不同复合助剂对煤基聚丙烯1102K产品性能的影响

胡　琳，廖志勇，焦　旗

(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 神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司 烯烃公司，宁夏银川 750411)



不同复合助剂对煤基聚丙烯1102K产品性能的影响

胡琳1，廖志勇2，焦旗1

(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 神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司 烯烃公司，宁夏银川 750411)

研究了三种复合助剂对煤基聚丙烯1102K产品的力学性能、抗热氧老化性能、灰分和热学性能的影响。结果表明：三种复合助剂对1102K产品的力学、热学性能和灰分的影响不大，均满足1102K产品的质量要求。样品经多次挤出后，添加3#复合助剂的样品PP3#的熔融指数略低于其他两个样品。

复合助剂，聚丙烯，产品性能

聚丙烯是当今世界应用最为广泛的热塑性树脂之一，主要用于婴幼儿和妇女卫生用品、家用电器、家庭日用品、冷热水输送水管道、食品饮料包装和医疗卫生等领域[1]。但是，其在拉伸、弯曲、热变形温度和成型加工等方面存在一定的缺陷，这就需要添加不同的改性助剂来改善和提高聚丙烯的力学性能、耐热性、透明性、表面光泽性，提高制品加工生产效率等。复合助剂是将几种具有某种同样功能或不同功能的塑料添加剂，及辅助添加剂按一定比例配合而成，最终以母料形式出现。这可以发挥不同品种之间的协同效应，且有助于性能的互补，因此具有较好的综合性能，且省去配料的麻烦[2-4]。目前，添加复合助剂改性聚丙烯性能已经成为当前塑料改性研究的热点[5-7]。

本实验在前期工作的基础上[8-9]，考察了三种复合助剂对煤基聚丙烯1102K产品性能的影响。

1　实验部分

1.1主要原料与仪器

聚丙烯(PP)，牌号1102K，神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司；复合助剂1#、2#和3#，市售。

混料机：RRM MINI Ⅱ，德国J.ENGELSMANN AG公司；双螺杆挤出机：ZSK26K10.6，科倍隆(上海)有限公司；注塑机：BT80V-Ⅱ，博创机械股份有限公司；简支梁冲击仪：9050，CEAST公司；万能材料试验机：5966，美国Instron公司；熔体流动速率仪：MFI-2322，承德市金建检测仪器有限公司；黄色指数仪：LabScan XE，美国HunterLab公司；差示扫描量热仪：200F3，德国耐驰公司；热重分析仪：209F3，德国耐驰公司。

1.2试样的制备

聚丙烯1102K与不同复合助剂按一定比例在双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒。挤出机各段温度为185℃、190℃、195℃、200℃、200℃、195℃、190℃、190℃，螺杆转速为500N/min～600N/min。并在相同条件下在同一挤出机上进行五次重复挤出加工。1#助剂对应造粒样品记为PP1#，2#助剂对应造粒样品记为PP2#，3#助剂对应造粒样品记为PP3#。利用注射机注射成标准样条，样条恒温20℃放置48h，拉伸与弯曲样条直接测试，冲击样条铣缺口后测试。

1.3测试与表征

熔体质量流动速率(MFR)，按照GB/T 3682-2000测试，测试温度为230℃，载荷为2.16kg；黄色指数，按照HG/T 3862-2006标准测试；拉伸性能，按照GB/T 1040.2-2006测试；简支梁缺口冲击强度，按照GB/T 1043.1-2008测试；差示扫描量热法(DSC)，按照GB/T 19466.3-2004测试：在N2保护下，升、降温速率均为20℃/min，记录降温与第二次升温曲线。热失重(TG)测试，在N2保护下，从40℃以10℃/min的速率升温到600℃。

2　结果与讨论

2.1不同复合助剂对聚丙烯力学性能的影响

添加不同复合助剂聚丙烯产品的力学性能的测试结果见表1。从表1中可以看出，三个样品的拉伸性能、常温冲击性能和断裂伸长率相接近，且均满足聚丙烯1102K产品的质量要求。这表明三种复合助剂对聚丙烯力学性能的影响不大。

表1　添加不同复合助剂的聚丙烯1102K力学性能的测试结果

2.2多次挤出对聚丙烯抗热氧老化性能的影响

在双螺杆挤出机的高温剪切力作用下，多次挤出造粒加速聚丙烯1102K热氧老化，对比在不同复合助剂作用下1102K每次挤出后熔融指数和黄色指数性能的变化，考察复合助剂对1102K产品抗热氧老化性能的影响。相同PP粉料加入助剂经多次挤出后，聚丙烯黄色指数和熔融指数的值越小则助剂的抗氧化效果越好。

从图1(a)可以看出，经过五次挤出后，三个样品的熔融指数均呈上升趋势，其中样品PP1#和PP2#每次挤出后的熔融指数较为接近，而样品PP3#每次挤出后熔融指数则略低于前两者。多次挤出后聚丙烯产品的黄色指数的变化趋势如图1(b)所示，经过五次挤出后，1#、2#和3#样品黄色指数均发生了明显变化，均随着挤出次数增加而增大。三个样品每次挤出后黄色指数大小相近。总体而言，三种复合助剂对聚丙烯的抗热氧老化能力基本相当。

图1　多次挤出对聚丙烯1102K熔融指数(a)和黄色指数(b)的影响

2.3不同复合助剂对聚丙烯灰分的影响

图2　添加不同复合助剂的聚丙烯1102K产品的灰分

聚丙烯产品的灰分主要来源于聚合工艺的催化体系和后加工工艺的复合助剂，而复合助剂的灰分则主要来源于硬脂酸钙。三个样品灰分的多次平行测试结果如图2所示。可以看出，添加3#复合助剂的样品PP3#的灰分比PP1#和PP2#的灰分略低，大约为116mg/kg，样品PP1#和PP2#的灰分在124mg/kg左右，三个样品灰分的测试结果均满足1102K产品质量的要求。这说明三种复合助剂中的硬脂酸钙含量基本一致，满足装置生产需要。

2.4不同复合助剂对聚丙烯DSC性能的影响

表2是添加不同复合助剂后聚丙烯1102K产品的DSC测试结果。从中可知，三种复合助剂对1102K产品的DSC性能影响不大，其熔融峰温度、熔融热焓、结晶峰温度和结晶热焓的数值相差不大。这主要是由于三种复合助剂的成份和其在聚丙烯中的添加量一致。

表2　添加不同复合助剂聚丙烯1102K产品的DSC数据

2.5不同复合助剂对聚丙烯TG性能的影响

进一步研究了三种复合助剂对聚丙烯1102K产品热失重性能的影响，结果如表3所示。三个样品热失重趋势基本相同，其中T50%(样品失重50%时的温度)约在360℃左右。T5%和T90%的对应温度略有不同，这主要可能是由于三种复合助剂中各组分的添加量不同而导致的。

表3　添加不同复合助剂聚丙烯1102K产品的TG数据

3　结论

(1)三种复合助剂对聚丙烯1102K力学性能的影响不大，其样品的拉伸性能、常温冲击性能和断裂伸长率相接近，均满足聚丙烯1102K产品的质量要求。

(2)多次挤出对三个聚丙烯样品的熔融指数和黄色指数的影响基本相同，其数值均随着挤出次数增加而增大。添加了3#复合助剂的样品PP3#的熔融指数略低于前两者。三种复合助剂对聚丙烯的抗热氧老化能力基本相当。

(3)三种复合助剂对聚丙烯的灰分和热学性能影响不大，其测试结果均满足装置生产的要求。这主要是由于三种复合助剂的组分和添加量相同。

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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