水溶性抗氧剂在聚丙烯粉料中的抗降解研究

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“湿法”作为一种重要的热塑性复合材料的成型工艺方法近年来已经得到不断发展。但是,对于聚丙烯的湿法复合材料成型工艺,其发展却存在着一些困难。主要的原因在于湿法工艺的聚丙烯原料必须是粉料状态,而聚丙烯粉料由于没有加入抗氧剂,存在着容易热氧老化的问题。由于目前用于聚丙烯树脂的抗氧剂都是非水溶性的,因而在湿法工艺中,近期的研究只能使其以乳液的状态处于多相水性悬浮—乳液体系中,这使得湿法聚丙烯复合材料的制备过程比较复杂,存在着困难,并且需要消耗大量的有机溶剂,不利于实现工业化的生产。 本文提出了将水溶性抗氧剂应用于聚丙烯的复合材料的湿法研究,使得抗氧剂能溶解于湿法多相体系的水性介质中,从而提高抗氧剂的使用效率,并减少或避免因采用非水溶性抗氧剂而使得有机试剂的消耗量多、导致生产成本高的问题,进一步完善聚丙烯复合材料的湿法成型工艺方法。 作为实现上述目标的阶段性工作,对下列几方面进行了研究。首先,将聚丙烯粉料用不同热氧老化条件进行处理,获得不同分子量级分的聚丙烯粉料,然后,将这些不同分子量级分的聚丙烯粉料与未经热氧老化处理的聚丙烯粉料以不同的比例进行共混,对共混物的流变行为进行初步的研究,并对文献提出的共混流变学理论公式Vinogardov-Malkin公式的适应范围进行了验证。研究结果表明,Vinogardov-Malkin公式可以较为准确地预测不同分子量级分的聚丙烯粉料共混物的转矩,基本上适用于不同分子量级分的聚丙烯共混的流变学行为。 其次,研究水溶性抗氧剂Q及其配方体系在聚丙烯粉料抗降解上的应用。在HAAKERheocord300p转子转矩流变仪上,对聚丙烯粉料的水溶性抗氧剂各配方体系进行了流变学的表征,研究配方体系各组分对聚丙烯粉料抗降解性的影响,从而最终优化配方,获得具有良好抗降解性能的湿法工艺配方。 实验结果表明,助抗氧剂K对水溶性抗氧剂的配方具有一定的抗降解作用,并且对水性悬浮体系有分散作用,促进剂乙酸对水溶性抗氧剂具有促进抗降解效果的作用。然而,这些组分的单独使用,其效果都不甚显著,只有在合理的用量搭配下,才具有显著的协同作用,可使得聚丙烯粉料抗氧体系的抗降解效果大大提高。在适当的用量搭配下,经过热氧老化处理的聚丙烯粉料抗氧体系的抗降解能力甚至优于纯PP粉料。 在此基础上,本工作对聚丙烯粉料的水溶性抗氧剂配方体系的力学机械性能进行研究,进一步验证流变学评估的结果,并最终通过力学机械性能的测试,确定聚丙烯粉料水溶性抗氧剂各种配方体系的抗降解性能,获得具有良好抗降解性能的聚丙烯粉料的水溶性抗氧剂配方体系,为进一步将该工艺应用于工业生产中、解决聚丙烯粉料的热氧老化问题奠定基础。 实验结果表明,经过热氧老化处理的、加入水溶性抗氧剂Q的湿法抗降解聚丙烯粉料(w-PP粉料)试样与没有进行热氧老化处理的PP粉料试样具有相当的拉伸和弯曲性能,表明w-PP粉料具有优良的抗降解能力,在热氧老化处理过程中几乎不降解。w-PP粉料试样的拉伸屈服应力比没有进行热氧老化处理的PP粉料提高了5.73%,拉伸模量提高了21.3%,断裂伸长率提高了3.22%;其弯曲强度则提高了7.2%,弯曲模量提高了38.1%。在同样的热氧老化条件下,与常用抗氧剂A的湿法抗降解聚丙烯粉料试样相比较,加入水溶性抗氧剂Q的试样与加入抗氧剂A的试样的拉伸性能相当;而且,加入水溶性抗氧剂Q试样的弯曲模量和弯曲强度还高于加入抗氧剂A的试样。
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