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当聚合物高性能化辐照技术的研究

发布时间:2021-09-11 20:12:56 阅读: 来源:塑料模厂家

聚合物高性能化辐照技术的研究

摘 要

辐照加工是利用荷电粒子或电磁波使被辐照物发生物理、化学或生物变化的一种加工方法,在高分子材料领域已广泛应用于聚合物的接枝、交联、复合材料加工、单体的均聚和共聚等方面,可获得其它方法所无法得到的高性能和高纯度产品,具有高效、安全、节能、无污染的优点。在一些发达国家中,辐照加工早已迅速发展成为一种高新技术产业。用于聚合物改性的主要辐射源有:γ射线(Co60、Cs137)、β射线、α射线、电子束(电子加速器产生的高能电子)、紫外线、等离子体、微波等。其中较常用的有电子束、γ射线、紫外线、微波等。本课题组在徐僖教授指导下,针对不同的高分子材料开展了一系列的研我国塑料挤出机积极开拓新兴市场究工作,取得了良好的效果。

目前以聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)为主的聚烯烃世界年产量已高达7600万吨左右,占合成树脂及塑料总产量的47%。将现有聚烯烃材料进行共混、填充改性,使其在力学性能和热性能等方面能达到或超过某些工程塑料的指标,实现通用高分子材料的高性能化,是目前材料研究的重要方向之一。

对共混、填充材料性能起关键性作用的是体系的界面相容性,在改善聚烯烃与极性聚合物、无机填料相容性的诸多方法中反应性增容的效率最高,实现聚烯烃反应性增容的关键是引入反应性官能团。在目前已有方法中,通常采用的熔融接枝、溶液接枝、固相接枝方法均有工艺复杂,效率低,对环境污染严重,伴生大量均聚物等缺点,难以大规模推广。徐僖教授提出了辐照增容学术思想,采用电子束、γ射线、紫外线辐照聚烯烃,在其分子链上引入了含氧极性基团,增加了其与极性材料的相容性。经过长期研究,实现了辐照增容和聚烯烃材料的高性能化、功能化,同时使之具有较低的成本和较高的环境相容性。这是一种简便、高效的绿色加工技术,可望产业化,形成高性能聚烯烃材料生产线。

一、高强高韧聚烯烃材料的研制

HDPE在空气气氛或臭氧气氛中经γ射线、电子束、紫外线辐照,可在其分子链上引入含氧极性基团。采用Mg(OH)2、CaCO3、蛋白石(opal)、微晶白云母(muscovite)等多种填料填充辐照HDPE,体系的拉伸强度与冲击强度皆同时获得较大幅度提高(表1)。

* STC: 绢英粉,一种多功能矿物填料,由鳞片状绢云母[KAl2(AlSi3O10)(OH)2则不用先开动油泵送油]和天然微晶二氧化硅组成,该填料具有耐气候、耐化学腐蚀及高温热稳定性优良等特点。

HDPE经过辐照后,与无机粒子的界面作用增强,拉伸强度明显增加,随无机粒子含量增加,体系的缺口冲击强度急剧增加,出现脆韧转变。在室温冲击断口电子显微镜照片上可见无机粒子与树脂基体间界面粘结力得到显著改善,基体呈现出屈服后的撕裂特征。

二、辐照HDPE/PA6阻隔材料的研制

高密度聚乙烯(HDPE)树脂的价格低廉、耐冲击、耐腐蚀、耐环境应力开裂性能好,但容易被有机烃类溶剂溶胀,在盛装烃类物质时容易发生渗漏,不能适应产品对阻隔性的需要。尼龙(PA)是优质的工程塑料,耐油性极好,但是制造成本高、熔体粘度小、加工困难,因此一般将其与HDPE共混,以生产阻隔材料。由于HDPE、PA的极性差别很大,二者极不相容,必须设法提高共混体系的相容性。采用辐照增容方法可以提高HDPE/PA-6体系的相容性。经过辐照后,共混体系中PA6分散相的粒径显著变小,在基体中分散均匀,PA6与HDPE间界面模糊,共混体系的屈服强度提高,冲击强度的增加较显著,对甲苯等溶剂的渗漏有较强的阻隔作用,可用作阻隔材料。

三、改善PET纤维亲水性的研究

涤纶(PET)纤维是目前世界上产量最大的合成纤维,具有优良的综合性能,但由于亲水和抗静电性能差、拉伸强度低等问题使其应用受到一定限制。寻找一种高效、无污染的方法改善PET纤维的亲水、抗静电性能以及力学性能是人们迫切关心的问题,PET纤维高性能化的研究已成为材料科学与工程界的研究开发热点之一。我们采用电晕和紫外线辐照,在PET织物表面引入含氧基团,再与聚乙烯醇(PVA)作用,形成PET/PVA氢键络合物。通过硼酸或硼酸盐与PET/PVA氢键络合物反应,提高络合织物的耐洗性能,在基本不影响原有织物力学性能和手感的前提下,提高了络合织物的亲水和抗静电性能。

随织物表面氢键络合PVA量的增加,即亲水性-OH数量越大,静电半衰期减小,络合织物亲水性提高,抗静电性能提高。

四、采用辐照交联技术研制线性低密度聚乙烯泡沫塑料

采用辐照交联技术可制备线性低密度聚乙烯泡沫塑料,其特点是在常温下对线性低密度聚乙烯进行辐照交联,制得发泡倍率较高的泡沫塑料。今年1季度这种方法制得的辐照交联线性低密度聚乙烯泡沫塑料表面光滑,色泽洁白,微孔精细均匀,泡孔为闭孔结构,工艺简单、清洁、无污染,成本较低,制得的泡沫塑料具有优良的性能(表2),可用于包装、建筑、化工和日常生活等领域中。

(高分子材料工程国家重点实验室,四川大学高分子研究所,刘鹏波 徐依照“1015”计划 闻 范 萍)

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