高光泽透明聚丙烯的研究进展

聚丙烯具有无毒无味、轻质、耐热、稳定、绝缘性好以及优异的力学性能的特点,并且价格低廉,材料来源广泛易获取的特性而受到相关领域的喜爱,被广泛应用于汽车运输、家具制作、机械制造、包装、化工、电力等多个行业领域。尤其是对于改性后的聚丙烯材料,具有高光泽、透明的特点而得到了越来越多研究者的重视。

但是作为一种部分结晶性的聚合物,聚丙烯的结晶速率缓慢,结晶效果不高,在整个过程中容易形成大尺寸的晶球,从而降低材料的稳定性,和透光性,使得成型聚丙烯材料的透明度较差,外观上缺少美感,也在一定程度上限制了聚丙烯材料在一些领域,如包装、家具制作、家用品等行业中的进一步深入发展和推广应用。

为了改善并改进聚丙烯存在的这种缺点,国内外专家学者针对聚丙烯的改性,尤其是针对提高其高光泽透明性能投入了大量人力物力和财力研究,取得了较好的成果。经过增透改性后的聚丙烯材料,不仅保持了其原有的良好性能,并且具备了优良的透光性和光泽度,这样一种耐高温且美观的材料在市场上的应用更加广泛。

1.高光泽透明聚丙烯材料的研究现状与进展

1.1国内研究现状与进展

对聚丙烯材料的光泽透明改性研究来说,国内的起步较晚,但是进度却非常快速。

根据一组数据显示,在2000 年,国内对于改性后的高光泽透明聚丙烯的需求就达到了十万吨,经过十年的发展,对这种材料的需求已增长至 45 万吨。日益增长的需求此类行业的不断发展激发了国内的研究热情,据了解,早在 1993年,燕山石化已先后研发出了不同牌号的光泽透明感聚丙烯材料产品,其中的一部分牌号产品被广泛应用于医疗领域的医用输液装置以及视频领域的包装;1997 年,上海的石化公司成功研发出了性能更好的无硅共聚聚丙烯材料(PPR),这种产品相较于传统的均聚性透明聚丙烯来说,其透明度、表面的光泽感以及力学刚韧性更加优良,可以说在一定程度上替代了进口产品,成为国产主流;2000 年扬子石化公司利用 N-Z 催化剂生产研发出了高透明聚丙烯材料,其刚度、透明度和耐热性均已达到国外同类产品的标准要求;2012 年,齐鲁石化在 Milliken 公司的最先进成核剂的基础下,研发出了新型的聚丙烯产品,在外观、透明度、力学性能、稳定性等方面均得到了很大程度的提升;2014 年,独子山石化生产研发出的新型聚丙烯产品得到了国家食品药品安全监督管理局的认可,通过了性能的严格监测,并且在2016 年生产出了可用于食品包装等的高档膜料,在很大程度上减少了国内对此产品的进口依赖。

1.2国外研究现状与进展

国外针对聚丙烯材料的改性研究开始的时间远远早于国内,国外最早出现的能够改进聚丙烯材料透光性和表面光泽感的商业化成核剂是山梨醇类,山梨醇类的成核剂可以极大地提高聚丙烯的成核度,同时在一定程度上可以降低晶核的尺寸,提高透明度。但是初期的这种成核剂稳定性较差,且会使得最终的产品带有异味。Solvay 公司研发出的 EILexP K176 号透明聚丙烯材料是一种无规共聚物,其光泽感较好,并且具备良好的稳定性和耐应力;BP Amoco 公司在与美国美利肯公司的合作下,通过使用 Milad 3988 型透明成核剂开发出了一系列的透明树脂;Huntsman 公司制备出了高光泽透明聚丙烯材料具有较高的耐高温性,能够承受住高温的灭菌处理被广泛应用。

2聚丙烯增光增透的主要途径

2.1聚丙烯材料增光增透的改性机理

作为典型的部分结晶性聚合物来说,其结晶的过程分为成核和晶粒生长两个阶段。与透明度有关的是晶球的尺寸和结晶度,这些都会影响到最终材料的透明度,因为不同结晶度的材料产生的光散程度不同,生成晶球的尺寸大小也会对光的折射造成干扰。因此,为了提高聚丙烯的光泽感和透明度可以通过控制晶球尺寸、降低结晶度来实现。

2.2聚丙烯增光增透的主要途径

影响聚丙烯这类高分子光泽感和透明度的因素有很多,乳相对分子质量的大小或分布等,但目前来看,增光增透的改性主要集中于控制结晶度和晶球尺寸上,主要包括添加成核剂、直接合成、共混增透等方法。

(1)增添成核剂法

向聚丙烯中添加透明成核剂是提高产品透明度和光泽感的一种常用的方法。不同的成核剂有不同的作用机理。对于增透增光的成核剂来说,主要可以分为熔融型的成核剂和分散型的成核剂两大种类。前者常见的有山梨醇类,后者常见的是有机磷酸盐,这两种成核剂的增透效果较好,山梨醇类的成核剂在提高透明度的基础上还可以提高产品的力学性能和耐热度,而有机磷酸盐类的成核剂成本较高,效果较差,但耐热性高。

(2)直接合成高光泽透明聚丙烯法

我们知道高分子的聚合物,其分子链结构越规整,则越容易结晶。聚丙烯的分子链中含有乙烯单体,而乙烯的存在会破坏分子链的规则整齐性,且随着含量的增多,结晶能力会下降,形成的晶球度效果差。因此可以加入成核剂予以辅助,减少光的折射和反射,提高成品的透明度。

(3)共混增透法

与添加成核剂的方法相似,共混物能够降低晶球的尺寸大小,改善透光性。但是共混增透的方法有一定的局限性,他需要要求参与共混的基体材料具有优良的相容性,并且折光率是相近的,这就在很大程度上限制了这种方法的发展。

3结论

随着国民经济的提高,市场对聚丙烯材料的需求量增大,要求也越来越高,尤其是对其外观的美观性,光泽感和透明度成了当下人们的追求。