2种抗氧体系对聚丙烯产品性能的影响

宋程鹏　田广华　宋美丽　方伟　崔飞

(1.神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司研发中心，宁夏 银川,750411; 2.宁夏回族自治区审计厅，宁夏 银川, 750011)

分析测试

2种抗氧体系对聚丙烯产品性能的影响

宋程鹏1田广华1宋美丽1方伟1崔飞2

(1.神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司研发中心，宁夏 银川,750411; 2.宁夏回族自治区审计厅，宁夏 银川, 750011)

摘要：通过转矩流变仪和力学性能测试分析了FS042和1010 2种抗氧体系对聚丙烯(PP)熔体流动速率、黄色指数、氧化诱导期、力学性能和灰分的影响。结果表明:FS042抗氧体系的抗流动性变化能力和抗黄变能力均优于1010抗氧体系的，而1010抗氧体系的初期抗黄变效果更好、氧化诱导期更长。2种抗氧体系对产品的力学性能和灰分影响不大。

关键词：聚丙烯抗氧体系力学性能

神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司(简称神宁公司)聚丙烯(PP)装置以煤为原料，采用Novolen气相法，设计能力500 kt/a。该PP装置包含2条生产线：一线串联生产均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物；二线并联生产均聚物和无规共聚物。自2014年初投产以来，已生产纤维级PP1101S近5 kt，产品主要用于纤维、无纺布等。

抗氧剂能从结构上抑制聚丙烯的老化，使产品性能大大提高，经久耐用。目前，国内PP装置常用的抗氧剂主要有1010,1076,3114,B2015,FS042等。其中，FS042是一种新型的抗氧剂，1010是最常用的抗氧剂[1]。下面研究FS042和1010这2种抗氧剂对神宁公司PP装置生产的纤维级PP 1101S的影响。

1试验部分

1.1主要原料及仪器设备

PP,1101S粉料，神宁公司;抗氧剂1010，上海金海雅宝公司；抗氧剂FS042，营口风光化工有限公司；卤素吸收剂,硬脂酸钙，辽宁鼎际得公司。

MFI-2322熔体流动速率仪，承德金建检测仪器有限公司；Sdtga100马弗炉，上海一恒科学仪器有限公司；XE型黄色指数仪，美国Huntlab公司；5966型万能材料试验机，9050冲击试验机，均为美国Instron公司；200F3型差示扫描量热仪，德国耐驰公司；PolyLab OS转矩流变仪，德国HAAKE公司。

1.2测试标准

熔体流动速率(MFR)按GB/T 3682—2000测试，拉伸性能按GB/T 1040.2—2006测试，灰分按GB 9345.1—2008测试，黄色指数按HG/T 3862—2006测试，缺口冲击强度按GB/T 1043.1—2008测试，氧化诱导期按GB/T 19466—2004测试。

1.3测试方法

多次挤出：利用HAAKE转矩流变仪，在200 ℃下熔融，在转速200 r/min下挤出造粒。

2结果与讨论

2.1 抗氧剂对PP热稳定性的影响

2.1.1 抗氧剂对PP的MFR影响

表1是抗氧剂对PP的MFR影响。

表1　抗氧剂对PP的MFR影响

从表1可以看出，经过多次挤出后，抗氧剂FS042配方样品的抗流动性变化能力优于抗氧剂1010配方样品的。

2.1.2抗氧剂对PP黄色指数的影响

一般来讲，PP样品在氧化过程中会泛黄，其主要原因是在老化过程中会形成大量的双键、大π键、氢过氧化物等，再进一步形成大量的羰基和羟基，从而使产品泛黄。抗氧剂的作用就是抑制羟基、羰基的形成，因此黄色指数是反应抗氧剂性能的一个较为直接的指标。

表2是抗氧剂对PP黄色指数的影响。

表2　抗氧剂对PP黄色指数的影响

从表2可以看出，经过多次挤出后，使用不同抗氧剂的样品颜色均发生了明显变化，FS042首次挤出黄色指数为5.72,末次挤出黄色指数为14.25，差值为8.53；而1010的首、末次挤出黄色指数差值为9.90，说明FS042配方的黄变程度比1010的稍好。只是在最开始，1010配方对黄变的抑制能力要好于FS042配方的，这是因为1010抗氧体系中主辅抗氧剂的用量是FS042主辅抗氧剂用量的2倍所致。

2.1.3 抗氧剂对氧化诱导期的影响

氧化诱导期是评价树脂在一定温度和气体氛围条件下，试样中的抗氧化稳定体系抑制其氧化的时间。氧化诱导时间是评价材料稳定水平的一种手段。

FS042配方样品的氧化诱导期为1.0 min，1010配方样品的氧化诱导期为2.5 min，1010配方样品的氧化诱导期更长，说明1010配方样品的热稳定性好于FS042配方样品的。

2.2 抗氧剂对PP基础物理性能的影响

2.2.1 抗氧剂对PP力学性能的影响

表3是抗氧剂对PP力学性能影响。

表3　抗氧剂对PP力学性能影响

从表3可以看出，FS042配方样品的拉伸强度稍大，而1010配方样品的拉伸模量、弯曲模量以及缺口冲击强度均稍高一些。总体而言，2个样品的力学性能相差不大，对下游加工厂家的加工条件影响不大。

2.2.2 抗氧剂对灰分的影响

灰分是材料中的杂质，灰分的多少直接影响到材料的品质好坏。灰分偏高，原料易发黄，耐老化性能差；灰分中的有些成分对下游加工设备易造成腐蚀，滤网和喷丝板容易堵塞，增加更换的频率，直接影响到加工和使用。因此原材料灰分含量的多少也是产品质量好坏的重要指标之一。对于纤维的加工应用，灰分指标应控制在200 μg/g以内。经过测试，FS042配方的灰分值为176 μg/g,1010配方的灰分值为149 μg/g。

2个样品的灰分值均在200μg/g以下，都能够满足纤维使用的要求，但是1010配方的灰分值更低，更有利于纤维制品的生产。

3工业应用

纤维级PP 1101S产品主要用于无纺布、丙纶短纤、地毯纱丝的生产，用户普遍认为，1010作为主抗氧剂时，产品的熔体流动性、稳定性好，热氧稳定时间长，但是制品颜色的稳定性差；FS042作为主抗氧剂时，产品具有熔体流动性好、可纺性好、光泽度高，制品颜色稳定性好，长时间放置不会变色。

另外，同样生产1 t PP，采用1010抗氧体系比FS042体系可以节约成本25.7元。从经济成本来看，1010抗氧体系更具优越性。

4结论

a)FS042抗氧体系的抗流动性变化能力和抗黄变能力均优于1010抗氧体系的。而1010抗氧体系的热氧稳定性以及初始抗黄变效果要好于FS042抗氧体系的。

b)2种抗氧体系样品的力学性能及灰分值相差不大，对下游客户的加工条件没有影响。

c)从经济成本来看，1010抗氧体系更具优越性。

参考文献

[1]李志强,许普,李秀洁，等.聚丙烯抗氧剂体系抗热氧化性能的研究[J].石油化工,2005(34):658-660.

Effects of Two Antioxidant Systems on Properties of PP Product

Song Chengpeng1Tian Guanghua1Song Meili1Fang Wei1Cui Fei2

(1.R&D Center of SNCC Coal Chemical Industry Company,Ningxia, Yinchuan,750411; 2.Audit Department of Ningxia, Hui Autonomous Region,Ningxia Yinchuan,750011)

Abstract：The effects of antioxidant systems of FS042 and 1010 on melt flow rate, the yellow index, oxidation induced time, mechanical properties and ash of polypropylene(PP) were analyzed by torque rheometer and mechanical property test. The results show that the antioxidant ability and resistance to yellow changing of PP in FS042 antioxidant system are better than those of PP in 1010 antioxidant system, but at initial stage resistance to yellow changing and oxidation induced time of PP in 1010 antioxidant system are favorable. Two antioxidant systems have no difference for mechanical properties and ash of PP product.

Key words：polypropylene;antioxidant system; mechanical properties

收稿日期：2015-01-27;修改稿收到日期:2015-08-15。

作者简介：宋程鹏(1985—)，女，硕士，主要从事塑料研究和市场推广应用工作。E-mail：songchengpeng@nxmy.com。

DOI:10.3969/j.issn.1004-3055.2016.02.013