聚丙烯復合材料的制備及性能研究

摘 "要：聚丙烯（Poly Propylene，PP）作為一種通用高分子材料，已成為繼聚乙烯 聚氯乙烯之后的第三大通用塑料，應用非常廣泛，但是由于普通聚丙烯還存在很多缺點，所以研制聚丙烯復合材料十分必要。

關鍵詞：聚丙烯復合材料;制備;性能

中圖分類號：TQ32 " " "文獻標識碼：A " " "文章編號：1674-3520（2014）-11-00-01

一、引言

聚丙烯（Poly Propylene，PP）作為一種通用高分子材料，具有強度高、耐熱性好、密度小、易加工和廉價等優點，已成為繼聚乙烯、聚氯乙烯之后的第三大通用塑料，成為最具發展前途的熱塑性高分子材料之一。但普通聚丙烯韌性差、低溫易脆裂，其半結晶性使其無法適用于低溫環境，且其非極性的線性鏈結構和較高的結晶性降低了與其它高分子材料和無機填料的相容性，限制了聚丙烯在許多領域中的進一步應用。因此，對聚丙烯進行改性，制備高性能、功能化聚丙烯復合材料，拓展其應用領域，便成為了學術界和企業界關注的焦點。本文以聚丙烯合金為例介紹其制備方法及性能。

二、聚丙烯合金的制備

（一）接枝改性法制備聚丙烯合金

制備聚丙烯合金，首先要增強其與合金組分的相容性，即在其分子中引入功能性基團，對PP進行接枝改性，即在PP主鏈上接枝含功能性基團的單體，使其包含功能性基團結構，既能增加PP功能性又能提高機械性能，是一種簡單可行的方法。向PP鏈中引入含有極性基團的單體，如馬來酸酐（MAH）、丙烯酸酯、丙烯酰胺（AM）、苯乙烯（St）等，可改善其染色性、粘接性及與其他聚合物的相容性差等缺點，提高PP的熱穩定性及光化學穩定性，增強PP極性的同時賦予其反應活性。接枝后的PP一般為改性部分和未反應原料的混合體，本身就已是塑料合金了;此外，經過接枝改性的PP還可用做高聚物共混的界面相容劑以及高聚物與無機填料復合的相容劑。

溶液接枝法是將PP溶解在適當的溶劑中，通過自由基、氧化和高能輻射等方法引發單體接枝共聚。接枝反應以自由基引發居多。通常在120～140℃之間進行，選用甲苯、二甲苯、氯苯等作為溶劑，溶劑的極性對接枝反應影響很大。

熔融接枝法也稱為反應擠出法，是研究最多并已實現工業化的一種接枝方法。熔融接枝法是將聚烯烴與接枝單體和各種助劑在擠出機中熔融進行接枝共聚反應生成改性產品的方法。

輻射接枝法是用電子加速器產生的電子射線或Co60產生的中子射線照射使PP產生自由基，再與接枝單體反應生成接枝共聚物。根據輻照過程和接枝過程的特點，分為4種實施技術，共輻射法、過氧化法、后輻射法和輻射法。

懸浮接枝法是將聚丙烯顆粒與單體和引發劑一起懸浮在水相上反應，通常反應前在低溫下將PP和單體接觸一定時間，使其充分接觸、均勻分布，再升溫進行接枝反應。

紫外光輻射接枝法是以二苯甲酮（BP）為光引發劑，在紫外（UV）光引發下，加入接枝單體對PP進行接枝改性，具備活性自由基聚合的特點。

固相接枝法是將聚丙烯顆粒直接與適量的單體、引發劑以及助劑混合，加熱引發接枝反應，反應溫度一般控制在PP軟化點以下（100～140℃），由于PP在反應溫度下仍然保持顆粒狀，故稱為固相接枝法。

超臨界二氧化碳（SCCO2）協助PP固相接枝法既具有溶液法接枝均勻、接枝率高，反應溫度低，PP斷鏈少的長處，又具有固相法后處理簡單，不需要使用有機溶劑的優點，同時在一定程度上克服了這兩種方法各自的缺點。利用SCCO2將單體和引發劑溶解同時將PP溶脹、把接枝單體和引發劑攜帶到PP粒子內部，在PP基體上進行插嵌，然后升溫在固相中進行接枝反應，對PP改性和修飾。超臨界流體獨特的物理化學性質，有效改善了相間傳質，使接枝均勻。超臨界接枝改性有兩種方法：一種是將單體、引發劑及PP一起在SCCO2中溶脹一段時間后直接快速升溫反應到規定時間。另一種不經過溶脹階段而直接升溫后在超臨界狀態下反應。

（二）原位共聚法制備聚丙烯合金

原位制備聚丙烯合金技術是在第四代Ziegler～Nat ta催化劑的基礎上發展起來的，可大幅度調控聚合物材料的性能，因此被譽為聚烯烴材料領域的一次革命。原位技術是以聚烯烴粒子為微型反應器，又稱為顆粒反應器技術（RGT）。20世紀80年代，Himont公司（現Basell公司）首先提出“顆粒反應器”的概念：通過控制烯烴單體在多孔球形載體催化劑上聚合增長，得到完全復制催化劑形態的聚合物粒子，該粒子具有球形多孔結構，可作為微反應器，進行多種烯烴單體的共聚，生成聚烯烴合金。

丙烯在第一級反應器中進行本體聚合，得到均聚聚丙烯，然后轉移至下一級反應器，同時通入乙烯和丙烯或乙烯和α-烯烴進行氣相共聚，在均聚聚丙烯顆粒的孔隙內部生成共聚物彈性體。通常商品化的抗沖聚丙烯中乙丙無規共聚物的質量分數控制在5%～25%，共聚物中乙烯的質量分數為40%～65%。

三、聚丙烯合金的性能

以下以塑鋼纖維為例，塑鋼纖維是一種新型合成纖維。塑鋼纖維是以聚丙烯改性高分子聚合物為主要原料，經過特殊工藝技術生產而成。它是一種表面粗糙，外型輪廓分明的單絲粗纖維：直徑粗細不同、纖維長短不等、成波浪形狀、抗拉強度高、彈性模量大、抗酸堿能力強;并且具備鋼筋、鋼纖維的外型，鋼筋、鋼纖維的功能，又有合成軟纖維的優點。主要用來代替在混凝土面板結構中的焊接金屬網格和鋼纖維。塑鋼纖維是一種應用于建筑工程，控制混凝土韌性和抗擊性能的高強度纖維，可以替代傳統鋼筋網、鋼纖維，而建設成本更加經濟;使用操作省時方便：且具有廣泛應用前景的混凝土增強新型材料。不僅如此在其他方面聚丙烯材料的應用和發展也前景廣闊。

四、結束語

普通聚丙烯材料的缺點導致聚丙烯復合材料的出現，聚丙烯復合材料的優良特性使其迅速得到了廣泛應用。

參考文獻：

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