用于聚丙烯降解的有机过氧化物只有少数的几种，二烷基过氧化物最适合聚丙烯的降解反应。过氧化物的选择，除考虑安全性和活性外，还要考虑过氧化物形态，看其能否均匀分散在聚丙烯粉料中，从而保证生产稳定运行。本次试验采用液态的过氧化物A、固态的过氧化物B和过氧化物C进行对比实验，其中过氧化物A、B、C的活性氧含量分别是9.59%，11.02%，1.10%。

2.1 原料与助剂

均聚聚丙烯树脂：聚丙烯粉料，茂名分公司聚丙烯装置生产；有机过氧化物A、B、C均为市售；其他助剂为市售产品。

2.2 仪器设备与制备方法

高速搅拌机，张家港宏宇公司；双螺杆挤出机，TE35，南京科亚实业公司；熔体流动速率仪，7025，意大利Ceast公司；注塑成型机，KTEC85，德国Ferromatik Milacron；万能材料试验机，5565EH，英国Instron公司；凝胶渗透色谱仪，英国PL公司。

制备方法：按配比称量→高速混合→挤出→切粒→性能测试

2.3 性能测试

熔体流动速率依据 GB/T3682（230℃，2.16kg）进行测试；拉伸性能依据GB/T 1040-92进行测试，拉伸速率为50mm/min；黄色指数依据GB/T2409—1980进行测量；GPC依据行业通用方法进行测试。

3 结果与讨论

3.1 过氧化物添加量对熔融指数的影响

由于过氧化物C和A、B的有效组成差别较大，在同一基础树脂中，需加入不同用量，以确保达到预期产品熔指的要求，降解实验结果如下图1所示。

图1 不同过氧化物及其添加量对MFR的影响

从图1可见，随着过氧化物添加量的增加，MFR提升较快。A、B添加量相同时，A降解后的树脂熔指稍高于B，说明A降解效率高于B；相比于A、B，C由于有效组成比较小，若熔指达到40g/10min左右，其添加量比A、B要大约10倍。

3.2 过氧化物添加量对分子量分布的影响

聚丙烯降解过程是过氧化物在一定的温度下，分解释放出自由基，然后自由基进攻聚丙烯树脂中分子链段，致使高分子聚丙烯树脂分子链断裂，生成小分子，分子量分布变窄。如图2。

图2 不同过氧化物及其添加量对相对分子量分布的影响

从图2可见，随着过氧化物添加量的增加，分子量分布迅速降低，然后降趋于平缓。聚丙烯树脂经A、B、C降解后，其分子量分布都小于3.0，达到预期产品的指标要求。

3.3 过氧化物添加量对拉伸性能的影响

从图3可见，聚丙烯经A、B、C降解后，其断裂伸长率变大，基本保持在500%左右，这是由于过氧化物降解后分子量降低导致；经C降解后的树脂断裂伸长率低于A、B。与A和C相比，B降解后的树脂断裂伸长率保持较平稳。

图3 不同过氧化物及其添加量对断裂伸长率的影响

3.4 不同过氧化物添加量对灰分的影响

灰分影响着纤维料的过滤性能及使用过程中的换网周期。一般而言，灰分含量越高，专用料的过滤性能越差，在高速纺丝过程中丝断裂，导致纺丝无法进行。因此聚丙烯纤维专用料的灰分一般要小于0.02%。见表1。

表1 不同过氧化物降解后其他性能变化

从表1数据表明，A和C降解的树脂灰分在0.016%～0.018%，而B的灰分较大，在0.04%左右，远远超出小于0.02%的指标要求，因此在拉伸性能和降解效果一样的条件下，优先选择灰分少的降解剂。

4 结论

综上所述，从降解后树脂产品的分子量分布、拉伸性能、熔指、灰分及生产成本考虑，A比B、C更适合作为降解剂生产高MFR聚丙烯纤维料。过氧化物A，挥发性弱、降解效能高，添加少量该过氧化物，产品就能达到预期性能指标。