高MFR聚丙烯纖維專用料的制備及性能研究

周小群

（中國石油化工股份有限公司茂名分公司研究院，廣東 茂名 525021）

高流動性（MFR）的聚丙烯纖維專用樹脂可生產更細纖度的纖維，賦予無紡布柔軟的手感和細膩豐滿的外觀，滿足醫用、衛生材料等高檔纖維的市場需求[1]。

目前，生產高MFR聚丙烯的方法主要有氫調法和可控流變法。氫調法是直接聚合而成的高流動聚丙烯，產品的相對分子量分布比較寬，熔體黏度高，難以滿足高速紡絲，高檔無紡布的要求；可控流變法是采用過氧化物對基礎樹脂進行降解，這是國內外企業普遍采用的方法。該工藝生產轉換過程短，過渡料少，產品熔體流動速率可控范圍寬、分子量分布窄等優點。本文重點考察不同形態過氧化物及其加入量對降解產品性能的影響，由此得到高MFR聚丙烯纖維專用樹脂的制備方法。

1 聚丙烯纖維生產技術要求及產品指標

纖維尺寸是由卷取速率和噴絲孔產量來調控的。在噴絲孔直徑一定的條件下，熔體擠出量大，熔體在噴絲孔中流動時所受剪切速率很高，要求紡絲原料應具有較好的孔道流動性[2]。氣流的拉伸倍數較高，要求原料具有良好紡絲性能，以免出現熔體斷裂或細絲斷裂。聚丙烯熔體是非牛頓流體，其熔體溫度對剪切速率有依賴性，這種依賴性對相對分子質量分布（MWD）很敏感，分子量分布窄，更有利于降低熔體黏度。因此，理想的可紡性和拉伸性來源于聚丙烯樹脂的高熔體流動速率（MFR） 和窄（MWD）[3]。要求原料的主要指標：MFR：40±5.0g/10min，等規指數≥96%，拉伸屈服應力≥31.0MPa，MWD≤4.0，灰分≤0.02%。

2 實驗部分

一般能用于聚丙烯降解的有機過氧化物只有少數的幾種，二烷基過氧化物最適合聚丙烯的降解反應。過氧化物的選擇，除考慮安全性和活性外，還要考慮過氧化物形態，看其能否均勻分散在聚丙烯粉料中，從而保證生產穩定運行。本次試驗采用液態的過氧化物A、固態的過氧化物B和過氧化物C進行對比實驗，其中過氧化物A、B、C的活性氧含量分別是9.59%，11.02%，1.10%。

2.1 原料與助劑

均聚聚丙烯樹脂：聚丙烯粉料，茂名分公司聚丙烯裝置生產；有機過氧化物A、B、C均為市售；其他助劑為市售產品。

2.2 儀器設備與制備方法

高速攪拌機，張家港宏宇公司；雙螺桿擠出機，TE35，南京科亞實業公司；熔體流動速率儀，7025，意大利Ceast公司；注塑成型機，KTEC85，德國Ferromatik Milacron；萬能材料試驗機，5565EH，英國Instron公司；凝膠滲透色譜儀，英國PL公司。

制備方法：按配比稱量→高速混合→擠出→切粒→性能測試

2.3 性能測試

熔體流動速率依據 GB/T3682（230℃，2.16kg）進行測試；拉伸性能依據GB/T 1040-92進行測試，拉伸速率為50mm/min；黃色指數依據GB/T2409—1980進行測量；GPC依據行業通用方法進行測試。

3 結果與討論

3.1 過氧化物添加量對熔融指數的影響

由于過氧化物C和A、B的有效組成差別較大，在同一基礎樹脂中，需加入不同用量，以確保達到預期產品熔指的要求，降解實驗結果如下圖1所示。

圖1 不同過氧化物及其添加量對MFR的影響

從圖1可見，隨著過氧化物添加量的增加，MFR提升較快。A、B添加量相同時，A降解后的樹脂熔指稍高于B，說明A降解效率高于B；相比于A、B，C由于有效組成比較小，若熔指達到40g/10min左右，其添加量比A、B要大約10倍。

3.2 過氧化物添加量對分子量分布的影響

聚丙烯降解過程是過氧化物在一定的溫度下，分解釋放出自由基，然后自由基進攻聚丙烯樹脂中分子鏈段，致使高分子聚丙烯樹脂分子鏈斷裂，生成小分子，分子量分布變窄。如圖2。

圖2 不同過氧化物及其添加量對相對分子量分布的影響

從圖2可見，隨著過氧化物添加量的增加，分子量分布迅速降低，然后降趨于平緩。聚丙烯樹脂經A、B、C降解后，其分子量分布都小于3.0，達到預期產品的指標要求。

3.3 過氧化物添加量對拉伸性能的影響

從圖3可見，聚丙烯經A、B、C降解后，其斷裂伸長率變大，基本保持在500%左右，這是由于過氧化物降解后分子量降低導致；經C降解后的樹脂斷裂伸長率低于A、B。與A和C相比，B降解后的樹脂斷裂伸長率保持較平穩。

圖3 不同過氧化物及其添加量對斷裂伸長率的影響

3.4 不同過氧化物添加量對灰分的影響

灰分影響著纖維料的過濾性能及使用過程中的換網周期。一般而言，灰分含量越高，專用料的過濾性能越差，在高速紡絲過程中絲斷裂，導致紡絲無法進行。因此聚丙烯纖維專用料的灰分一般要小于0.02%。見表1。

表1 不同過氧化物降解后其他性能變化

從表1數據表明，A和C降解的樹脂灰分在0.016%～0.018%，而B的灰分較大，在0.04%左右，遠遠超出小于0.02%的指標要求，因此在拉伸性能和降解效果一樣的條件下，優先選擇灰分少的降解劑。

4 結論

綜上所述，從降解后樹脂產品的分子量分布、拉伸性能、熔指、灰分及生產成本考慮，A比B、C更適合作為降解劑生產高MFR聚丙烯纖維料。過氧化物A，揮發性弱、降解效能高，添加少量該過氧化物，產品就能達到預期性能指標。