不同復合助劑對煤基聚丙烯1102K產品性能的影響

胡　琳，廖志勇，焦　旗

(1 神華寧夏煤業集團煤炭化學工業分公司 研發中心，寧夏銀川 750411；2 神華寧夏煤業集團煤炭化學工業分公司 烯烴公司，寧夏銀川 750411)

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不同復合助劑對煤基聚丙烯1102K產品性能的影響

胡琳1，廖志勇2，焦旗1

(1 神華寧夏煤業集團煤炭化學工業分公司 研發中心，寧夏銀川 750411；2 神華寧夏煤業集團煤炭化學工業分公司 烯烴公司，寧夏銀川 750411)

研究了三種復合助劑對煤基聚丙烯1102K產品的力學性能、抗熱氧老化性能、灰分和熱學性能的影響。結果表明：三種復合助劑對1102K產品的力學、熱學性能和灰分的影響不大，均滿足1102K產品的質量要求。樣品經多次擠出后，添加3#復合助劑的樣品PP3#的熔融指數略低于其他兩個樣品。

復合助劑，聚丙烯，產品性能

聚丙烯是當今世界應用最為廣泛的熱塑性樹脂之一，主要用于嬰幼兒和婦女衛生用品、家用電器、家庭日用品、冷熱水輸送水管道、食品飲料包裝和醫療衛生等領域[1]。但是，其在拉伸、彎曲、熱變形溫度和成型加工等方面存在一定的缺陷，這就需要添加不同的改性助劑來改善和提高聚丙烯的力學性能、耐熱性、透明性、表面光澤性，提高制品加工生產效率等。復合助劑是將幾種具有某種同樣功能或不同功能的塑料添加劑，及輔助添加劑按一定比例配合而成，最終以母料形式出現。這可以發揮不同品種之間的協同效應，且有助于性能的互補，因此具有較好的綜合性能，且省去配料的麻煩[2-4]。目前，添加復合助劑改性聚丙烯性能已經成為當前塑料改性研究的熱點[5-7]。

本實驗在前期工作的基礎上[8-9]，考察了三種復合助劑對煤基聚丙烯1102K產品性能的影響。

1　實驗部分

1.1主要原料與儀器

聚丙烯(PP)，牌號1102K，神華寧夏煤業集團煤炭化學工業分公司；復合助劑1#、2#和3#，市售。

混料機：RRM MINI Ⅱ，德國J.ENGELSMANN AG公司；雙螺桿擠出機：ZSK26K10.6，科倍隆(上海)有限公司；注塑機：BT80V-Ⅱ，博創機械股份有限公司；簡支梁沖擊儀：9050，CEAST公司；萬能材料試驗機：5966，美國Instron公司；熔體流動速率儀：MFI-2322，承德市金建檢測儀器有限公司；黃色指數儀：LabScan XE，美國HunterLab公司；差示掃描量熱儀：200F3，德國耐馳公司；熱重分析儀：209F3，德國耐馳公司。

1.2試樣的制備

聚丙烯1102K與不同復合助劑按一定比例在雙螺桿擠出機中進行熔融擠出造粒。擠出機各段溫度為185℃、190℃、195℃、200℃、200℃、195℃、190℃、190℃，螺桿轉速為500N/min～600N/min。并在相同條件下在同一擠出機上進行五次重復擠出加工。1#助劑對應造粒樣品記為PP1#，2#助劑對應造粒樣品記為PP2#，3#助劑對應造粒樣品記為PP3#。利用注射機注射成標準樣條，樣條恒溫20℃放置48h，拉伸與彎曲樣條直接測試，沖擊樣條銑缺口后測試。

1.3測試與表征

熔體質量流動速率(MFR)，按照GB/T 3682-2000測試，測試溫度為230℃，載荷為2.16kg；黃色指數，按照HG/T 3862-2006標準測試；拉伸性能，按照GB/T 1040.2-2006測試；簡支梁缺口沖擊強度，按照GB/T 1043.1-2008測試；差示掃描量熱法(DSC)，按照GB/T 19466.3-2004測試：在N2保護下，升、降溫速率均為20℃/min，記錄降溫與第二次升溫曲線。熱失重(TG)測試，在N2保護下，從40℃以10℃/min的速率升溫到600℃。

2　結果與討論

2.1不同復合助劑對聚丙烯力學性能的影響

添加不同復合助劑聚丙烯產品的力學性能的測試結果見表1。從表1中可以看出，三個樣品的拉伸性能、常溫沖擊性能和斷裂伸長率相接近，且均滿足聚丙烯1102K產品的質量要求。這表明三種復合助劑對聚丙烯力學性能的影響不大。

表1　添加不同復合助劑的聚丙烯1102K力學性能的測試結果

2.2多次擠出對聚丙烯抗熱氧老化性能的影響

在雙螺桿擠出機的高溫剪切力作用下，多次擠出造粒加速聚丙烯1102K熱氧老化，對比在不同復合助劑作用下1102K每次擠出后熔融指數和黃色指數性能的變化，考察復合助劑對1102K產品抗熱氧老化性能的影響。相同PP粉料加入助劑經多次擠出后，聚丙烯黃色指數和熔融指數的值越小則助劑的抗氧化效果越好。

從圖1(a)可以看出，經過五次擠出后，三個樣品的熔融指數均呈上升趨勢，其中樣品PP1#和PP2#每次擠出后的熔融指數較為接近，而樣品PP3#每次擠出后熔融指數則略低于前兩者。多次擠出后聚丙烯產品的黃色指數的變化趨勢如圖1(b)所示，經過五次擠出后，1#、2#和3#樣品黃色指數均發生了明顯變化，均隨著擠出次數增加而增大。三個樣品每次擠出后黃色指數大小相近。總體而言，三種復合助劑對聚丙烯的抗熱氧老化能力基本相當。

圖1　多次擠出對聚丙烯1102K熔融指數(a)和黃色指數(b)的影響

2.3不同復合助劑對聚丙烯灰分的影響

圖2　添加不同復合助劑的聚丙烯1102K產品的灰分

聚丙烯產品的灰分主要來源于聚合工藝的催化體系和后加工工藝的復合助劑，而復合助劑的灰分則主要來源于硬脂酸鈣。三個樣品灰分的多次平行測試結果如圖2所示。可以看出，添加3#復合助劑的樣品PP3#的灰分比PP1#和PP2#的灰分略低，大約為116mg/kg，樣品PP1#和PP2#的灰分在124mg/kg左右，三個樣品灰分的測試結果均滿足1102K產品質量的要求。這說明三種復合助劑中的硬脂酸鈣含量基本一致，滿足裝置生產需要。

2.4不同復合助劑對聚丙烯DSC性能的影響

表2是添加不同復合助劑后聚丙烯1102K產品的DSC測試結果。從中可知，三種復合助劑對1102K產品的DSC性能影響不大，其熔融峰溫度、熔融熱焓、結晶峰溫度和結晶熱焓的數值相差不大。這主要是由于三種復合助劑的成份和其在聚丙烯中的添加量一致。

表2　添加不同復合助劑聚丙烯1102K產品的DSC數據

2.5不同復合助劑對聚丙烯TG性能的影響

進一步研究了三種復合助劑對聚丙烯1102K產品熱失重性能的影響，結果如表3所示。三個樣品熱失重趨勢基本相同，其中T50%(樣品失重50%時的溫度)約在360℃左右。T5%和T90%的對應溫度略有不同，這主要可能是由于三種復合助劑中各組分的添加量不同而導致的。

表3　添加不同復合助劑聚丙烯1102K產品的TG數據

3　結論

(1)三種復合助劑對聚丙烯1102K力學性能的影響不大，其樣品的拉伸性能、常溫沖擊性能和斷裂伸長率相接近，均滿足聚丙烯1102K產品的質量要求。

(2)多次擠出對三個聚丙烯樣品的熔融指數和黃色指數的影響基本相同，其數值均隨著擠出次數增加而增大。添加了3#復合助劑的樣品PP3#的熔融指數略低于前兩者。三種復合助劑對聚丙烯的抗熱氧老化能力基本相當。

(3)三種復合助劑對聚丙烯的灰分和熱學性能影響不大，其測試結果均滿足裝置生產的要求。這主要是由于三種復合助劑的組分和添加量相同。

[1] 洪定一.聚丙烯—原理、工藝與技術[M].北京：中國石化出版社，2002.

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[9] 宋程鵬，田廣華，崔飛.聚丙烯l102K粉料用助劑配方的研究[J].石化技術，2014，21(1)：5-8.

Effect of Composite Additives on Product Performance of Coal-based Polypropylene 1102K

HU Lin1，LIAO Zhi-yong2，JIAO Qi1

(1 R&D and Training Center of Shenhua Ningxia Coal Group Coal Chemical Company，Yinchuan 750411，Ningxia，China；2 Shenhua Ningxia Coal Industry Group，Coal Chemical Industry Branch Company，Yinchuan 750411，Ningxia，China)

The effect of composite additives on mechanical properties，resistance to thermo-oxidation，ash content and thermal properties of coal-based polypropylene were investigated，respectively. The results showed that the basic properties and ash content of the polypropylene with the three composite additives were similar，which could meet the requirements of the industrial polypropylene 1102K. Three samples were extruded by multiple times，and the melt index of PP3# with the addition of 3# composite additive was slightly lower than that of the other two samples.

composite additives，polypropylene(PP)，product performance

TQ 325.1+4