聚丙烯发泡材料研究最新进展

http://www.iianews.com 2007年06月29日

　　泡沫塑料是塑料中含有大量气孔的材料，与未发泡塑料制品相比，它具有质量轻、成本低、导热率小比强度高、隔音、能吸收大量冲击能量等优点，广泛应用于包装、运输、汽车、保温、建筑等材料。在一些工业发达国家，发泡塑料的生产已经成为一种重要的工业行业。
　　常见的泡沫塑料主要包括聚氨酯（PU）、聚苯乙烯（PS）和聚烯烃三大类。其中聚苯乙烯发泡制品难降解、回收困难，是世界公认的“白色污染”，联合国环保组织已于2005年宣布在全世界范围内停止它的生产和使用。而以聚氨酯为材料的发泡塑料，由于在发泡过程中会产生有毒的异氰酸酯残留物、不能回收，也限制了它的发展。相对而言，聚烯烃尤其是聚丙烯发泡塑料存在很多优点，比如其具有优良的耐热性（最高使用温度可达130℃），常温下较高的韧性拉伸强度和冲击强度，优异的耐微波性和可降解性以及从挤出发泡到热成型总的加工成本低于发泡PP等，引起了人们的高度重视。作为发泡PS的优良替代品，在日本、美国、德国等世界发达国家得到了大力发展。
　　然而，与非结晶的PS相比，结晶PP的发泡温度范围窄，发泡难度大。在熔点以下，体系黏度大，气泡难以生成，而在熔点以上，体系黏度迅速下降，熔体强度低，导致气体在体系中逃逸难以形成封闭的气泡。同时，在冷却阶段，由于PP结晶放热量大，体系黏度变低，使得形成的气泡可能进一步被破坏。
　　人们采用了各种方法来改进PP的这种缺点，所有的方法都具有相同的目的，即提高体系在发泡时的熔体强度。目前主要采用的方法有：直接使用高熔体强度PP、化学交联和接枝、共混改性。
　　1.基于高熔体强度聚丙烯树脂的研究
　　使聚丙烯具有良好的发泡性能最直接也是最简单的方法就是采用高熔体强度的支化PP 树脂（HMSPP）作为发泡材料或主要组分。支化PP树脂具有比普通PP更高的熔体强度，它最先由比利时的Montell 公司开发出来并实现工业化，该公司生产的Pro-faxPF-814树脂具有比普通线性PP高出9倍的熔体强度（与普通PP的性能对比见表１）。此后，其它一些国家和公司（如韩国的三星综合化学公司、Chisso America等）也相继开发出了大量的HMSPP产品，目前已在这些地区广泛应用。郦华兴等对国外PP材料挤出发泡的研究进行了报道。对比了线性PP和支化PP的挤出物理发泡性能。在相同的实验条件下，两种材料的发泡特性体现出巨大的差异：线性PP发泡时，即使采用水急冷，气泡的开孔率仍然很高，且泡孔彼此相连，而支化PP的气泡合并现象很少。由此可见熔体强度对发泡性能的影响十分明显。
　　表1 高熔体强度PP与普通PP的主要性能比较
　　性能测试方法 Pro-faxPF-814 普通线性PP
　　熔体流动指数，g/10min ASTM D1238 2 3
　　密度，g/cm3 ASTM D1505/792 0.91 0.90
　　拉伸屈服强度， MPa ASTM D538 40 37
　　弯曲模量，MPa ASTM D6908 2206 1700
　　缺口冲击强度（23℃）， J/m ASTM D256 27 64
　　热变形温度（0.45MPa），℃ ASTM D648 135 110
　　熔点，℃ DSC 168 157
　　除了直接采用高熔体强度的PP外，为降低成本，可以利用其对普通PP进行共混改性，以达到增加体系熔体强度的目的。刘振龙等以质量分数为10%~15%HMSPP分别与均聚和共聚PP进行共混。采用均聚PP为树脂基体的材料具有较高的刚性，但是发泡倍率以及材料韧性不及以共聚PP体系，这主要是均聚PP较高的结晶度决定的。当在以 HMSPP/均聚PP体系中加入第三组分弹性体乙烯辛烯共聚物（POE）后，可以增加发泡倍率，改善发泡材料的韧性。此外，文章对三种不同的化学发泡剂的发泡效果进行了对比，它分别是HP-20P、EP1755和RA。其中HP-20PEP1755为吸热型发泡剂，一旦受热停止，发泡剂就会停止分解，材料的形态体现为较小的泡孔。而RA属于放热型发泡剂，在没有吸热的情况下仍可能继续分解，导致气泡孔径的增大。

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