聚丙烯抗老化改性方法綜述

王金英

【摘 要】聚丙烯（PP）因具有質(zhì)量小、力學(xué)性能優(yōu)異、化學(xué)穩(wěn)定性好、成型加工容易等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到廣泛地應(yīng)用。但受其自身結(jié)構(gòu)及外界環(huán)境等因素的影響，聚丙烯制品在使用過程中出現(xiàn)泛黃、龜裂等現(xiàn)象，導(dǎo)致其使用壽命受到影響，并且聚丙烯制品的使用環(huán)境多暴露在室外，因此，研究聚丙烯老化原因以及聚丙烯抗老化性能的改善方法顯得非常必要。

【關(guān)鍵詞】聚丙烯;抗老化;改性方法綜述

1、前言

聚丙烯（PP）作為五大通用塑料之一，其在日常生活中運(yùn)用廣泛。聚丙烯是密度最輕的塑料原料，其外觀呈無色半透明顆粒，作為食品級塑料，被廣泛應(yīng)用食品包裝類，例如泡沫塑料盒，PP塑料杯等等。聚丙烯根據(jù)主用途可分為五大類：PP注塑、PP拉絲、PP纖維、PP薄膜、PP管材。而在傳統(tǒng)的聚丙烯邊坡材料研究生產(chǎn)過程中，人們只注意到其強(qiáng)度方面的性能而忽略了其易光氧老化的缺點(diǎn)，以及對環(huán)境的破壞。而且許多制品需長期在暴露條件下使用，因此研究添加劑對聚丙烯（PP）老化的影響具有實(shí)際意義。

2、聚丙烯材料改性方法

聚丙烯（PP）是最常見的高分子材料之一，近年來，聚丙烯（PP）以其綜合性能優(yōu)良、價格低廉，而成為五大通用塑料中增長最快的品種。然而，聚丙烯材料在室外自然環(huán)境下使用，受到熱、氧、光等外界因素的影響，其性能會不斷降低，使用壽命不斷縮短，進(jìn)而影響使用價值。然而，PP也存在某些缺陷，因此，在應(yīng)用范圍上，尤其是作為工程材料受到限制，因長期受太陽光、熱、氧等外界因素作用而使其發(fā)生質(zhì)變老化，如制品表面龜裂甚至完全粉化、機(jī)械性能下降甚至消失等，進(jìn)而影響其使用性能。因此，改善并提高PP耐候性成為一個重要的研究課題和研究熱點(diǎn)，引起人們的廣泛關(guān)注。而對聚丙烯的改性方法中，接枝改性是一種比較有效的改性手段或者添加光穩(wěn)定劑或者添加特種改性劑等等。

2.1接枝改性

接枝改性是對高分子材料進(jìn)行改性的常用手段之一。聚丙烯接枝共聚物是在聚丙烯骨架分子鏈上，接上一種（或若干種）聚合物單體支鏈而生成的。由于聚丙烯本身并沒有反應(yīng)活性，很難自發(fā)地和其他單體發(fā)生接枝，為了使接枝反應(yīng)能夠正常進(jìn)行，需要對其表面進(jìn)行處理，使其表面產(chǎn)生可以發(fā)生接枝反應(yīng)的活性接枝點(diǎn)。關(guān)于聚丙烯接枝改性的方法有熔融接枝法、氣相介質(zhì)法、輻射表面接枝法、高溫接枝法、溶液接枝法、等離子體表面接枝、化學(xué)表面接枝等等。

2.1.1等離子體表面接枝

等離子體表面改性技術(shù)適用于各類高聚合物材料的表面接枝。G.H.Yang等利用Ar等離子體預(yù)處理PI薄膜，成功引入1一乙烯基咪唑（4VIDz）等單體，并通過研究發(fā)現(xiàn)接枝后的薄膜與銅板的粘接性能得到提升。

2.1.2輻射接枝改性

輻射接枝是利用高能射線照射聚丙烯，使其表面產(chǎn)生活性自由基，然后與帶有親水基團(tuán)的單體發(fā)生接枝共聚反應(yīng)，從而達(dá)到改性的目的。輻射接枝改性可分為共輻射接枝、過氧化輻射接枝和預(yù)輻射接枝三種方法。

2.1.3化學(xué)接枝改性

化學(xué)接枝改性是利用化學(xué)方法對接枝高聚物進(jìn)行表面處理，使高聚物的表面生成可以發(fā)生接枝反應(yīng)的活性中心，然后與帶有活性官能團(tuán)的單體發(fā)生接枝共聚反應(yīng)，從而在表面接枝上親水性基團(tuán)。例如，丙烯腈（AN）由于其氰基的存在，可以和聚丙烯（PP）在引發(fā)劑引發(fā)下發(fā)生接枝反應(yīng)，從而達(dá)到抗老化的目的。另外丙烯晴還可以提高共混物的力學(xué)性能。利用化學(xué)接枝對聚丙烯纖維進(jìn)行表面改性，效果好、成本低、操作工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)，但對周圍環(huán)境污染比較嚴(yán)重。

2.2熔融共混改性

羅付生等通過熔融共混的方法將制備的高軟化點(diǎn)硬瀝青添加到聚丙烯中，制成共混材料，并通過加速老化試驗(yàn)，對添加硬瀝青材料后的聚丙烯共混物進(jìn)行抗老化性能的測試表征，相應(yīng)的紅外譜圖以及力學(xué)性能的測試結(jié)果表明添加硬瀝青后的聚丙烯材料，其抗光老化性能有很明顯的改善。

2.3添加稀土氧化物

于蓮?fù)ㄟ^實(shí)驗(yàn)測試復(fù)合材料自然老化實(shí)驗(yàn)前后力學(xué)性能的變化，發(fā)現(xiàn)稀土化物對聚丙烯（PP）老化性能有一定的的影響。同種稀土氧化物復(fù)合材料中，稀土氧化物含量的不同對拉伸強(qiáng)度影響不大;而稀土氧化物填充量高，其沖擊強(qiáng)度高，抗老化性能好。

王增林等采用TG-DTA、TMA、FP等測試技術(shù)研究了添加稀土氧化物后聚丙烯的熱力學(xué)性能。結(jié)果表明，稀土氧化物的加入可以在不同程度上改善聚丙烯的熱穩(wěn)定性，改變其熱分解機(jī)理。同時影響聚丙烯的熱膨脹過程，將其軟化溫度提升70℃左右，膨脹系數(shù)也隨著稀土氧化物的種類而發(fā)生變化。

2.4添加納米材料

納米材料由于具有小尺寸效應(yīng)、表面臨界效應(yīng)，以及高溫下的高強(qiáng)度、高韌性等特性，近年來引起廣泛關(guān)注。而納米材料對聚合物的改性也成為材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。由于納米TiO2化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒，具有良好的耐熱性，具有高效的紫外線屏蔽能力，可以替代傳統(tǒng)有機(jī)紫外線吸收劑，改善高分子材料的抗老化性能，是目前研究較多的一種納米材料。雖然抗老化效果好，但是無機(jī)納米粒子由于比表面較大，易于團(tuán)聚和吸附，在材料中形成強(qiáng)度弱點(diǎn)，加入一定量后可能會導(dǎo)致材料性能下降，因此在使用之前，需要對納米粒子進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?。一般情況下，均采用表面活性劑對納米粒子進(jìn)行處理，使其在復(fù)合材料中有良好的分散性。

2.5添加光穩(wěn)定劑

研究證明：太陽光輻射是導(dǎo)致聚丙烯材料老化的重要原因。因此，要想提高聚丙烯材料的使用壽命，減緩其老化程度，就必須解決太陽光輻射問題。其中比較常見的方法是在聚丙烯基體中添加光穩(wěn)定劑，光穩(wěn)定劑可以有效的抑制或減緩由光氧化作用引起的聚丙烯材料的降解，提高光穩(wěn)定性，延長使用壽命。常用的光穩(wěn)定劑按其作用機(jī)理大致可分為4類，即紫外線吸收劑、猝滅劑、自由基捕獲劑和光屏蔽劑。

（1）紫外線吸收劑能有效吸收波長為290nm～410nm的紫外線，而很少吸收可見光，另外它本身具有良好的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性，而且其化學(xué)穩(wěn)定性較好，不會與聚丙烯制品發(fā)生不利反應(yīng)，一般作為添加物與其他光穩(wěn)定劑（如受阻胺類）復(fù)配，效果更加理想，主要有UV-9，UV-P，BAD，三嗪-5，UV-Ab-sorber317等。

（2）猝滅劑能夠通過分子間的能量轉(zhuǎn)移，使高聚物從受激聚合物分子上將激發(fā)能消除，淬滅激發(fā)態(tài)分子，將其轉(zhuǎn)變成熱能、磷光或熒光，使之回到低能狀態(tài)，避免聚丙烯遭紫外線破壞，從而達(dá)到穩(wěn)定作用，主要包括有機(jī)鎳、有機(jī)鈷等。

（3）自由基捕獲劑能捕獲高分子中所生成的活性自由基，形成可以長時間穩(wěn)定存在的自由基或穩(wěn)定分子，從而抑制光氧化過程，達(dá)到光穩(wěn)定的目的。這類光穩(wěn)定劑主要是受阻胺光穩(wěn)定劑（HALS），有哌啶系、哌啶系衍生物及咪唑烷酮系衍生物。

（4）光屏蔽劑能夠遮蔽或反射紫外光的物質(zhì)，使光不能透入聚合物內(nèi)部，令聚合物內(nèi)部不受紫外線的危害，有效地抑制光氧化降解，從而起到保護(hù)高分子聚合物的作用。光屏蔽劑有炭黑、氧化鈦、酞菁藍(lán)、酞菁綠等。

3、結(jié)語

縱觀聚丙烯抗老化改性的各種方法可知，多數(shù)方法利弊并存，即改性效果好但成本太高，有些方法效果不理想但無毒、無害、無污染。無論采用哪種改性方法，其目的都是改善聚丙烯的抗老化性能，增強(qiáng)其穩(wěn)定性并延長使用壽命，使之能夠適用于各種環(huán)境，進(jìn)而擴(kuò)展聚丙烯的應(yīng)用范圍。一直以來，聚丙烯的抗老化改性都是研究者關(guān)注的重點(diǎn)。隨著社會的發(fā)展，人們對材料的要求越來越高，未來聚丙烯的改性研究將越來越受到重視。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅付生.硬瀝青對聚丙烯抗光老化性能的改性研究[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報，2006，24（4）：508-510.

[2]謝檸蔚，張瑜，張廣宇.活性納米CaCO3對聚丙烯抗老化性能的影響[J].紡織導(dǎo)報，2018（1）：41-42.

（作者單位：國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)公司烯烴二分公司）