第32卷第3期
2010年03月
武 汉 工 程 大 学 学 报
J. Wuhan Inst. Tech.Vol.32 No.3
Mar. 2010
收稿日期:2009211224
基金项目:湖北省自然科学基金资助项目(2007ABA162),武汉工程大学本科生校长基金,武汉工程大学研究生研究
创新实验
作者简介:刘生鹏(19692),男,湖北仙桃人,副教授,博士.研究方向:高分子基复合材料.
文章编号:167422869(2010)0320031206
聚乙烯改性研究进展
刘生鹏1
,张 苗1
,胡昊泽2
,林 婷1
,危 淼
1
(1.武汉工程大学绿色化工过程省部共建教育部重点实验室,湖北武汉430074;
2.武汉大学化学与分子科学学院,湖北武汉430072)
摘 要:聚乙烯以优良的力学性能、加工性能、耐化学性等成为最主要的聚烯烃塑料品种,大量用于生产薄膜、包装和管材等.但聚乙烯的非极性和低刚性限制了其在某些领域的应用.综述了聚乙烯的化学改性、物理改性和改性新技术的新进展.化学改性包括接枝改性、共聚改性、交联改性、氯化及氯磺化改性和等离子体改性;物理改性包括增强改性、共混改性、填充改性;并介绍了各种改性对聚乙烯性能的影响.关键词:聚乙烯;化学改性;物理改性;进展
中图分类号:TB324 文献标识码:A doi :10.3969/j.issn.167422869.2010.03.008
0 引 言
聚乙烯(PE )质优、价廉、易得,且用途十分广泛,主要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等,并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料.随着石油化工的发展,聚乙烯生产得到迅速发展,产量约占塑料总产量的1/4.但聚乙烯属非极性聚合物,与无机物、极性高分子相容性弱,因此其功能性较差.采用改性可提高PE 的耐热老化性、高速加工性、冲击强度、粘结性、生物相容性等性质.
1 化学改性
化学改性的方法主要有接枝改性、共聚改性、交联改性、氯化及氯磺化改性和等离子体改性处理等方法.其原理是通过化学反应在PE 分子链上引入其它链节和功能基团,由此提高材料的力学性能、耐侯性能、抗老化性能和粘结性能等.1.1 接枝改性
接枝改性是指将具有各种功能的极性单体接枝到PE 主链上的一种改性方法.接枝改性后的PE 不但保持了其原有特性,同时又增加了其新的
功能.常用的接枝单体有丙烯酸(AA )、马来酸酐
(MA )、马来酸盐、烯基双酚A 醚和活性硅油等[1].
接枝改性的方法主要有溶液法[2]、固相法[3]、熔融法[4]、辐射接枝法[5]、光接枝法[6]等.
程为庄等[2]以过氧化苯甲酰为引发剂,二甲
苯为溶剂,进行了丙烯酸与低密度聚乙烯(LDPE )的溶液接枝聚合.聚乙烯接枝了丙烯酸后与铝的粘结强度显著增大,当接枝率为7.2%时,剥离强度由未接枝时的193N/m 提高到984N/m.唐进伟等[3]利用固相法在线性低密度聚乙烯
(LLDPE )上接枝MA ,得到了接枝率为1%～214%,凝胶含量小于4%的LLDPE 2g 2MA.
于逢源等[4]采用多组分单体熔融接枝法,以甲基丙烯酸缩水甘油酯和苯乙烯作为接枝单体,对LDPE 进行熔融接枝改性,获得了接枝率为3%的改性低密度聚乙烯.
鲁建民等[5]研究了粉末态高密度聚乙烯的辐射效应、与多种单体的固态辐射接枝行为及其表征,并将其应用于聚乙烯粉末涂料,其附着力和柔韧性得到显著改善.
Elkholdi 等[6]采用光接枝的方法将AA 接枝到
聚乙烯上,改性后的PE 薄膜具有良好的粘结性.1.2 共聚改性
共聚改性是指通过共聚反应将其它大分子链或官能团引入到PE 分子链中,从而改变PE 的基本性能.通过共聚反应,可以改变大分子链的柔顺性或使原来的基团带有反应性官能团,可以起到反应性增容剂的作用[7].
Gho sh 等[8]采用接枝共聚的方法将少量的丙
烯酸单体共聚物接枝到PE 上,与原始的PE 相比,改性后的PE 具有较高的熔体粘度和较低的熔
32
武汉工程大学学报第32卷
体流动指数.
1.3 交联改性
交联改性是指在聚合物大分子链间形成了化学共价键以取代原来的范德华力.由此极大地改善了诸如热变形、耐磨性、粘性形变、耐化学药品性及耐环境应力开裂性等一系列物理化学性能[9].聚乙烯的交联改性方法包括过氧化物交联(化学交联)、高能辐射交联[10]、硅烷接枝交联、紫外光交联[11].
1.3.1 过氧化物交联 过氧化物交联适用性强、交联制品的性能好,在工业中得到广泛的应用[12].刘新民等[13]研究了过氧化物交联PE的工艺与力学性能.过氧化物交联PE的力学性能有一定的提高,随着过氧化二异丙苯含量的增加,交联PE的凝胶含量提高;交联PE的拉伸强度随PE 的凝胶含量增加而提高,断裂伸长率下降.同时,炭黑对复合材料有一定的补强作用,氧化锌的加入有助于交联反应和拉伸强度的提高.
1.3.2 辐射交联 应用辐射新技术,将聚合物置于辐射场中,在高能射线(γ射线、电子束以及中子束等)的作用下,可以在固态聚合物中形成多种活性粒子,,在聚合物内部形成交联的三维网络结构,使聚合物的诸多性能得到改善[14].
王亚珍等[15]采用辐射交联制备的LDPE/EV A 混合体系泡沫片材具有表观光滑、柔软、手感好、表观密度较小的特点,复合材料具有优异的力学性能,较高的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度.
1.3.3 硅烷接枝交联 硅烷接枝交联聚乙烯主要包括接枝和交联两个过程.在接枝过程中,乙烯基硅烷接枝于聚乙烯大分子链上生成接枝聚合物,在交联过程中,接枝聚合物先水解成硅醇,—OH与邻近的S i—O—H基团缩合形成Si—O—H键,从而使聚乙烯的大分子之间产生交联.
张建耀等[16]研究了高密度聚乙烯(HDPE)、LLDPE及其共混物的乙烯基三乙氧基硅烷(V TEOS)接枝交联产物的分子结构、熔融行为.研究发现V TEOS接枝交联PE能力为:LLDPE> HDPE/LLDPE共混物>HDPE;接枝交联使HDPE、LLDPE及其共混物的结晶度和熔点降低,晶粒变得不均匀.
1.3.4 紫外光交联 紫外光交联是近年来才开始实现工业应用的新交联方法,通过加入聚乙烯基料中的光引发剂和光交联剂吸收紫外光后发生一系列的光物理和光化学反应而产生的大分子自由基进行迅速复合生成三维网状的交联结构.
Wu等[17]用紫外光辐射的方法将C—O、C—O H和C=O等含氧基团引入LLDPE的分子链上.结果表明:辐射后LLDPE的分子量变小,和LLDPE相比,其熔体流动指数、拉伸强度和断裂伸长率都有所降低,但仍保持良好的韧性,且亲水性增强.
1.4 氯化及氯磺化改性
氯化聚乙烯是聚乙烯分子中的仲碳原子被氯原子取代后生成的一种高分子氯化物,具有较好的耐候性、耐臭氧性、耐化学药品性、耐寒性、阻燃性和优良的电绝缘性.
氯磺化聚乙烯是聚乙烯经过氯化和氯磺化反应而制得的具有高饱和结构的特种弹性材料,属于高性能橡胶品种.其结构饱和,无发色基团存在,涂膜的抗氧性、耐候性和保色性能优异,且耐酸碱和化学药品的腐蚀,已广泛应用于石油、化工等行业[18].
1.5 等离子体改性处理
等离子体是由部分电离的导电气体组成,其中包括电子、正离子、负离子,基态的原子或分子、激发态的原子或分子、游离基等类型的活性粒子[19].
在聚乙烯等高分子材料表面改性中主要利用低温等离子体中的活性粒子轰击材料表面,使材料表面分子的化学键被打开,并与等离子体中的氧、氮等活性自由基结合,在高分子材料表面形成含有氧、氮等极性基团,由于表面增加了大量的极性基团从而能明显地提高材料表面的粘接性、印刷性、染色性等[20221].
Ataeefard等[22]用Ar、O2、N2、CO2气态等离子体处理LDPE表面,结果表明在低气压时O2、Ar、N2、CO2气态等离子体可改善LDPE薄膜的润湿性,其接触角的减小主要与放电量和曝光时间有关;LDPE的表面形貌与等离子体放电量、曝光时间和采用不同类型的气体有关,用Ar、N2气态等离子体处理LDPE效果更佳.
2 物理改性
物理改性是在PE基体中加入另一组分(无机组分、有机组分或聚合物等)的一种改性方法.常用的方法有增强改性、共混改性、填充改性.
2.1 增强改性
增强改性是指填充后对聚合物有增强效果的改性.加入的增强剂有玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、合成纤维、棉麻纤维、晶须等.自增强改性也属于增强改性的一种.
第3期刘生鹏,等:聚乙烯改性研究进展33
2.1.1 自增强改性 所谓自增强就是使用特殊的加工成型方法,使得材料内部组织形成伸直链晶体,材料内部大分子晶体沿应力方向有序排列,材料的宏观强度得到大幅度提高,同时分子链有序排列将使结晶度提高,从而使材料的强度进一步提高,由于所形成的增强相与基体相的分子结构相同,因而不存在外增强材料中普遍存在的界面问题[23].
张慧萍等[24]采用超高分子量聚乙烯(U HM PE)纤维分别增强高密度聚乙烯(HDPE)和LDPE基体,研究发现U HM PE纤维与LDPE 基体在加热加压成型的条件下,可以形成良好的界面,最大限度发挥基体和纤维的强度,而以HDPE为基材时力学性能相对较差.
2.1.2 纤维增强改性 纤维增强聚合物基复合材料由于具有比强度高、比刚度高等优点而得到广泛应用,而界面问题是纤维增强聚合物基复合材料研究中的主要问题.
张宁等[25]采用经KH2550偶联剂处理的长玻璃纤维(L GF)与PE复合制备了PE/L GF复合材料.研究发现L GF的为30%(质量)、长度约为35mm时,复合材料的拉伸强度和冲击强度分别为52.5M Pa和52kJ/m;L GF在PE基体中呈现三维交叉结构,这种结构和KH2550的加入改善了复合材料的力学性能.
2.1.3 晶须改性 经典的载荷传递机理认为,聚合物/晶须复合材料受到外力时,应力可以通过界面层由基体传递给晶须,晶须承受部分应力,使基体所受应力得以分散.晶须增韧聚合物来源于两方面的贡献,其一是晶须导致基体局部应力状态改变,其二是晶须对基体结晶行为产生影响[26].
潘宝风等[27]的研究表明硅钙镁晶须的加入能够大幅度提高HDPE材料的拉伸力学性能,包括短期力学性能及耐长期蠕变性能.晶须对HDPE 材料的增强作用主要归因于它们之间的良好界面粘结,同时刚性的晶须则能够承担较大的外界应力使复合材料的模量得到提高.
2.1.4 纳米粒子增强改性 少量无机刚性粒子填充PE可同时起到增韧与增强的作用.郜华萍等[28]将表面处理过的纳米SiO2粒子填充m2LLDPE/LDPE发现复合材料力学性能达到最佳值的纳米粒子填充量为2%,与纯m2LLDPE/ LDPE相比,拉伸强度、断裂伸长率分别提升了l
3.7M Pa和17
4.9%.力学性能的显著提高归因于SiO2纳米粒子均匀分散于基材中,与基材形成牢固的界面结合.
Qian等[29]研究了HDPE/纳米SiO2的非等温结晶行为,发现复合材料的结晶速率高于纯HDPE,结晶活化能由纯HDPE的166.3kJ/mol,提高到206.2、251.1和266.0kJ/mol(填充质量分数分别为1%、3%和5%).
2.2 共混改性
共混改性主要目的是改善PE的韧性、冲击强度、粘结性、高速加工性等各种缺陷,使其具有较好的综合性能.共混改性主要是向PE基体中加入另一种聚合物,如塑料类、弹性体类等聚合物,以及不同种类的PE之间进行共混.
2.2.1 PE系列的共混改性 单一组分的PE 往往很难满足加工要求,而通过共混改性技术可以获得性能优良的PE材料.林群球等[30]通过LDPE与LLDPE共混,解决了LDPE因大量添加阻燃剂和抗静电剂等主助剂造成力学性能急剧降低的问题.汤亚明[31]对LLDPE与HDPE的共混改性进行了研究,结果表明共混后可以提高产品的抗冲击强度和综合性能.
2.2.2 PE与弹性体的共混改性 弹性体具有低的表面张力、较强的极性、突出的增韧作用,因此与PE共混后,既能保持PE的原有性能,同时也可以制备出具有综合优良性能的PE.
王新鹏等[32]采用熔融共混法制备了LDPE/聚烯烃弹性体(PO E)共混物,研究发现PO E的含量显著影响着LDPE的结晶行为.随着PO E用量的增加,LDPE的结晶度稍有减小,结晶的完善性和均一性变差,晶粒变小,LDPE在结晶过程中出现了二次结晶;随着LDPE含量的增加,PO E的结晶度逐渐减小.当PO E含量为30%时,共混体系的拉伸强度达到最大值,为21.5M Pa.
2.2.3 PE与塑料的共混改性 聚乙烯具有良好的韧性,但制品的强度和模量较低,与工程塑料等共混可提高复合体系的综合力学性能.但PE和这类高聚物的界面问题也是影响其共混物性能的主要原因,因此通常需要加入界面相容剂以提高共混物的力学性能[33].
周松等[34]研究了PP对HDPE性能的影响,随着PP用量增加,复合体系的熔体流动速率提高,冲击强度下降.三元乙丙共聚物可作为相容剂,改善HDPE2PP间的相容性,研究发现HDPE/ PP/EPDM(77/23/8)共混体系的综合性能最优,拉伸强度和冲击强度都得到提高.
杜强国等[35]研究发现少量LLDPE的加入对PB T有一定程度的增韧作用,此时分散相的粒径很小,随着LLDPE量的增加,分散相粒径的尺寸显著
34
武汉工程大学学报第32卷
增大,缺口冲击强度急剧下降.LLDPE2g2MA能明显改善了LLDPE与PB T的界面粘结,共混物冲击强度随着LLDPE接枝率的提高而提高.
杜芹等[36]利用微层共挤方法制备了具有层状交替结构的HDPE/PA6共混物,共混物中引入少量HDPE2g2MA时,化学反应在界面进行,与海岛结构的共混物界面面积相比,层状共混物的界面接触面积小,界面化学反应相对较弱,但层状共混物的屈服强度和断裂伸长率有大幅度提高,层状结构对HDPE和PA6的结晶行为影响很小.
王娜等[37]用熔融共混法制备出HDPE/聚苯乙烯(PS)/有机蒙脱土(OMM T)复合材料.随着OMM T的增加,复合材料的拉伸强度和弹性模量增加;当HDPE/PS为20∶80(质量比)、OMM T 为3%(质量分数)时,复合材料的拉伸强度比未加OMM T时提高了80%,弹性模量提高了20%.
2.3 填充改性
填充改性是在PE基质中加入无机填料或有机填料,一方面可以降低成本达到增重的目的,另一方面可提高PE的功能性,如电性能、阻燃性能等.但同时对复合材料的力学性能和加工性能带来一定程度的影响.
无论是无机填料还是有机填料,填料与PE基体的相容性和界面粘结强度是PE填充改性必须面临的问题,而PE是非极性化合物,与填料相容性差,因此,必须对填料进行表面处理.填料的表面处理一般采用物理或化学方法进行处理,在填料表面包覆一层类似于表面活性剂的过渡层,起“分子桥”的作用,使填料与基体树脂间形成一个良好的粘结界面[38].常用的填料表面处理技术有:表面活性剂或偶联剂处理[39]、低温等离子体技术[40]、聚合填充法[41]和原位乳液聚合[42]等
PE中填充木粉、淀粉、废纸粉、滑石粉、碳酸钙等一类填料,不仅可以改善PE的性能,同时也具有十分重要的健康环保意义[43246];而PE的功能性填充改性是指在改善PE性能的同时赋予其光、电、阻燃等方面的效果[47].
3 P E改性技术的新进展
3.1 单活性中心催化剂开发的PE均聚物
埃克森化学公司与道化学公司采用单活性催化剂制备的PE均聚物已进入工业化阶段.这些新型PE具有优异的透明度、强度、柔软性和低温热封性等,分子量及组成分布很窄.埃克森拟将其用于医疗等方面,而道化学公司则以树脂改性用途等为重点进行应用开发,但加工性是其目前的难点[48].3.2 双峰PE
具有双峰分子质量分布的聚乙烯被称为双峰聚乙烯,它的优点是既含有很短的聚合物分子链,起到分子间的润滑作用,能够改善加工性能,又含有很长的聚合物分子链,保证材料的机械作用,因此双峰聚乙烯产品具有优良的物理力学性能和加工性能[49].
从世界聚乙烯工业的发展趋势来看,双峰聚乙烯产品将向传统聚乙烯产品提出挑战,国外各大石化公司已在此方面有了较快发展,而国内仅是对此技术进行了初步的研究.开发新型金属催化剂和催化剂载体以及催化剂配体,是今后双峰聚乙烯研究开发的重点[50].
3.3 茂金属聚乙烯
茂金属聚乙烯(mPE)是近年来迅速发展的一类新型高分子树脂,其分子量分布窄,分子链结构和组成分布均一,具有优异的力学性能和光学性能,已被广泛应用于包装、电气绝缘制品等[51252].
G onzález等[53]研究茂金属线性低密度聚乙烯(m2LLDPE)对沥青/LLDPE共混物稳定性和流变性能的影响.m2LLDPE替代LLDPE改性沥青可以有效避免高温放置时的象乳液一般发生相分离,同时显著改善沥青的粘弹性.
Qin等[54]研究了PP/m2LLDPE共混物的熔融/结晶行为和等温结晶动力学,结果表明PP与m2LLDPE是部分相容的,两者的相互作用主要存在于m2LLDPE链与PP分子中的PE链段, m2LLDPE的引入降低了PP的结晶温度,但有助于PP形成良好的球晶.
4 结 语
21世纪新材料发展非常迅速,优胜劣汰的竞争将更为激烈.PE以其价格低廉、品质优良、适于改性的特点,成为人们的首选.各种改性技术的引入,使通用PE的应用范围越来越广泛,使低档塑料高性能化应用成为现实.尽管在各种改性PE中可能还存在不完善和缺陷,但是,可以预料经济而有效的PE改性开发研究仍将得到大力发展.
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L IU Sheng2peng1,ZHAN G Miao2,HU Hao2ze2,L I N Ti ng1,WEI Miao1
(1.K ey Laboratory for G reen Chemical Process of Ministry of Education,Wuhan Institute of T echnology,Wuhan430074,China;
2.College of Chemistry and Molecular Science,Wuhan University,Wuhan430072,China)
Abstract:Polyet hylene(PE)wit h many desirable mechanical,processing properties and chemical resistance is t he dominant material among synt hetic resins.PE was applied widely in manufact uring films,packaging and pipes.The no npolarity and low rigidity of PE limit s it s practical application.This article summarized common modification met hods on PE summarized in t his article,which include chemical and p hysical modifications,t hen describes t he develop ment s of PE modifications.The chemical modifications include:grafting modification,copolymerization modification,cross2linking modification, chlorination and chlorosulfonation modification and plasma modification.And t he p hysical modifications include st rengt hening,blending and filling modification.At t he same time,t he influence of modification on t he properties of PE is discussed.
K ey w ords:polyet hylene;p hysical modification;chemical modification;develop ment
本文编辑:张 瑞
聚乙烯共混改性 一摘要：聚乙烯是最重要的通用塑料之一，产量居各种塑料首位。聚乙烯(PE) 是由乙烯聚合而得的高分子化合物。聚乙烯分子仅含有C、H两种元素，所以是非极性聚合物，具有优良的耐酸、碱以及耐极性化学物质腐蚀的性质。聚乙烯（PE）树脂是以乙烯单体聚合而成的聚合物。聚乙烯的分子是长链线形结构或支链结构，为典型的结晶聚合物。在固体状态下，结晶部分与无定形部分共存。结晶度视加工条件和原处理条件而异，一般情况下，密度越高结晶度就越大。LDPE 结晶度通常为 55%～65%，HDPE 结晶度为 80%～90%。PE 具有优良的机械加工性能，但其表面呈惰性和非极性，造成印刷性、染色性、亲水性、粘合性、抗静电性能及与其他极性聚合物和无机填料的相容性较差，而且其耐磨性、耐化学药品性、耐环境应力开裂性及耐热等性能不佳，限制了其应用范围。通过改性来提高其性能，扩大其应用领域。其来源丰富，价格便宜，电气性质和加工性质优良，广泛应用于日用品、包装、汽车、建筑以及家用电器等方面。也作为泡沫塑料广泛用于绝热保温、包装和民用等各领域。但是，这些材料都是一次性使用，且质轻、体积大、难降解，用后即弃于环境中，造成严重的环境污染。因此有效合理地回收利用废旧泡沫塑料就显得日益重要。 聚乙烯的改性目标聚乙烯的下述缺点影响它的使用，是改性的主要目标。 （1）软化点低。低压聚乙烯熔点约为Ig0'C。高压聚乙烯熔点仅高于 0℃，因此聚乙烯的使用温度常低于10 0℃。 （2）J强度不高。聚乙烯抗张强度一般小于30M Pa．大太低于尼龙6、尼龙66、聚甲醛等工程塑料。 （3）易发生应力开裂。 （4）耐大气老化性能差。 （5）非极性，不易染色、印刷等 （6）不阻燃、极易燃烧。 ⊙根据密度的不同 低密度聚乙烯（LDPE）-其密度范围是0.91∽0.94g∕cm^3高密度聚乙烯（HDPE）-其密度范围是0.94∽0.99g∕cm^3中密度聚乙烯（MDPE）其密度范围是0.92∽0.95g∕cm^3 ⊙根据乙烯单体聚合时的压力 低压聚乙烯—压力0.1∽1.5MPa 中压聚乙烯—1.5∽8 MPa 高压聚乙烯压力为150∽250MPa 二、PE共混改性的机理 （1）有机增韧理论： 在塑料技术发展过程中，使用橡胶粒子与塑料进行共混改性即使有机粒子一弹性体作为增韧性，可以达到增韧的目的．产生出SBS等一人批新材料，已经在工业上获得广泛的应用如弹性鞋底材料、虽然获得理想的韧性却损害了复合材料宝贵的刚性和强度，劣化了加T流动性和耐热变形性，提高了成本，因而有一定的局限性。 （2）无机刚性粒子增韧理论
聚乙烯的改性分析
聚乙烯的改性 聚乙烯虽然具有优良的电性能、机械性能和加工性能，但是它也有一些缺点，如软化点低，强度不高，耐大气老化性差，易应力开裂，不易染色及印刷等。为了进一步拓宽聚乙烯的应用领域，克腿这些缺点，可以采用聚乙烯改性来达到。 聚乙烯的改牲主要分为化学改性和物理改性。化学改性又分为接枝共聚改性、嵌段共聚改性、化学及辐射交联改性等；物理改性分为共混改性、填充改性（包括增强改性等）。 聚乙烯的化学交联主要是在聚乙烯树脂中加人有机化合物（常用过氧化二异丙苯）作为交联剂，然后在压力和175～200℃的温度下交联。 接枝聚合是最常用的改性聚合方法。所谓接校共聚反应是在聚乙烯的主链上将作为支链的不同种高分子结合上去的一种反应。当然也有采用过氧化物、放射辐照或其他有关方法进行反应。接枝方式的共聚合反应可以获得良好的混合状态，其分散界面是以化学方式结合在一起，具有良好的机械性能。同时又因为聚乙烯本身是无极性材料，和其他材料亲和性不好，如将具有极性的单体以接枝共聚合反应结合至聚乙烯分子
1．交联聚乙烯 交联聚乙烯分为有机过氧化物交联聚乙烯、有机硅交联和辐照交联聚乙烯。 （1）有机过氧化物交联聚乙烯 结构式： 制法有机过氧化物交联聚乙烯是聚乙烯以有机过氧化物作为交联剂，在热的作用下分解而生成高度活泼的游离基。这些游离基使聚合物碳链上生成活性点，并产生碳－碳交联，形成交联聚乙烯。所用的有机过氧化物有过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基和2，5－二叔丁基－2，5－二甲基过氧化己烷等。根据被交联的聚乙烯品种和交联工艺设备的不同而选用不同的过氧化物。通常交联低密度聚乙烯时，采用在132℃时能起反应的过氧化二异丙苯；在交联高度填充的低密度聚乙烯和高密度聚乙烯时，可采用能在144℃下加工的2,5－二叔丁基－2，5－二甲基过氧化己烷作交联剂。将聚乙烯与合适的有机过氧化物、炭黑及其他无机填料等添加剂混合在一起，经混炼造粒后，用适宜的成型工艺将它加工成制品。然后再将制品经过一段时间的加热处
聚乙烯的改性 聚乙烯虽然具有优良的电性能、机械性能和加工性能，但是它也有一些缺点，如软化点低，强度不高，耐大气老化性差，易应力开裂，不易染色及印刷等。为了进一步拓宽聚乙烯的应用领域，克腿这些缺点，可以采用聚乙烯改性来达到。 聚乙烯的改牲主要分为化学改性和物理改性。化学改性又分为接枝共聚改性、嵌段共聚改性、化学及辐射交联改性等；物理改性分为共混改性、填充改性（包括增强改性等）。 聚乙烯的化学交联主要是在聚乙烯树脂中加人有机化合物（常用过氧化二异丙苯）作为交联剂，然后在压力和175～200℃的温度下交联。 接枝聚合是最常用的改性聚合方法。所谓接校共聚反应是在聚乙烯的主链上将作为支链的不同种高分子结合上去的一种反应。当然也有采用过氧化物、放射辐照或其他有关方法进行反应。接枝方式的共聚合反应可以获得良好的混合状态，其分散界面是以化学方式结合在一起，具有良好的机械性能。同时又因为聚乙烯本身是无极性材料，和其他材料亲和性不好，如将具有极性的单体以接枝共聚合反应结合至聚乙烯分子主链上时则会增大这种亲和性，由此使可以改善其粘接性、印刷性、染色性等性能。例如，聚乙烯接枝丙烯酸单体所得产品则会改善其在铝箔上的粘合性；加入丁二烯单体接枝共聚合反应的制品，可以提高耐热性、耐应力开裂性。 聚乙烯的共混改性是聚乙烯与其他高聚物等物质进行共混，用挤出机、辊炼机等设备而制成新材料。共混过程中往往包含化学接枝或交联反应，以提高共混的改性效果。 聚乙烯的填充改性是在聚乙烯的成型加工过程中加入无机或有机填料，不仅能使制品价格大大降低，而且能显著改善材料的机械强度、耐摩擦性能、热性能及耐老化性能等，并改善聚乙烯的易膨胀性及易蠕变性等，所以填料既有增量作用，又有改性效果。常用的无机填料有碳酸钙（包括轻质碳酸钙和重质碳酸钙）、滑石粉、云母、高岭土、二氧化硅、硅藻土、硅灰石、炭黑等。 此外，聚乙烯可加人脂肪酸酰胺作表面润滑剂，以减少薄膜的粘附性；加入0.5％～2%的聚丙烯可提高其透明性；表面用电子冲击（使其表面氧化）处理，可改善其印刷性能。 1．交联聚乙烯 交联聚乙烯分为有机过氧化物交联聚乙烯、有机硅交联和辐照交联聚乙烯。 （1）有机过氧化物交联聚乙烯 结构式： 制法有机过氧化物交联聚乙烯是聚乙烯以有机过氧化物作为交联剂，在热的作用下分解而生成高度活泼的游离基。这些游离基使聚合物碳链上生成活性点，并产生碳－碳交联，形成交联聚乙烯。所用的有机过氧化物有过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基和2，5－二叔丁基－2，5－二甲基过氧化己烷等。根据被交联的聚乙烯品种和交联工艺设备的不同而选用不同的过氧化物。通常交联低密度聚乙烯时，采用在132℃时能起反应的过氧化二异丙苯；在交联高度填充的低密度聚乙烯和高密度聚乙烯时，可采用能在144℃下加工的2,5－二叔丁基－2，5－二甲基过氧化己烷作交联剂。将聚乙烯与合适的有机过氧化物、炭黑及其他无机填料等添加剂混合在一起，经混炼造粒后，用适宜的成型工艺将它加工成制品。然后再将制品经过一段时间的加热处理，使之发生交联，即可制得交联聚乙烯制品。此外，当采用压缩成型时，交联和成型可一步完成。 物化性质有机过氧化物交联聚乙烯结构上与热塑性塑料、热固性树脂和硫化橡胶都不同，它有体型结构却不是完全交联，交联区域很小，不像硫化橡胶那样有很大的交联网，因此在性能上它兼有三者的特点，即同时具有热可塑性、硬度、良好的耐溶剂性，高弹性和优良的耐低温性。无论是高密度聚乙烯还是低密度聚乙烯，通过交联后，其拉伸强度、耐热性、防老化性和耐候性、尺寸稳定性、耐应力开裂性，耐磨性和耐溶剂性均有提高，且耐蠕变性
专业综合实践(综述) 系别：轻工工程系 专业：高分子材料应用技术 班级： 12工艺331 学生姓名：刘彭城 学生学号： 1213323113 指导教师：徐应林
聚乙烯改性研究进展 [摘要] 聚乙烯以优良的力学性能、加工性能、耐化学性等成为最主要的聚烯烃塑料品种,大量用于生产薄膜、包装和管材等.但聚乙烯的非极性和低刚性限制了其在某些领域的应用.综述了聚乙烯的化学改性的新进展.化学改性包括接枝改性、共聚改性、交联改性、氯化及氯磺化改性和等离子体改性. [关键词] 聚乙烯;化学改性;进展 前言 化学改性的方法主要有接枝改性、共聚改性、交联改性、氯化及氯磺化改性和等离子体改性处理等方法.其原理是通过化学反应在PE分子链上引入其它链节和功能基团,由此提高材料的力学性能、耐侯性能、抗老化性能和粘结性能等。 1.接枝改性 接枝改性是指将具有各种功能的极性单体接枝到PE主链上的一种改性方法.接枝改性后的PE不但保持了其原有特性,同时又增加了其新的功能.常用的接枝单体有丙烯酸(AA)、马来酸酐(MA)、马来酸盐、烯基双酚A醚和活性硅油等. 接枝改性的方法主要有溶液法、固相法、熔融法、辐射接枝法、光接枝法等. 程为庄等以过氧化苯甲酰为引发剂,二甲苯为溶剂,进行了丙烯酸与低密度聚乙烯(LDPE)的溶液接枝聚合.聚乙烯接枝了丙烯酸后与铝的粘结强度显著增大,当接枝率为7.2%时,剥离强度由未接枝时的193N/m提高到984N/m.唐进伟等[1]利用固相法在线性低密度聚乙烯(LLDPE)上接枝MA,得到了接枝率为1%～214%,凝胶含量小于4%的LLDPE2g2MA. 于逢源等[2]采用多组分单体熔融接枝法,以甲基丙烯酸缩水甘油酯和苯乙烯作为接枝单体,对LDPE进行熔融接枝改性,获得了接枝率为3%的改性低密度聚乙烯. 鲁建民等研究了粉末态高密度聚乙烯的辐射效应、与多种单体的固态辐射接枝行为及其表征,并将其应用于聚乙烯粉末涂料,其附着力和柔韧性得到显著改善.
聚乙烯醇缩甲醛（胶水）的制备 一、实验目的 了解聚乙烯醇缩甲醛化学反应的原理，并制备红旗牌胶水。 以聚乙烯醇和甲醛为原料制备聚乙烯醇缩甲醛胶水，了解聚合物的化学反应特点 二、实验原理 聚乙烯醇缩甲醛胶(商品名107胶)是一种目前广泛使用的合成胶水, 无色透明溶液，易溶于水。与传统的浆糊相比具有许多优点[1]:①、初粘性好,特别适合于牛皮纸和其它纸张的粘合;②、粘合力强;③、贮存稳定,长久放置不变质;④、生产成本低廉。国内有许多厂家生产此胶水。因此广泛应用于多种壁纸、纤维墙布、瓷砖粘贴、内墙涂料及多种腻子胶的粘合剂等。近年来，为了适应市场需求人们对聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂进行了大量的改性研究，无论在合成工艺上还是在胶液的性能方面都有显著的提高。本实验以聚乙烯醇缩甲醛为例，我们对其合成过程所用的催化剂、缩合温度等对胶水质量有影响的因素进行了试验研究和探讨,摸索出更佳更合理的工艺条件。 聚乙烯醇缩甲醛是利用聚乙烯醇与甲醛在盐酸催化作用下而制得的，其反应如下 : 聚乙烯醇缩醛化机理： 聚乙烯醇是水溶性的高聚物，如果用甲醛将它进行部分缩醛化，随着缩醛度的增加，水溶液愈差，作为维尼纶纤维用的聚乙烯醇缩甲醛其缩醛度控制在35%左右，它不溶于水，是性能优良的合成纤维。
本实验是合成水溶性的聚乙烯醇缩甲醛，即胶水。反应过程中需要控制较低的缩醛度以保持产物的水溶性，若反应过于猛烈，则会造成局部缩醛度过高，导致不溶于水的物质存在，影响胶水质量。因此在反应过程中，特别注意要严格控制崐催化剂用量、反应温度、反应时间及反应物比例等因素。 聚乙烯醇缩甲醛随缩醛化程度的不同，性质和用途各有所不同，它能溶于甲酸、乙酸、二氧六环、氯化烃(二氯乙烷、氯仿、二氯甲烷)、乙醇甲苯混合物(30∶70)、乙醇甲苯混合物(40∶60)以及60%的含水乙醇中。缩醛度为75%~85%的聚乙烯醇缩甲醛重要的用途是制造绝缘漆和粘合剂。 三、实验药品及仪器 药品：聚乙烯醇、甲醛（40%）、氢氧化钠,浓盐酸，硫酸 仪器：搅拌器、恒温水浴,球形冷凝管，温度计，滴液漏斗， 三口烧瓶实验装置如下图： 四、实验步骤及现象 步骤现象分析 在250mL三颈瓶中，加入90mL去离子水(或蒸馏水)、7g聚乙烯醇，在搅拌下升温至85-90℃溶解。 搅拌加热升温至 90℃左右时，聚乙烯醇 全部溶解，溶液无色透 明，瓶内无白色固体。 聚乙烯醇熔点>85℃,所以需升温至 85-90℃。 等聚乙烯醇完全溶解后，降温至35-40℃加入4.6mL甲醛(40%工业纯)，搅拌15min，再加入1∶4盐酸，使溶液pH 值为1-3。保持反应温度85-90℃，继续搅拌20min，反应体系逐渐变稠，当体系中出现气泡或有絮状物产生时，立即迅速加入1.5 mL8%的NaOH溶液，同时加入34mL去离子水(或蒸馏水)。调节体系的pH 值为8-9。然后冷却降温出料，获得无色透明粘稠的液体，即市场出售的红旗牌胶水。 加入盐酸，溶液 无明显变化，PH降低至 2左右。 加入甲醛后加热升 温，溶液变稠。 升温至85-90℃一 段时间后，出现气泡， 加入NaOH和蒸馏水， PH值为9左右。冷却， 得无色透明粘稠的液 体。 必须控制PH为1-3，所以加入盐 酸不能太多也不能太少。当pH过低 时，催化剂过量，反应过于猛烈，造成 局部缩醛度过高，导致不溶于水的产物 产生。当pH过高时，反应过于迟缓， 甚至停止，结果往往会使聚乙烯醇缩醛 化成都过低，产物粘性过低。 加入甲醛后加热升温，聚乙烯醇与 甲醛反应，缩醛化，体系粘度变大，溶 液变粘稠。 产生气泡，说明分子间已经开始交 联，故此时要停止加热。 调节PH为8-9是因为，在酸性条 件下，聚合物与空气接触不稳定会继续 缩醛化，所以要调PH>7
化工设计通讯Chemical Engineering Design Communications 新材料与新技术 New Material and New Technology 第45卷第3期 2019年3月聚乙烯改性的研究进展 （陕西延长石油延安能源化工有限责任公司，陕西延安727500） 摘要：聚乙烯是一种综合性能较高的工程塑料，自身具备着较强的性能，可以广泛地应用在各行业的产話制造中。主要对聚乙烯的物理改性和化学改性展开研究。 关键词：聚乙烯；物理改性；化学改性 中图分类号：TQ051.893文献标志码：A文章编号：1003-6490(2019)03-0061-01 Advances in Research on Modification of Polyethylene Wang De-yu Abstract:Polyethylene is a kind of engineering plastic with high comprehensive perfbrmance.lt has strong performance and can be widely used in the manufacture of products in various industries.The article mainly studies the physical modification and chemical improvement of polyethylene. Key words:polyethylene；physical modification；chemical modification 超高分子质量聚乙烯（UHMWPE）是一种热塑性的工程塑料，耐磨损性较高，具有耐低温性以及各种比较优质的性能，正是这些性能使得聚乙烯被广泛地应用在医疗，化工，防止，采矿以及建筑和机械等各个行业中。由于超高分子量聚乙烯有着非常高的分子量，在对其进行加工的过程中，存在着一定的难度。因此，必须要对聚乙烯的改性展开研究探讨。 1聚乙烯的物理改性 由于聚乙烯自身的性质，使其具备着特殊的物理性能。所谓物理改性，主要就是将其与其他物质通过一定的方式进行混合，例如，降低聚乙烯的黏度，缩短聚乙烯的加工周期等。 1.1填充改性 在聚乙烯的物理改性中，填充改性的使用范围较为广泛，主要是从微观粒子和宏观粒子填充聚乙烯的相关复合材料。相关专家经过一系列的研究，发现使用偶联剂以及无机填料等对聚乙烯进行改性，可以有效地加强聚乙烯的熔体流动性，尽管如此，这种方式的使用却使聚乙烯的耐磨性所有降低。将使用偶联剂处理的一些铝粉等金属粉添加在聚乙烯当中，可以使物质具备一定的抗静电性能。使用偶联剂对纳米二氧化硅进行处理，再将处理过的少量纳米二氧化硅添加在聚乙烯当中，能够提升聚乙烯的结晶度 1.2流动改性剂改性 流动改性可以有效地改变一些大分子链之间所传递的能量，使聚合物的流动性有所改变。在聚乙烯当中，主要是将脂肪族的碳氢化合物和这些物质的衍生物对聚乙烯进行流动改性。一些专家经过一定的实验研究，对润滑剂FM4在聚乙烯流动性能中的影响进行了探索。主要发现，当润滑剂FM4质量不断增加的情况下，聚合物的熔体流动速率就会越来越大，但是，FM4的质量分数达到20%的时候，熔体流动速率就会出现迅速上升的现象。 2聚乙烯的化学交联改性 化学交联改性主要是改善物质形态的稳定性，将一些交联剂加入聚乙烯当中，使其与之发生交联。或者对其进行辐射，在辐射的影响下这些分子发生交联的现象。 2.1偶联剂交联的改性 偶联剂是一种特殊的物质，该种物质可以经过一定的物理或者化学反应，将两种性质差异悬殊较大的物质进行联合。偶联剂主要用在一些非极性的聚合物和无机增强材料之间，将其表面进行处理，使其进行联合，从而具备着较好的强度。经过相关的研究发现，使用偶联剂对一些物质进行处理之后，可以发现这些物质的颗粒直径较小，使填料在聚合物当中有着较高的分散性，从而改善物质的流动性。 对于超高分子量聚乙烯来说，这种物质主要使用的偶联剂有两种，一种是乙烯基三乙氧基硅烷，以及乙烯基三甲氧基硅烷。偶联剂虽然有着较强的作用，但是必须要在恰当的过氧化物的引发下才能发生作用。偶联剂常用的过氧化物主要是DCP,还必须要借助有机锡的衍生物作为催化剂，才能够发挥较好的作用。使用硅烷来对聚乙烯进行处理的时候，在一定的热力下，过氧化物被分裂形成一些游离基，这些游离基自身有着较高的化学性能，可以将聚合物当中的氢原子进行脱去，使聚合物大分子也变为不同的活性游离基，经过一系列的化学反应，硅烷和聚乙烯交联，从而实现对聚乙烯的交联改性。 2.2辐射交联改性 辐射交联改性，主要便是在一定的辐射下，来改善聚乙烯内部的分子结构，使其性能发生改变。在特定辐射量的影响下，聚乙烯自身的各种特殊性能受到一定的改变。同时，这种辐射交联聚乙烯改性还可以应用在人造关节当中，可以使人造关节的强度增加，延长使用年限。经过相关专业人员的研究发现，对于聚乙烯的辐射交联改性，将PTFE与辐射进行联合，可以改善聚乙烯的耐磨性，使其成为一种新型的材料，可以使其被应用在体内移植的辅助器官当中，从而为人们做出巨大的贡献。 2.3过氧化物交联 对聚乙烯进行过氧化物交联，有着严格的步骤要求。在最开始，使过氧化物与聚乙烯进行熔融，聚乙烯随之产生自由基,自由基在偶合下从而产生交联。使用过氧化物对聚乙烯进行交联，必须要合理地控制温度，才能够使交联后的聚乙烯满足人们的使用需求。另外，聚乙烯在过氧化物交联之后的物质，自身的结构有着较好的性能，能够应用在更加广泛的范围。 3结束语 伴随着各种科学技术的不断发展，人们对聚乙烯改性的研究范围不断扩大，从而来探索聚乙烯的应用潜力，使其能够满足人们在更多行业领域当中的需求。在对聚乙烯进行改性研究的过程中，这些方式多种多样，并非单一使用，人们在使用多种方式的基础上，令聚乙烯有着更加多样化的功能,为人们在各个行业当中生产各种不同功能的物质提供可靠的需求。但是，聚乙烯的改性必须要在特定的环境和条件下,才能够使其有更好的效果。 参考文献 [1]汪晓鹏.超高相对分子质量聚乙烯的改性研究进展[J]-上海塑料, 2015,10（4）:121-127. 收稿日期：2019-01-10 作者简介：王德玉（1991-）.男，甘肃武威人，助理工程师，主要 研究方向为聚乙烯的改性。 ?61?
聚乙烯醇改性及其对农药缓释作用的研究1 台立民 辽宁工程技术大学材料科学与工程系, 辽宁阜新（123000） E-mail：tailimin@https://www.doczj.com/doc/d88333745.html, 摘要：采用螺杆挤出机，聚乙烯醇与EV A共混改性，制得一种可生物降解的聚乙烯醇/EV A 复合基材，用作除草剂二氯喹啉酸的控制释放。通过SEM、DSC和UV分析测试，研究了聚乙烯醇/EV A共混物的相容性、结晶度及其对二氯喹啉酸的释放性能。实验结果表明：在25℃，pH=4、7、9的缓冲溶液中，聚乙烯醇/EV A载体对二氯喹啉酸均具有明显的缓释作用。关键词：聚乙烯醇；EV A；共混物；二氯喹啉酸；控制释放 中图分类号： TQ450.6 聚乙烯醇(以下简称PV A)是由聚醋酸乙烯酯醇解而得。其分子链上含有大量侧基——羟基，故具有良好的水溶性。同时PV A具有良好的粘附性、浆膜强韧性和耐磨性，所以被广泛地应用于纺织、印染和化纤等行业[1]。通常根据对PV A不同的需求从两个方面对其进行改性，即增大其水溶性或减小其亲水性。本文采用螺杆挤出机熔融态反应挤出工艺,以低熔点EV A 对水溶性PV A进行共混改性，制备一种PV A/EV A复合基材，用作除草剂二氯喹啉酸缓释的载体，通过其水解和微生物降解来达到控制二氯喹啉酸原药释放之目的。重点分析了(SEM、DSC)不同组分配比对复合基材的结构形态的影响，并用紫外－分光光度法测试了其对活性组分的释放性能。有关研究迄今未见报道。这种应用控制释放技术的高分子农药，改变了单纯农药的作用方式，可以大大提高农药的利用率，降低农药的毒性，减少农药对环境的污染，扩展了农药制剂开发研究的领域，对于降低农业成本和保护环境都具有十分重要的意义[2~5]。 1. 试验部分 1.1 仪器和试剂 XJ－20螺杆挤出机，SSX-550扫描电镜，NETZSCH DSC-204，UV-2450紫外-可见分光光度计。 二氯喹啉酸原药(Quinclorac)为市售工业品，纯度为99%，熔点为274 ℃；PV A为市售工业品PV A-1788，醇解度88%，平均聚合度为1700±100；EV A为市售工业品EV A-420，相对密度0.92～0.95 g/cm3，热分解温度为230 ℃～250 ℃，脆性温度小于－71℃。其余未加注明均为市售化学试剂，不加纯化直接使用。 1.2 操作步骤 1.2.1 PV A/EV A复合基材的制备 分别按照PV A/( PV A+EV A) = 50%、60%、70%和80%的比例，称取总量为100 g的聚合物原料和少量硼酸加入到200 mL烧杯中，然后放入80 ℃恒温水浴锅中搅拌均匀，再放入烘干箱中(100 ℃)干燥20 min后取出，在温度为145~150 ℃左右使用螺杆挤出机挤出，造粒。具体设定为：挤出机压缩段温度145℃、均化段温度150 ℃、口模温度145 ℃，螺杆转速为20 r/min。 1.2.2 10%的二氯喹啉酸高分子缓释剂的制备 1本课题得到辽宁省教育厅高等学校科学研究项目(2005200)和辽宁省企业博士后研究项目(BSH2005921077)的资助。
2007年第2期甘肃石油和化工2007年6月 超高分子量聚乙烯改性研究 黄安平,朱博超,贾军纪,朱雅杰 (中国石油兰州石化分公司石油化工研究院,甘肃兰州730060) 摘要:综述了提高超高分子量聚乙烯(UH MWPE)加工性能和物理性能的物理改性和化学 改性方法的研究进展,并指出了其今后的发展方向。 关键词:超高分子量;聚乙烯;改性 超高分子量聚乙烯(UH MWPE)是一种线性结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料,具有其它工程塑料所无法比拟的耐冲击性、耐磨损性、耐化学药品性、耐低温性、耐应力开裂性、抗黏附能力,优良的电绝缘性、安全卫生及自润滑性等性能,可以代替碳钢、不锈钢、青铜等材料广泛地应用于纺织、采矿、化工、包装、机械、建筑、电气、医疗、体育等领域。虽然UHM WPE具有许多优异的特性,但也有许多不足,如熔体流动速度(MFR)极低(接近于0),熔点高(190~120e)、黏度高,极难加工成型等。另外与其它工程塑料相比,具有表面硬度低、热变形温度低、弯曲强度和耐蠕变性较差,抗磨粒磨损能力差、强度低等缺点,影响了其使用效果和范围。为了克服UHMWPE的这些缺点、弥补其不足,使UHMWPE在条件要求较高的某些场所得到应用,需要对其进行改性。 超高分子量聚乙烯通过改性,可以提高其加工流动性,达到增韧、增强、提高耐热以及抗磨损的目的,目前主要的改性都集中在以下几个方面。 1物理改性 所谓的物理改性是指把树脂与其他一种或多种物料通过机械方式进行共混,以达到某种特殊的要求,它不改变分子构型,但可以赋予材料新的性能。目前主要的物理改性方法有填料改性、低熔点、低黏度树脂改性、流动剂改性等。 1.1填料改性 虽然超高分子量聚乙烯具有优异的综合性能,但在表面硬度、耐高温性以及抗磨损性能等方面仍有缺陷,为了使超高分子量聚乙烯能在要求更高的场合得到应用,就有必要对它进行改性。在超高分子量聚乙烯中添加填料进行共混可以提高其耐热性能和力学性能,从而制备出结构性能优良的耐磨材料。 张道权等[1]选用了粉煤灰、硅藻土和石墨三种无机材料填充超高分子量聚乙烯基体,重点考察了填料对其物理机械性能的影响,发现不论任何填料,刚性土无机填料在UHMWPE基体中形成了应力集中点,导致材料中缺陷增加,引起缺口冲击强度下降,这是使用无机填料的一大缺陷。填料结构应尽量避免应力集中,为此填料结构应尽量规则。 胡平等[2]用三氧化二铝、二氧化硅、碳黑、玻璃微珠作为填料,改善了超高分子量聚乙烯的表面 收稿日期:2006-12-05。 作者简介:黄安平(1979-),男,甘肃甘谷人,理学硕士,助理工程师,从事聚烯烃方面的研究工作。
聚乙烯本体接枝改性工艺研究进展 王鉴，冯忠伟，马淑清，齐保坤，苗文青，解明，谢海群 （东北石油大学化学化工学院石油与天然气化工省重点实验室，黑龙江大庆 163318）摘要：聚乙烯由于缺乏极性导致其亲水性、印染性以及与无机填料和极性聚合物的相容性差。接枝极性 的单体是提高聚乙烯极性的有效方法。文中综述了聚乙烯本体接枝改性的接枝机理，讨论了聚合物主链 结构、单体和引发剂对PE接枝反应的影响及其副反应的抑制方法。 关键词：聚乙烯；本体接枝；引发剂；单体 中图分类号：TQ325.12 文献标识符：B 文章编号： 聚乙烯(PE)由于成本低、易加工，耐化学腐蚀等优点被广泛应用于包装、电缆等民用领域。但PE易蠕变，力学性能差不能直接作为绝大多数结构材料使用，缺乏极性使它与无机填料和极性聚合物的相容性弱，因此不能通过与极性材料简单混合来增加强度和刚性。接枝极性单体是改变其极性和相容性最为直接而有效的方法。通过对PE进行接枝改性，在其非极性主链上引入极性或反应性基团，不仅可以有效的提高其亲水性、印染性以及与无机填料之间的界面粘结性，而且有利于同其它极性聚合物共混制备高分子合金，提高材料的附加值。 PE接枝改性一般可分为表面接枝改性和本体接枝改性。表面接枝改性仅对材料表面进行改性，使其表面呈现出特殊的性能，而材料本体内部基本上不发生变化；本体接枝改性是将单体引入到高分子链主链上的接枝反应，在材料的表面及内部均匀的形成接枝链，能够使材料的性能得到整体的改善。本体接枝改性一般可采用熔融、溶液、固相和悬浮等接枝方法。 1 接枝机理 PE本体接枝改性是按照自由基共聚合机理进行的，普遍认为其历程首先是引发剂热分解产生初级自由基，初级自由基进一步夺取PE链上的氢原子(次甲基氢较亚甲基氢和甲基氢易脱除)，形成PE大分子自由基，PE大分子自由基再与加入的单体发生接枝共聚反应，由于立构位阻效应，次甲基自由基与单体的接枝反应活性低于亚甲基自由基。与此同时PE大分子自由基之间的耦合反应会导致PE分子链的支化与交联，所以接枝过程往往伴随支化和交联等竞争副反应。 关于接枝机理的研究大部分建立在接枝MAH的基础上并且对体系内所发生的接枝反应和副反应缺乏统一的看法。Russell[1]认为在PE熔融接枝MAH(MAH)中不可能存在MAH的均聚物P(MAH)，原因是反应挤出的温度一般均超过了形成P(MAH)的顶温160 ℃，MAH以单环形式接枝于PE主链上，不会出现MAH的短支链，并且发现在160 ℃时叔碳原子的反应活性是仲碳原子的3～4倍，这可以很好的解释在平行的实验条件下，采用乙丙共聚物(EPM)作为接枝基体相比于LLDPE或LDPE可以获得更高的接枝率。Gaylord等人[2]则发现MAH在自由基引发剂的作用下将转化成一种激发态的二聚体，这种二聚体参加了接枝反应，并认为MAH以单体和低聚物的形式接枝在PE上。 2 接枝反应的控制因素 PE的功能化产物与副产物的平衡关系在很大程度上依赖于接枝过程中的一些控制参数。如聚合物的主链结构、单体和引发剂的类型、加工工艺、温度和时间等。 2.1 聚合物主链结构的影响 由于接枝反应需要将单体通过共价键连接到预先形成的聚合物主链上，所以聚合物主链的性质对接枝过程的影响至关重要。 Clark等[3]研究了PE主链上端基不饱和度和支化度的差别对接枝和交联反应的影响，发现在过氧化物或过氧化物/MAH存在的情况下，含有高链端不饱和度的PE接枝和交联反应同时增加，即使加入苯乙烯(St)作为共单体，交联现象仍然明显。这一结果归因于St与PE主链上产生的烯丙基自由基反应活性低，其为交联反应增加的主要原因。然而，对于支化度较高的PE，高St用量可以抑制其交联。 Machado等[4]分别采用傅立叶红外光谱和动态流变测定法研究一系列乙烯/丙烯含量不同的聚烯烃上
第32卷第3期 2010年03月 武 汉 工 程 大 学 学 报 J. Wuhan Inst. Tech.Vol.32 No.3 Mar. 2010 收稿日期:2009211224 基金项目:湖北省自然科学基金资助项目(2007ABA162),武汉工程大学本科生校长基金,武汉工程大学研究生研究 创新实验 作者简介:刘生鹏(19692),男,湖北仙桃人,副教授,博士.研究方向:高分子基复合材料. 文章编号:167422869(2010)0320031206 聚乙烯改性研究进展 刘生鹏1 ,张 苗1 ,胡昊泽2 ,林 婷1 ,危 淼 1 (1.武汉工程大学绿色化工过程省部共建教育部重点实验室,湖北武汉430074; 2.武汉大学化学与分子科学学院,湖北武汉430072) 摘 要:聚乙烯以优良的力学性能、加工性能、耐化学性等成为最主要的聚烯烃塑料品种,大量用于生产薄膜、包装和管材等.但聚乙烯的非极性和低刚性限制了其在某些领域的应用.综述了聚乙烯的化学改性、物理改性和改性新技术的新进展.化学改性包括接枝改性、共聚改性、交联改性、氯化及氯磺化改性和等离子体改性;物理改性包括增强改性、共混改性、填充改性;并介绍了各种改性对聚乙烯性能的影响.关键词:聚乙烯;化学改性;物理改性;进展 中图分类号:TB324 文献标识码:A doi :10.3969/j.issn.167422869.2010.03.008 0 引 言 聚乙烯(PE )质优、价廉、易得,且用途十分广泛,主要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等,并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料.随着石油化工的发展,聚乙烯生产得到迅速发展,产量约占塑料总产量的1/4.但聚乙烯属非极性聚合物,与无机物、极性高分子相容性弱,因此其功能性较差.采用改性可提高PE 的耐热老化性、高速加工性、冲击强度、粘结性、生物相容性等性质. 1 化学改性 化学改性的方法主要有接枝改性、共聚改性、交联改性、氯化及氯磺化改性和等离子体改性处理等方法.其原理是通过化学反应在PE 分子链上引入其它链节和功能基团,由此提高材料的力学性能、耐侯性能、抗老化性能和粘结性能等.1.1 接枝改性 接枝改性是指将具有各种功能的极性单体接枝到PE 主链上的一种改性方法.接枝改性后的PE 不但保持了其原有特性,同时又增加了其新的 功能.常用的接枝单体有丙烯酸(AA )、马来酸酐 (MA )、马来酸盐、烯基双酚A 醚和活性硅油等[1]. 接枝改性的方法主要有溶液法[2]、固相法[3]、熔融法[4]、辐射接枝法[5]、光接枝法[6]等. 程为庄等[2]以过氧化苯甲酰为引发剂,二甲 苯为溶剂,进行了丙烯酸与低密度聚乙烯(LDPE )的溶液接枝聚合.聚乙烯接枝了丙烯酸后与铝的粘结强度显著增大,当接枝率为7.2%时,剥离强度由未接枝时的193N/m 提高到984N/m.唐进伟等[3]利用固相法在线性低密度聚乙烯 (LLDPE )上接枝MA ,得到了接枝率为1%～214%,凝胶含量小于4%的LLDPE 2g 2MA. 于逢源等[4]采用多组分单体熔融接枝法,以甲基丙烯酸缩水甘油酯和苯乙烯作为接枝单体,对LDPE 进行熔融接枝改性,获得了接枝率为3%的改性低密度聚乙烯. 鲁建民等[5]研究了粉末态高密度聚乙烯的辐射效应、与多种单体的固态辐射接枝行为及其表征,并将其应用于聚乙烯粉末涂料,其附着力和柔韧性得到显著改善. Elkholdi 等[6]采用光接枝的方法将AA 接枝到 聚乙烯上,改性后的PE 薄膜具有良好的粘结性.1.2 共聚改性 共聚改性是指通过共聚反应将其它大分子链或官能团引入到PE 分子链中,从而改变PE 的基本性能.通过共聚反应,可以改变大分子链的柔顺性或使原来的基团带有反应性官能团,可以起到反应性增容剂的作用[7]. Gho sh 等[8]采用接枝共聚的方法将少量的丙 烯酸单体共聚物接枝到PE 上,与原始的PE 相比,改性后的PE 具有较高的熔体粘度和较低的熔
聚乙烯的改性方法 聚乙烯（PE）树脂是以乙烯单体聚合而成的聚合物。聚乙烯的分子是长链线形结构或支链结构，为典型的结晶聚合物。在固体状态下，结晶部分与无定形部分共存。结晶度视加工条件和原处理条件而异，一般情况下，密度越高结晶度就越大。LDPE结晶度通常为55%～65%，HDPE结晶度为80%～90%。PE具有优良的机械加工性能，但其表面呈惰性和非极性，造成印刷性、染色性、亲水性、粘合性、抗静电性能及与其他极性聚合物和无机填料的相容性较差，而且其耐磨性、耐化学药品性、耐环境应力开裂性及耐热等性能不佳，限制了其应用范围。通过改性来提高其性能，扩大其应用领域。 1.接技改性 接枝聚合物几乎不改变取乙烯骨架结构，同时又将具有各种功能的极性单体接枝到PE主链上，既保持了PE原有特性，又增加了新的功能，是一种简单而行之有效的PE极性功能化方法。 接枝反应实施方法主要有溶液法、溶融法、固相法以及辐射接枝法等。 （1）溶液法使用甲苯、二甲苯、氯苯等作为反应介质在液相中进行。PE、单体、引发剂全部溶解在反应介质中，体系为均相，介质的极性和对单体的链转移常数对接枝反应影响很大。 （2）固相法将PE粉末直接与单体、引发剂、界面活性剂等接触反应。与传统实施方法相比，固相法具有反应温度适宜、常压、基本保持聚合物固有物性，无需回收溶剂，后处理简单，高效节能等优点。 （3）熔融法在熔融状态下，通过引发剂热分解产生自由基，从而引发大分子链产生自由基，在接枝单体的存在下发生自由基共聚反应，然后在聚合物大分子链上接枝侧链。 （4）辐射接枝法辐射接枝表面改性包括γ射线、β射线、电子束等辐照方法，其原理是利用聚合物被辐照后产生游离基，游离基再与其它单体生成接枝聚合反应，而达到表面改性的目的。辐射接枝改性主法有：共辐照法、预辐照法、过氧化物法。 2.交联改性 交联改性使PE的物理力学强度大大提高，并显著改善其耐环境应力开裂性、
稳定混杂废塑料（PE）再生颗粒的性能研究 付义术 摘要：本文以回收的聚乙烯废塑料为基础，加入抗氧剂、降指剂等助剂进行改性，制备符合各种管材用再生颗粒。对其熔融指数、氧化诱导期、断裂伸长率、拉伸强度、炭黑含量、灰分含量、静液压强度分别进行了测试，结果表明，再生颗粒的熔融指数小于1.0g/10min（5kg、190℃），氧化诱导期接近20min，断裂伸长率大于350%，拉伸强度大于18MPa，炭黑含量小于3.0%，灰分含量小于4%，静液压强度高，符合本公司各种管材挤出要求。 关键词：聚乙烯；再生颗粒；改性；管材挤出； 1前言 1.1 聚乙烯的种类及用途 聚乙烯（PE）是中国通用合成树脂中应用最广泛的品种，主要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。随着石油化工的发展，聚乙烯生产得到迅速发展，产量约占塑料总产量的1/4。中国国民经济的持续高速发展，为合成树脂工业营造了有利的发展氛围，聚乙烯（PE）产业更是以较快的速度增长。 2009年1-12月国内PE累计产量为812.9万吨，较2008年（689.5万吨）增加123.4万吨；2009年全年累计进口740.85万吨，较2008年（449.58万吨）增加291.27万吨。未来几年间，亚太地区的聚乙烯新项目主要位于中国、印度和韩国，中国将继续成为动力源泉。中国正成为世界上最大的PE薄膜和包装袋出口国，大量供应北美、西欧和日本。另外各行业对薄膜、编织袋、管材、电缆料、中空容器、周转箱等制品需求旺盛将带动聚乙烯消费量增长。 聚乙烯（PE）作为通用的聚合物产品，已形成低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线型低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、分子量和支链可控的茂金属聚乙烯等产品。并以其优良的性能成为合成树脂发展最大、最为迅速的品种之一。通常按工业化出现的年代来分有1939年工业化的第一代聚乙烯，即：高压法聚乙烯（低密度聚乙烯）、1953年工业化的第二代聚乙烯，即：低压法聚乙烯（高密度聚乙烯）、1977年工业化的第三代聚乙烯，即：线性低密度聚乙烯（LLDPE）、1984年工业化的第四代聚乙烯，超低密度聚乙烯（VLDPE），以及1958年工业
熔融共混改性是提高高分子材料力学性能的一种有效方法［1］。一般地，加入玻璃纤维和无机填料可以使聚合物材料的力学性能得到增强［2］，另有研究表明，PVC中加入一定量的环氧树脂，也可在一定程度上提高PVC的力学性能［3，4］。将功能化的环氧树脂加入到PET中，可增加其熔体强度，从而使其更适于挤出制备PET发泡材料［5］。此外，有研究者通过动态交联的方法，使环氧树脂均匀地分散到PP基体中，在一定程度上提高了PP的刚性和强度［6—8］，另有研究者对PP/碳纤维/环氧树脂复合材料的结构与性能进行了研究［9，10］。除PP外，聚烯烃中的另一个重要品种PE的应用日益广泛，但其力学强度较低，限制了它在工程材料方面的应用。许多研究者对PE的改性进行了研究［11］，而PE材料的力学性能很大程度上依赖于分子结构和形态结构［12，13］，因此对PE进行增强改性时可从这方面入手，所制得的增强材料适用于制作电子、汽车等领域对材料刚硬度要求较高的结构零件。本研究先后将马来酸酐和环氧树脂引入到PE中，通过熔融共混制备环氧树脂增强聚乙烯材料，并使环氧树脂和马来酸酐接枝PE发生官能团之间的反应，以期促进环氧树脂对PE的增强效果。 1·实验部分 1．1主要原料
HDPE(MH602):上海石化公司，熔体指数为6．0g/10min(190℃，21．6kg);环氧树脂(E-44):巴陵石化公司，环氧当量为210～250g/eq，环氧值为0．40～0．47eg/100g，挥发份含量小于1．0%;聚酰胺固化剂(LM-650):镇江丹宝聚合物公司，分子量为600～1100，胺值为200±20;马来酸酐(MAH):广东西陇化工公司;过氧化二异丙苯(DCP):国药集团化学试剂厂。 1．2主要设备 双螺杆挤出机，SJSH-30，南京橡塑机械厂;双辊机:XSK-160，杭州苏桥佳迈机械设备有限公司;平板硫化机:KY6003，江都市开源试验机械厂;冲击实验机:XJJ-5，河北承德实验机公司;电子拉力实验机:RGD-5，深圳瑞格尔仪器有限公司;红外光谱仪:Spectrum One，美国PE公司;扫描电镜仪:JSM-6360LV，JEOL公司。 1．3样品制备 将PE，MAH，DCP和其它助剂按一定比例混合均匀，在双螺杆挤出机上将PE熔融接枝制成PE-g-MAH［14］。将PE-g-MAH(或PE)在双辊机上塑化，再加入一定比例的环氧树脂和聚酰胺固化剂的混合物，在双辊机上混炼均匀，前后辊温度分别为120℃和150℃。将制得的环氧树脂增强聚乙烯材料在平板硫化机上热压成片。
聚乙烯的生产工艺 1.1主要原料 乙烯结构式22CH CH 是最简单的烯烃，常压下是略带芳香气味的无色可燃性气体。物理参数如表1所示。 表1 乙烯物理参数 乙烯几乎不溶于水，化学性质活泼。与空气混合能产生爆炸性混合物。是石油化工的基本原料。 乙烯来源于液化天然气、液化石油气、轻柴油、重油或原油等经裂解产生的裂解气中分出；也可由焦炉煤气分出；还可由乙醇脱水制得。 1.2高压聚合生产工艺 乙烯高压聚合是以微量氧或有机过氧化物为引发剂，将乙烯压缩至147.1~245.2MPa 高压下，在150~290℃的条件下，乙烯经自由基聚合反应转变成为聚乙烯的聚合方法。也是工业上采用自由基型气相本体聚合的最典型方法，海事工业上生产聚乙烯的第一种方法，至今仍然是生产低密度聚乙烯的主要生产方法。 1.3聚合原理 乙烯在高压下按自由基聚合反应机理进行聚合。由于反应温度高，容易发生向大分子链转移反应，产物为带有较多长支链和短支链的线型大分子。经测试，大分子链中平均1000个碳原子的支链上带有20~30个支里链。同时由于支链较多，造成高压聚乙烯的产物结晶度低，密度小，故高压依稀称为低密度聚乙烯。 条件与过程描述：纯度99%以上的乙烯在催化剂四氯化钛和一氯二乙基铝存在下，在压力0.1-0.5MPa 和温度65-75℃的汽油中聚合得到HDPE 的淤浆。经醇解破坏残余的催化剂、中和、水洗，并回收汽油和未聚合的乙烯，经干燥、造粒得到产品。
1.4主要工艺条件 1.4.1乙烯纯度 聚合级乙烯气体的规格要求，纯度不低于99.9％乙烯的露点不大于223K ，其它杂质含量如表2所示。 表2 聚合级乙烯气体的规格要求 纯度低，聚合缓慢，杂质多，产物相对分子量低。其中特别严格控制对乙烯聚合有害的乙炔和一氧化碳的含量，因为这两种物质参加反应后，会降低产物的抗氧化能力，影响产物的介电性能等。 1.4.2引发剂 以氧为引发剂时，用量必须严格控制在乙烯量的0.003％~0.007％之内，防止气体在高压下发生爆炸。以有机过氧化物为引发剂时，将有机过氧化物溶解于液体石蜡中，配置成1％~25％的引发剂溶液。 1.4.3相对分子质量调节剂 工业生产中为了控制聚乙烯的相对分子质量（或熔融指数），适当加入调节剂（如烷烃中的乙烷、丙烷、丁烷、己烷环己烷；烯烃中的丙烯、异丁烯；氢；丙酮和丙醛等），最常用的是丙烯、丙烷、乙烷。 其纯度要求为：丙烯>99.0％（体积）；丙烷纯度>97％（体积）；乙烷纯度>95％。它们的杂质含量：炔烃<4033/cm m ；S 含量＜0.333/cm m ；氧含量＜0.233/cm m 。 1.4.4聚合温度 取决与引发剂种类。以氧为引发剂温度控制在230℃以上；以有机过氧化物为引发剂时，温度控制在150℃左右。 1.4.5聚合压力 108~245MPa ，高低依据聚乙烯生产牌号确定。压力愈大，产物的相对分子质量愈大。