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改善聚丙烯與其他聚合物相容性的方法介紹

在制備高聚物共混物時(shí),相容性對(duì)共混物的性能影響很大,如果兩種高聚物完全相容,則制得的共混物會(huì)獲得俱佳的性能,如果兩種高聚物相容性很差,則共混物產(chǎn)生宏觀的相分離,因此會(huì)形成分層或剝離現(xiàn)象,降低了材料的強(qiáng)度和使用性能。若兩種高聚物部分相容,則形成微觀或亞微觀的相分離結(jié)構(gòu),兩相界面之間存在相互作用,形成過渡層,這時(shí)所獲得的共混物往往會(huì)表現(xiàn)出獨(dú)特的性能。

 

由此可見,在制備共混物時(shí),形成微觀或亞微觀相分離是一個(gè)關(guān)鍵問題。而高聚物大部分是不相容的,在共混過程中如何改善它們之間的相容性,使之形成微觀相分離是研究共混的一個(gè)重要方面,改善聚丙烯相容性的方法有以下幾種。

 

01

 

聚丙烯的化學(xué)接枝

 

聚丙烯是非極性聚合物,通過化學(xué)接枝,將極性單體如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯腈、馬來酸酐等接枝到聚丙烯分子鏈上,可以增大聚丙烯的極性,改善聚丙烯與其他聚合物的相容性,從而改善共混物的物理機(jī)械性能。已成功的應(yīng)用化學(xué)接枝的方法制備的有 PP-g-AA、PP-g-MAA、PP -g-MAH等接枝共聚物。

 

02

 

聚丙烯的輻照

 

增容用電子束、γ射線、紫外線、等離子體等輻照技術(shù)處理聚丙烯,可以在聚丙烯分子鏈上引入羥基、羰基、羧基、氨基、過氧基等極性基團(tuán),從而增大聚丙烯極性,改善聚丙烯共混體系的相容性。聚丙烯改性中常用的幾種輻照源特性比較見下表。

 

聚丙烯改性中常用的幾種輻照源特性比較\

(1)PP 的輻照接枝。在高能輻照作用下聚丙烯分子斷裂產(chǎn)生的活性基團(tuán)與單體作用時(shí),可以引發(fā)單體在聚丙烯分子上的接枝,輻照接枝是實(shí)現(xiàn)聚丙烯功能化的非常重要的方法之一。比如在高能射線輻照作用下,可將馬來酸酐接枝到聚丙烯上,能明顯改善聚丙烯的表面極性、粘結(jié)性、印刷性及與其他聚合物的相容性。

 

等離子體是指電離氣體,是電子、離子、原子、分子或自由基等粒子組合的集合體。等離子體空間富集的離子、電子、激發(fā)態(tài)的原子、分子及自由基是活潑的反應(yīng)物種,可引發(fā)一系列反應(yīng),可用于對(duì)聚丙烯的接枝改性。

 

(2)PP的輻照增容。有研究者拓廣了輻照技術(shù)在高分子材料方面的應(yīng)用范圍,提出通過電子束、γ射線、紫外線、微波輻照等物理技術(shù),在聚烯烴分子鏈中引入含氧極性基團(tuán),解決聚烯烴共混合復(fù)和材料的界面增容,制備能達(dá)到某些工程塑料性能指標(biāo)的聚烯烴材料,開創(chuàng)了高強(qiáng)、高韌聚烯烴材料制備的新技術(shù)。

 

03

 

加入增容劑(相容劑)

 

增容劑通常是接枝或嵌段共聚物,其鏈段的結(jié)構(gòu)和極性分別與組分聚合物類似。在共混過程中增容劑將富集在兩相界面處,從而改善共混組分兩相間的界面作用力。A、B兩組分如果不相容,則可加入A-B型嵌段或接枝共聚物,增容劑中A組分與聚合物A相容性良好, B組分與聚合物B相容性良好。A-B型嵌段或接枝共聚物使A、B兩組分的相容性增加,這種嵌段或接枝共聚物稱為增容劑。增容劑可分為高分子增容劑和低分子增容劑。高分子增容劑又可分為非反應(yīng)型和反應(yīng)型兩種,而低分子增容劑則全部都是反應(yīng)型的。

 

(1)非反應(yīng)型增容劑。所謂非反應(yīng)型增容劑是指那些本身沒有反應(yīng)基團(tuán),在聚合物共混過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的增容劑,它們依靠自身對(duì)兩種共混聚合物的親和力、粘結(jié)力使原來相容性差的兩種聚合物相容,形成具有良好界面作用的聚合物共混物。這類增容劑無副產(chǎn)物,效果好。非反應(yīng)型增容劑已開發(fā)出來四種類型,即A-B型、A-C型(A-B-C型)、C-D型和其他型的增容劑,下表為非反應(yīng)型增容劑的應(yīng)用實(shí)例。

 

 

非反應(yīng)型增容劑的應(yīng)用實(shí)例

A-B型增容劑主要是由A、B兩種聚合物經(jīng)嵌段或接枝共聚制成。適用于與A-B型增容劑同種的A、B兩種聚合物的共混。它能降低界面張力,增加兩相相容性。例如乙烯丙烯嵌段共聚物可作為PE/PP共混體系的增容劑。

 

A-C型(ABC型)增容劑是由A、C(或A、B、C)兩種(或三種)聚合物的單體經(jīng)接枝或嵌段共聚而成。適用于A、B兩種聚合物的共混。如PE與PS樹脂共混時(shí)使用CPE或SEBS作為增容劑,可以改善PE與PS的相容性。

 

C-D型增容劑是一種新型的增容劑,它的組成成分與共混樹脂成分是不同的,如SEBS可以作為PP與PMMA的增容劑。

 

(2)反應(yīng)型增容劑。所謂反應(yīng)型增容劑是指本身含有反應(yīng)基團(tuán)的增容劑,它在聚合物共混時(shí)能與其他聚合物含有的基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成化學(xué)鍵而使聚合物和增容劑之間產(chǎn)生較強(qiáng)的結(jié)合力而達(dá)到增容的效果。這類增容劑有馬來酸型、丙烯酸型、環(huán)氧改性型,此外還有低分子反應(yīng)型增容劑。

 

馬來酸型增容劑是一類用馬來酸酐改性、帶有羧基的聚合物增容劑,能與多種聚合物反應(yīng),而使共混聚合物增容。丙烯酸改性的聚合物是另一類含羧基的聚合物增容劑。應(yīng)用實(shí)例有EPDM-g-MAH共聚物作為PA/EPDM共混物的增容劑,PP-g-AA共聚物作為聚烯烴/ PET 共混物的增容劑,馬來酸酐接枝LLDPE作為聚烯烴/EVOH共混體系的增容劑。

 

04

 

IPN技術(shù)

 

IPN是互穿聚合物網(wǎng)絡(luò),是由兩種聚合物各自組成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)相互貫穿而形成的一種新型多相聚合物共混物。制備IPN,首先需要一個(gè)交聯(lián)聚合物,其次將單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑溶脹在第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中,再引發(fā)聚合交聯(lián)形成第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)。由于兩個(gè)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)相互貫穿,形成了穩(wěn)定的微相分離結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)相界面大,協(xié)同效果好,因此可以具有優(yōu)于組分聚合物的性能。

 

05

 

 

動(dòng)態(tài)硫化

 

動(dòng)態(tài)硫化是在兩種聚合物熔融共混過程中分散相發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。由于分散相的交聯(lián)增加了體系的形態(tài)穩(wěn)定性,改善了熔體強(qiáng)度和力學(xué)性能。由于基材的連續(xù)相并未發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),則使材料仍具有熱塑性加工性能。得到的廣泛應(yīng)用的PP/EPDM熱塑性彈性體就具有優(yōu)良的綜合性能。PP與EPDM的動(dòng)態(tài)硫化是指PP與EPDM在熔融共混過程中EPDM進(jìn)行硫化,得到分散在PP連續(xù)相中的硫化交聯(lián)的EPDM微小顆粒。PP連續(xù)相在高溫時(shí)熔化提供熱塑性,而硫化的EPDM橡膠顆粒則在常溫下提供高彈性,這是材料性能的巧妙組合。
 

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