聚丙烯材料改性及應用進展

陸雨希，沈欣懿，陳棋，劉金，匡新謀，董曉燕

(1.寧波職業技術學院化學工程學院，浙江 寧波 315800；2.巨化集團有限公司氟聚合物事業部，浙江 衢州 324004)

0 引言

聚丙烯(PP)具有優良的物理化學性能，是用途非常廣泛的一種高分子材料。然而PP 材料在低溫下存在的性能缺陷，阻礙了PP 材料更廣泛的應用，因此需要對PP 材料進行化學或者物理改性進而提高其強度及韌性。在工業化生產過程中產生大量廢舊塑料，PP材料是其中主要品種。回收PP 處理方式一般有兩種：一種是直接使用；另一種是改性處理后再使用。研究PP 材料的改性工藝，提升材料性能并拓展其使用用途，具有重大的理論意義及實用價值。

1 有機材料改性聚丙烯

1.1 聚酯材料改性PP

應用聚酯纖維(PET)改性PP 材料，由于PET 具有成本低并且與PP 材料在性能方面具有互補性，因此應用PET 材料改性PP 已成為研究熱點[1-2]。

李樹材等[3]選用乙烯-辛烯共聚物接枝馬來酸酐材料(POE-g-MAH)作為增容劑，并應用于PP/PET 材料的改性研究中，發現POE-g-MAH 可以提高PP/PET 共混材料的相關性能。林新土等[4]也以POE-g-MAH 作為相容劑，發現加入相容劑后，PP/PET 共混體系的儲能模量、損耗模量等均有顯著提高。

董銀春等[5]分別利用馬來酸酐和甲基丙烯酸縮水甘油酯與聚丙烯接枝，制備了兩種接枝劑，分別考察這兩種接枝物對PP/ PET 體系的增容性能的影響。發現在馬來酸酐和甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝PP 過程中加入鄰苯二甲酸二烯丙酯共單體，可以提高接枝劑的接枝率，同時也能提高PP/ PET 增容體系的力學性能。

周麒麟等[6]利用聚對苯二甲酸乙二醇酯短纖維改性聚丙烯材料，研究發現POE-g-GMA 增容劑，對復合材料微觀結構及力學性能等均存在較大影響。

1.2 聚乙烯材料改性PP

吳志昂[7]通過LLDPE/OBC/共混交聯三種方法，對改性聚丙烯發泡材料的制備及其力學性能進行了研究，研究發現：(1)通過LLDPE 共混改性PP 發泡材料，發現發泡材料拉伸強度降低，斷裂伸長率、耐用性提高，但是卻嚴重限制了其作為減震吸能材料的應用范圍；(2)通過LLDPE、OB 的混合加入，材料斷裂伸長率逐漸提高，對比研究發現LLDPE 對材料韌性無明顯影響。

王勛林[8]對廢舊聚丙烯編織袋回收材料改性應用進行了研究，發現：(1)廢舊PP 與PE 共混改性，隨著PE 含量的增加，能提高PP 復合材料的力學性能，并且有增韌的效果；(2)通過PP/PE 共混物的DSC 升溫曲線，發現PP 和PE 之間沒有形成各自結晶，PE的存在對PP 結晶有制約作用。

付麗麗等[9]利用醬油壺料(PE)對洗衣機殼料(PP)進行改性，研究發現：(1)兩組分結構相似，相容性好，有利于加工；(2)在力學性能上，拉升強度、斷裂伸長率、韌性、沖擊強度等均有所提高。改性過程中也發現當醬油壺料含量過高時，會導致MFR 數據急劇下降，造成加工難、能耗大，還有可能引起制品收縮、變形。

王軍[10]為提高等規聚丙烯(IPP)與高密度聚乙烯(HDPE)的相容性，進而更好地開發iPP/HDPE 共混材料。其首先通過自由基共支化反應，制備iPP 與HDPE 的長鏈支化(LCB)共聚物，發現：(1)原位增容提高了iPP/HDPE 共混物的力學性能，尤其是斷裂伸長率和抗沖擊性能。(2)原位化學改性的LCB 共聚物對iPP 和HDPE 產生了非常大的增容效果。

1.3 其他有機材料改性PP

袁子鑫[11]研究了偏心轉子擠出機對桉木粉/PP/HMWPE 復合材料結構和性能的影響，研究發現：(1)復合材料結晶度隨著HMWPE 的增大，結晶度先上升后下降趨勢；(2)復合材料動態熱機械性能隨著HMWPE 的增大，儲能模量下降，損耗因子變大；(3)復合材料力學性能隨著HMWPE 的增大，拉升強度降低，斷裂生長率先上升后下降；(4)復合材料耐熱性能隨著HMWPE 增大，共混物的熱變形溫度呈下降趨勢，耐熱性下降。

許歡等[12]在RPP/VPP/POE 三元復合體系性能研究中發現：(1) POE 材料其含量越高，復合體系流動性更好；(2)隨著POE 的加入，復合材料的拉伸強度持續下降、斷裂伸張率增加。同時隨著PP 基體用量相對減少，復合體系抵抗外界應力的能力降低，材料的彎曲強度和彎曲彈性模量都有所下降。

高華等[13]以馬來酸酐對PP/PE 進行接枝改性，研究發現：(1)接枝改性改善了PP/PE 共混體系的相容性；(2)MAH 用量對材料彎曲性能存在影響，MAH增大，彎曲模量增高；(3)MAH 用量對沖擊強度存在影響，MAH 用量過多影響材料沖擊強度。

2 無機材料改性聚丙烯

周健[14]通過納米粒子改性廢舊PP，并應用于建筑模板開發方面，研究發現：(1)利用納米母粒改性PP，有增韌和增強的效果；(2)納米二氧化硅制備的母粒改性PP 能提高其韌性和強度；(3)利用特殊的中空結構設計，將納米母粒改性后的PP 再生料應用于一種綠色中空塑料模板的開發中，發現保證模板的使用質量前提下能有效地降低成本。

於少奇[15]利用非金屬粉末改性聚烯烴材料，研究發現：(1)隨著非金屬粉末添加量的增加，復合材料的機械性能顯著提升，濕法非金屬粉末填充效果更明顯；(2)貝殼和蟹殼粉的加入對復合材料的彈性模量、彎曲強度和彎曲模量等能起到增強效果，并使材料熱穩定性和機械性能都有所提高。

宋建強等[16]在苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SEBS)/ PP 體系中加入滑石粉，討論了滑石粉在體系中的分散情況、以及對材料力學性能、密度、硬度等性能的影響。其研究發現：(1)滑石粉加入量對材料拉伸性能及熔體流動速率存在影響，隨著加入量增大，拉伸性能及熔體流動速率呈現先增大再減小的規律，并且發現當滑石粉加入量為30%時，料拉伸性能及熔體流動速率綜合評價最優；(2)滑石粉加入量對材料密度及硬度也存在影響，隨著加入量增大，材料密度及硬度也逐漸增加；(3)滑石粉物料顆粒的大小對材料的性能也存在影響，粒徑越小，材料拉伸性能越好，材料的熔體流動速率則越小。

趙麗萍等[17]研究了無機銀離子抗菌劑對滑石粉填充PP 材料性能的影響，研究發現：(1)當添加質量分數為1%的無機銀離子抗菌劑時，材料彎曲模量及缺口沖擊強度力學性能有所增加，增加量約為5%；(2)從抗菌效率角度看，當無機銀離子抗菌劑添加量大于0.7%，抗菌效率表現很好，抗菌效果大于99.9%，并且表現出了良好的長久抗菌性能；(3)無機銀離子抗菌劑對材料的耐熱性能也存在影響，表現出了很好的耐熱性能，對材料的熱氧氧化性能影響很小；(4)無機銀離子抗菌劑的加入對材料的耐滑擦性能、散發性能無明顯影響。

3 改性聚丙烯復合材料應用

陳鴻等[18]通過共混改性和共聚改性兩種方法，對不同聚丙烯電纜絕緣料改性后的結構與性能進行對比分析，發現：(1)共混和共聚改性都降低了PP 的結晶度與熔融峰值溫度；(2)經過共混和共聚改性后，材料屈服力下降、拉升強度和斷裂伸長率得到了提高，共混比共聚擁有更好的機械性能；(3)在交流擊穿場強方面，共聚改性后交流擊穿場強增大，在共混改性交流擊穿場強減小；(4)共聚更加適合PP 電纜絕緣材料改性。

謝為[19]為提高醫用PP 復合材料顯影性能，運用熔融共混的方法制備了可X 光顯影的PP/ 鎢粉(W)和PP/ 氧化鉍(Bi2O3)兩種復合顯影材料。研究發現：(1)隨著鎢粉含量的增加，PP/W 復合材料的熔融峰先向低溫區移動，15%含量的鎢粉起到的異相成核作用效果最佳；(2)鎢粉的加入有助于促進PP/W 復合材料熱穩定性的提高。

馬金成[20]研究了車用改性PP 材料收縮率主要影響因素，發現注塑溫度、注塑壓力、注射速度、模具厚度、零件放置時間、擠出工藝、配方等均對車用改性PP 材料收縮率存在影響。

唐昊洋[21]在輕量化汽車部件專業聚丙烯的研制過程中發現：(1)PP/PE 的熔體強度隨PE 的增加而有所提高，發泡聚丙烯減重率也隨熔體強度增大而提高；(2)提高熔體強度以及加入成核劑，都會使聚丙烯泡孔合并以及溢出氣體，能增加聚丙烯的力學性能。

4 結語

聚丙烯作為通過工程塑料，隨著經濟的發展，其使用與回收量也必然逐年提高，需要開發新方法、研究新工藝、制備新型材料以盡量減少其對環境的影響。隨著PE、PVC、聚酯纖維等材料回收量逐年增長，開發系列新型相容劑，解決PP 與PE、PVC、聚酯纖維等材料之間的相容性能，開發系列新型工藝，制備新型復合材料，拓寬其使用價值，具有重大現實意義及應用價值。