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在歐美等發(fā)達國家，聚合物基發(fā)泡材料的年消耗量約占聚合物總消耗量的10%，并且以每年20%的速度增長。聚合物發(fā)泡材料具有密度小、比強度高、良好的隔熱保溫性以及節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。聚合物發(fā)泡材料的應用從建筑、汽車到各種家庭生活用品，再到食品包裝等各個領域，與我們的生活息息相關。回復“發(fā)泡”，可查看更多
一、聚丙烯，發(fā)泡材料的遲來者
在過去的50多年，聚合物基發(fā)泡材料市場主要由無定型聚合物，比如聚氨酯（PU），聚苯乙烯（PS），聚氯乙烯（PVC）等主導。聚丙烯是聚合物發(fā)泡材料市場的一個遲來者，這主要是由其微觀分子結(jié)構(gòu)中線性半結(jié)晶結(jié)構(gòu)所決定，這種結(jié)構(gòu)的聚合物在熔融發(fā)泡過程中缺少獲得均勻、可控泡孔結(jié)構(gòu)應有的拉伸流變性能。
為了解決PP的發(fā)泡問題，必須改善PP的熔體強度。
圖1. 高熔體強度PP在汽車中的應用領域
如上圖，高熔體強度PP的應用領域有一次性快餐盒，汽車零部件如：車門減震板、遮陽板、工具盒隔熱板等。
二、制備高熔體強度聚丙烯的4種方法
目前主要有下列4種方法，即采用高熔體強度PP(HMSPP)、PP部分交聯(lián)、PP共混改性、PP/無機物復合材料。回復“PP”查看更多
1、采用HMSPP
分子中含有支鏈結(jié)構(gòu)的PP即為HMSPP。HMSPP的熔體強度一般是普通PP的1.5-15倍。長支鏈結(jié)構(gòu)改變了普通PP所具有的應變軟化的特征，改善了PP在加工過程中的缺陷。采用HMSPP進行發(fā)泡成型研究，發(fā)現(xiàn)HMSPP可以有效阻止氣體流失，減少泡孔合并，提高PP泡沫塑料的體積膨脹率。
圖2. HMSPP的熔體粘度隨溫度的變化比線性PP容易控制
進行擠出發(fā)泡時，HMSPP所得制品與線性PP相比，泡孔密度小，泡孔合并現(xiàn)象少。用不同分子量的馬來酸酐對PP進行接枝然后進行后處理，發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)，PP的分子量越高，接枝后PP的熱穩(wěn)定性越好，熔體強度提高。
由于具有支鏈結(jié)構(gòu)的HMSPP的熔體強度高，在發(fā)泡過程中泡孔不易合并或塌陷，開孔率低，泡孔結(jié)構(gòu)好，因此對其開發(fā)利用具有很大意義。
2、PP部分交聯(lián)
交聯(lián)就是高分子鏈之間通過支鏈連結(jié)成一個三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。PP經(jīng)過適當交聯(lián)之后，熔體強度會有顯著提高，交聯(lián)的方法有輻射交聯(lián)和化學交聯(lián)兩種。
3、PP共混改性
PP與其它聚合物共混改性可以獲得良好的發(fā)泡性能，此技術受到了足夠重視，發(fā)展很快，是當今研究的熱點。
圖3：發(fā)泡PP強力夾
4、PP/無機物復合材料
PP與無機物共混后，其熔體強度提高。回復“PP”查看更多
三、HMSPP的具體方法
在線性聚丙烯中加入HMSPP是提高聚丙烯材料發(fā)泡性能最簡單的方法。
HMSPP具有長鏈支化結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)材料的加入能夠明顯提高線性聚丙烯材料的流變性能，為制備微發(fā)泡聚丙烯材料提供了可能。聚丙烯發(fā)泡材料具有較寬范圍的機械性能、熱穩(wěn)定性以及化學穩(wěn)定性等傳統(tǒng)發(fā)泡材料所不具備的優(yōu)勢。因此，聚丙烯發(fā)泡材料具有非常廣闊的應用前景。
圖3. 高熔體強度PP的制備方法
如上圖，HMSPP的分子設計主要體現(xiàn)在三個方面：
1.提高重均分子量與加寬分子量分布的摻混法。
2.導入長支化結(jié)構(gòu)的柱式反應器法（電子束輻照、過氧化物處理、反應擠出）及內(nèi)反應器聚合法（直接共聚、大分子化）。
3.交聯(lián)法。
其中反應擠出即通過螺桿擠出機將聚丙烯與反應性單體熔融接枝來制備HMSPP。該方法由于其操作簡便經(jīng)濟 , 適合工業(yè)化生產(chǎn)而成為目前采用的主要方法之一。
四、全球HMSPP生產(chǎn)技術現(xiàn)狀
目前，這種長鏈支化結(jié)構(gòu)的HMSPP生產(chǎn)技術被國際上少數(shù)幾家大公司所壟斷，售價較高，而我國在這方面無論研究還是生產(chǎn)均存在加大差距。因此，研制一種性能優(yōu)異、外觀良好的國產(chǎn)化的HMSPP已成為當務之急。回復“PP”查看更多
來源：相容化技術論壇佳易容
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