馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯/聚烯烴黏合性樹(shù)脂共混物

第28卷第3期石化技術(shù)與應用Vol 28 No. 32010年5月Petrochemical Technology ApplicationMay 2010研究與開(kāi)發(fā)(195~198馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯/聚烯烴黏合性樹(shù)脂共混物金鼎銘',王宏軍2,段宏義,劉敏',孫世萍',張新銘!(1.中國石油蘭州化工研究中心,甘肅蘭州730060;2中國石油蘭州石化公司,甘肅蘭州730060)摘要:在接枝率為3.5%的馬來(lái)酸酐接枝癜丙烯(PP-g-MAH)中分別摻人一定量的聚丙烯(PP)高密度案乙烯、聚烯烴彈性體、線(xiàn)型低密度聚乙烯和聚苯乙烯,在溫度為200-210℃,時(shí)間為1-2min的條件下擠出造粒,可制備高黏合性的共混物。結果表明,將其涂于金屬材料表而,純PP-g-MAH的黏合強度僅為0.936N/mm,PP-g-MAH與PP以20/80(質(zhì)量比)共混時(shí),黏合強度提高到1956N/mm。通過(guò)掃描電鏡觀(guān)察黏合性樹(shù)脂共混物的斷面,PP-g-MAH(20份)與其他聚烯烴共混后,共混物與金屬材料的接觸面增大滲透力增強,有利于酸酐與極性物質(zhì)形成鍵合力關(guān)鍵詞:PP-g-MAH;聚烯烴;共混物;黏合強度;物理機械性能;耐熱性能中圖分類(lèi)號:TQ334.2文獻標識碼:B文章編號:1009-0045(2010)03-0195-04金屬材料與聚烯烴只有在界面具有良好黏號為2100J)和線(xiàn)型低密度聚乙烯( LLDPE,牌號合性的情況下才能呈現出質(zhì)量輕,隔熱保溫,消為103AA),均由中國石油蘭州石化公司生產(chǎn)。音減振,防腐蝕等特點(diǎn)。但聚丙烯(P)、聚乙聚烯烴彈性體(POE,牌號為8150)由美國DO烯(PE)分子鏈中不含極性基團因此與鐵、鋁等化學(xué)公司生產(chǎn)。聚苯乙烯(PS)為市售品。P金屬材料的黏合力差。為此,在研究中一方面對8-MAH為實(shí)驗室自制。金屬材料表面進(jìn)行改性,使其形成新的氧化物,1.2試樣制備然后再用硅烷偶聯(lián)劑處理,將二者以化學(xué)鍵形式將PP-g-MAH與PP, LLDPE,HDPE,PS,結合2);另一方面將馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯(PPPOE一起加入到高速混合器中,常溫下混合3min,用雙螺桿擠出機進(jìn)行熔融共混,在螺桿溫g-MAH)、馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)度為200~210℃,時(shí)間為1~2min的條件下,擠與聚烯烴樹(shù)脂共混,借助極性單體與經(jīng)過(guò)表面處出造粒,可制備聚烯烴黏合性樹(shù)脂共混物。理的金屬材料形成化學(xué)鍵結合界面,從而提高界1.3主要儀器及設備面黏合強度。盡管PP-g-MAH與PP具有良好雙螺桿擠出造粒機組:型號為ZSE-34,由德的相容性但它們在分子結構、相對分子質(zhì)量、化國 Leistrtize公司制造。熔體流動(dòng)速率儀:型號為學(xué)性質(zhì)等方面存在差異,因此在PP中加入 Ceast6542型,由意大利 Ceast公司制造。電子拉PP-g-MAH將對前者的結晶行為黏合界面的力試驗機:型號為 Instron1121型,由英國 Instron強度、塑性變形、斷裂破壞行為等產(chǎn)生不利影響。公司制造。高速混合器:型號為GH-10DY,由本工作制備了PP-g-MAH與聚烯烴的共混物,北京英特塑料機械總廠(chǎng)制造。沖擊試驗機;型號研究了其與金屬材料的黏合性,考察了不同共混比為XCJ-40,由河北承德試驗機廠(chǎng)制造。掃描電對共混物黏合強度、耐熱性、流動(dòng)性和物理機械性鏡型號為SL20,由英國 Instron公司制造。維卡能的影響,以期獲得性能優(yōu)良的黏合材料軟化點(diǎn)測試儀器:型號為XWB-3000,由河北承德試驗機廠(chǎng)制造。1實(shí)驗部分V山中國煤化工1.1原材料CN MHG9-12-20作者簡(jiǎn)介:金鼎銘(1977—),男,甘肅蘭州人,碩士,工程師PP(牌號為F401)、高密度聚乙烯(HDPE,牌已發(fā)表論文5篇石化技術(shù)與應用第28卷4試樣表征學(xué)鍵,從而獲得較高的黏合強度。PP-g-MAl根據CB1033-86測定試樣的密度。根據與PP的黏合,則是由于相似的大分子相互滲透GB1040-90測定試樣的拉伸強度及斷裂伸長(cháng)纏結或彼此進(jìn)入對方晶區參與結晶而相互連接率,試樣選用Ⅲ型,拉伸速率為100mm/min。根起來(lái),從而產(chǎn)生黏合力。研究發(fā)現,在PP-g據GB1613-90測定試樣的維卡軟化點(diǎn)。根據MAH中加入其他聚烯烴樹(shù)脂,能夠提高P大分GB2791-93測定試樣的黏合強度。子鏈的纏結力,有利于改善其與金屬材料的黏合性能。在接枝率為3.5%的PP-g-MAH中,加2結果與討論入不同的聚烯烴樹(shù)脂,可制備高黏合性的共混21PP-g-MAH的接枝率對試樣黏合強度的物,其與鐵片的黏合強度見(jiàn)表1。影響褒1不同共混物與鐵片的合強度35時(shí)P(2MAB與恢片合強度存在極甲,P山Dm、合大值。這是由于PP經(jīng)接枝后,分子內的極性基試樣10.936團與金屬表面產(chǎn)生化學(xué)鍵合,從而提高了試樣的試樣280黏合強度;然而,隨著(zhù)PP中極性基團的進(jìn)一步增試樣360試樣440多,其自身分子間作用力增強,分子鏈剛性下降1.980試樣5導致其與金屬材料的浸潤性變差,因此黏合強度試樣61.456降低。試樣7205試樣8試樣92020559.537由表1可知,PP-g-MAH與鐵片黏合強度僅為0.936N/mm;PP-g-MAH與PP以20/80共混時(shí),共混物與鐵片的黏合強度提高到1956N051.01.5202.53.03.5404550接技半mm;在PP-g-MAH中加入一定量的PP,LDPE圖1PP-g-MAH接枝率對黏合強度的影晌POE后黏合強度得到明顯的提高。這是由于加入LLDPE后,短支鏈可以使 LLDPE與PP-g-MAH2.2共混比對性能的影響PP之間形成分布均勻的氫鍵和范德華力,使混合2.2.1黏合強度更加均勻。加入POE后,聚烯烴的C一H長(cháng)鏈形兩接觸界面間結構的相互作用,包括化學(xué)鍵成類(lèi)似的網(wǎng)狀結構,這樣可以產(chǎn)生較強的黏合力和分子間作用力在內,是膠黏的基礎“。PP-2.2.2耐熱性能g-MAH的化學(xué)結構可分為2部分:(1)PP的長(cháng)由表2可以看出,由于HDPE密度和結晶度鏈分子(非極性部分);(2)接枝引進(jìn)的極性基團。高,因而具有較高的維卡軟化溫度,在加人HDPEPP-g-MAH與金屬材料的黏合主要靠極性基后,共混物的耐熱性能有明顯的提高維卡軟化團與黏合物表面的活性基團作用,生成相應的化溫度大于115℃表2不同共混比腦合性共混物的耐熱性能LLDPEHDPEPOE黏合強度/維卡軟化溫度(質(zhì)量份)(質(zhì)量份)(質(zhì)量份)(質(zhì)量份)(質(zhì)量份)Mu中國煤化工CNMHG第3期金鼎銘等.馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯/聚烯烴黏合性樹(shù)脂共混物1972.2.3物理機械性能及流動(dòng)性能子鏈剛性增大,分子間作用力增強,共混物受外界由表3可知,共混物的拉伸強度較高時(shí),其黏力場(chǎng)的影響小,因此黏合強度提高。其中,不同配合強度亦較高。由此得出,等量極性基團的黏合性比的共混物其熔體流動(dòng)速率不同,根據后加工工藝樹(shù)脂共混物,當其具有較高的拉伸強度時(shí),說(shuō)明分的不同,可選用不同類(lèi)型的黏合性樹(shù)脂共混物。表3不同共混比黏合性樹(shù)脂共混物的綜合性能PP-g-MAH PPLLDPEHDPEPE黏合強度/拉伸強度/熔體流動(dòng)速率試樣(質(zhì)量份)(質(zhì)份)(質(zhì)量份)(質(zhì)份)(質(zhì)量份)(質(zhì)份)(N·m)試樣19.80719.7試樣2試樣3試20358.9260.380試樣59.20721.0試樣610.2550.56023黏合性樹(shù)脂共混物掃描電鏡斷面形貌的結晶度。由圖2b可知,當PP-g-MAH由圖2a可知,PP-8-MAH(見(jiàn)表1試樣1)(20份)與PP,PE,POE等烯烴樹(shù)脂共混(見(jiàn)斷面較規整,有相對較高的結晶度,但低于純PP,表1試樣8)時(shí),可形成多層結構截面,共混物與這是因為在PP分子鏈上接枝MAH后,后者將降金屬材料的接觸面增大,滲透力增強,有利于酸低前者的規整度,球晶生長(cháng)受到限制,降低了PP酐與極性物質(zhì)形成鍵合力(a(a,b分別為表1的試樣1和試樣8)圖2不同試樣的斷面掃描電鏡照片2.4加工條件對黏合性樹(shù)脂共混物的影響黏合力的強弱,所以在加工時(shí),應使用盡可能高由圖3可以看出,以表1試樣8為研究對象,的溫度,但過(guò)高的溫度和過(guò)長(cháng)的時(shí)間會(huì )使共混物當加工時(shí)間愈長(cháng)或加工溫度愈高,黏合強度就愈降解,分子鏈結構受到破壞。因此本工作最佳的高,這與黏合理論相吻合。加工條件直接影響到加工條件為溫度240℃,時(shí)間小于15min。2.5綜合性能由表4可知,不同試樣的熔體流動(dòng)速率不同,但二者的拉伸強度、維卡軟化點(diǎn)和黏合強度等性能較好。高熔體流動(dòng)速率的共混物1(見(jiàn)表3的試樣3),流動(dòng)性能好,采用噴涂加工工藝可以均幻的在化T今空果的內表面上,可作為化中國煤化工動(dòng)速率的共混黏合強度/(N·mm)物2(CNMHG擠出的加工圖3合強度與加工時(shí)間、溫度的關(guān)系藝,可以黏在金屬管道、鋁塑熱水管的外表面上。石化技術(shù)與應用第28卷衰42種黏合性樹(shù)脂共混物的綜合性能參考文獻:項目共混物1[ 1]Delmonte J. 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Polymers forb.共混物黏合性能的好壞,除了與各樹(shù)脂組Advanced Technologies, 2004, 15(7): 419-424分的結構有關(guān)外,還依賴(lài)于加工條件,接觸時(shí)間[2】昊唯,鄧發(fā)金,聚丙烯/馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯/超細云母的界愈長(cháng)或加工溫度愈高,黏合強度愈高。本工作最面增容及其斷面形態(tài)研究[冂]化學(xué)世界,2001(1):19-23佳的加工條件為溫度240℃,時(shí)間小于15min。[3]Park Sang Jin, Shin Choon Hwan, Kim Chang Kee, et al. Meltblends of MAH-g-PE( maleic anhydride- grafted polyethyc.掃描電鏡觀(guān)察不同類(lèi)型黏合性樹(shù)脂共混lene)with MAH-g- PP( polypropylene)[J]. Polymer物的斷面,PP-g-MAH(20份)與其他聚烯烴共( Korea),1989,13(4):347-52[4]Zhang Dingwen, Zhang Xiangfu. Study on the modification of PC/混后,與金屬材料的接觸面增大,滲透力增強,有PP/POE )-g-MAH blends[J]. Zhongguo Suliao, 2003,于酸酐與極性物質(zhì)形成鍵合力。17(9):11-15.Maleic anhydride grafted polypropylene/polyolefin adhesive resin blendJin Dingming, Wang Hongjun, Duan Hongyi, Liu Min, Sun Shiping, Zhang Xinmin(1. Lanzhou Petrochemical Research Center, Petro China, Lanzhou 730060, China;2. Lanzhou Petrochemical Company, Petro China, Lanzhou 730060, China)Abstract: The polyolefin adhesive resin blends when they were applied on the surface of metallicere prepared by blending maleic anhydride grafted materials. The scanning electron microscopy observapolypropylene(PP-g-MAH)with grafting ratio of tion showed that the blending of PP-g-MAH with3. 5%, polypropylene( PP ), high density polyethy- other polyolefins got PP interface with metal magni-lene, polyolefin elastomer, low density polyethylene fied, penetration power enhanced, and was favorabland polystyrene at screw temperature of 200- for the formation of bond force between anhydride210C, and time of 1-2 min. The results showed and polar substancesthat the adhesion strength of PP-g-MAH wasKey words: maleic anhydride grafted polypropyl-0. 936N/mm, and the adhesion strength of PP-g-ene中國煤化工g; mechanIcMAH/PP( mass ratio 20/80 )was 1. 956 N/mmYHCNMHG