聚烯烃改性技术:马来酸酐接枝聚烯烃的制备、原理及应用

财富   2025-01-01 11:01   上海  

聚烯烃(PO,polyolefin)是一种具有优异综合性能的通用塑料,广泛应用于汽车、电器、包装等领域。但由于聚烯烃是非极性聚合物,与极性聚合物(尼龙、聚乳酸等)、极性填料(玻纤、碳纤等)不相容。马来酸酐接枝聚烯烃是生产改性聚烯烃产品的常用相容剂,可以单独制备成相容剂母粒用于下游改性聚烯烃塑性材料的生产。

什么是马来酸酐接枝聚烯烃?

马来酸酐接枝聚烯烃母粒常规的生产方法为熔融接枝工艺。其反应原理为将聚烯烃树脂、马来酸酐、自由基引发剂、抗氧剂等加入到双螺杆挤出机中,通过前段双螺杆的旋转的剪切作用及加热装置的加热作用,将树脂熔融塑化并将各助剂分散;在螺杆的中后半段将物料全部熔融均化后进行接枝,最后进行挤出造粒,得到马来酸酐接枝聚烯烃母粒产品。

分类

马来酸酐接枝型相容剂主要有以下几种:
1. 马来酸酐接枝ABS(ABS-g-MAH)
2. 马来酸酐接枝PE(PE-g-MAH)
3. 马来酸酐接枝PP(PP-g-MAH)
4. 马来酸酐接枝PS(SMA)
5. 马来酸酐接枝POE(POE-G-MAH)
6. 马来酸酐接枝EVA(EVA-G-MAH)

原理

化学反应原理主要包括以下几个方面:
自由基引发接枝:在接枝过程中,通常使用有机过氧化物作为引发剂,在高温条件下分解产生自由基。这些自由基能够攻击聚烯烃的碳氢链,形成聚烯烃自由基。聚烯烃自由基进一步与马来酸酐单体发生反应,形成接枝共聚物。
酸酐基团的反应活性:马来酸酐的酸酐基团(-CO-O-CO-)在高温和螺杆剪切的作用下,能够与聚烯烃中的极性基团(如-NH2、-OH)发生脱水反应,形成化学键。这种化学键合使得不相容的极性和非极性物质能够进行化学偶联。
接枝反应的复杂性:聚烯烃接枝马来酸酐的反应机理较为复杂,并伴随有副反应,如聚乙烯的交联、聚丙烯的降解等。为了抑制这些副反应,可以加入一些含N、P、S原子的电子给体化合物,如二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)。
影响因素:影响聚烯烃接枝马来酸酐反应的因素包括引发剂品种和浓度、单体质量浓度、添加剂品种和浓度、反应温度以及反应时间等。例如,引发剂DCP(过氧化二异丙苯)的浓度增加可以提高接枝率,但过量的DCP会导致交联反应。
接枝率与性能的关系:接枝率、接枝位置及结构等因素密切影响接枝产物的性能,因此对接枝物的表征非常重要。接枝率的测定可以通过化学滴定法和红外光谱法等方法进行。

应用

增强相容性:马来酸酐接枝聚烯烃具有极性基团,可以与非极性的聚烯烃链段形成化学键合,从而提高不同聚合物之间的相容性。这使得它们在塑料改性中广泛应用,尤其是在聚烯烃与其他聚合物(如聚酰胺PA、聚碳酸酯PC等)的合金中。

改善物理性能:接枝后的聚烯烃在强度和韧性方面表现出良好的平衡,适用于制造包装薄膜、管道粘接材料以及电线电缆母料等。
作为偶联剂:马来酸酐接枝聚烯烃还可以作为填料与聚合物之间的偶联剂,改善聚合物与填料的结合效果,增强复合材料的性能。
应用于工程塑料:在工程塑料的改性中,马来酸酐接枝聚烯烃能有效提高材料的加工性和性能,广泛应用于木塑复合材料、色母粒载体树脂等领域。
通过这些应用,马来酸酐接枝聚烯烃在塑料工业中发挥着重要作用,促进了材料性能的提升和多样化。
素材来源 | 如如原料
技术顾问 | 王文盛博士
文章审核 | 江爱群
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