高熔体强度PP特性、应用大解析

中石化:高熔体强度PP特性、应用大解析

 

在过去的50多年中,无定型聚合物如聚氨酯(PU),聚苯乙烯(PS),聚氯乙烯(PVC)等纷纷被应用于发泡领域。PP是五大通用塑料之一,其用量仅次于PE。材料工程师们不禁会想:普通PP能不能发泡呢?

 

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答案是否定的。原因请往下看:

/张师军,中石化北京化工研究院 

、为什么需要高熔体强度PP?

PP的微观结构为线性半结晶结构,这种结构的聚合物在熔融发泡过程中缺少获得均匀、可控泡孔结构应有的拉伸流变性能。换句话说,PP的熔体粘度随温度的变化不稳定,5℃的温差可能会带来其熔体粘度不可控的变化。另外,PP的熔体强度较小,发泡倍率受限。

在塑料发泡过程中,要求泡孔不破,发泡倍率大;在热成型过程中,要求型坯不变形;在吹膜过程中,要求膜泡不下垂。PP(聚丙烯)由于熔体强度低,因而在这三大应用领域受限!

1. 如何提高PP的熔体强度?

在此背景下HMSPP(高熔体强度PP)应运而生。近年来,中石化镇海炼化公司与北京化工研究院合作开发,生产出的牌号为HMS20Z及E02ES的高熔体强度PP能够解决普通PP难以发泡的问题。下面我们以HMS20Z为例,谈谈高熔体强度PP的特点和应用领域。

与普通PP相比,HMSPP熔体强度明显提高。那材料工程师们是如何提高PP的熔体强度?从分子层面上来看,主要有三种方法:

1)提高分子量;

2)加宽分子量分布;

3)增加长支链结构。

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中石化均聚型高熔体强度PP(HMS 20Z)、进口HMS PP、普通PP的熔体强度比较

由上图表可知,熔体强度大小为:中石化均聚型高熔体强度PP(HMS 20Z)>进口HMS PP >普通PP。

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中石化均聚型高熔体强度PP(HMS 20Z)和普通PP 的重均分子量分布比较

相比普通PP,中石化的HMS 20Z分子量分布更宽。

2.HMSPP(高熔体粘度PP)的制备方法有哪些?

1)高能射线辐照法;

2)反应挤出法;

3)共混法;

4)聚合法。

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中石化高熔体强度PP制备工艺流程

以上装置可实现不同反应器间催化剂性能的灵活调整,可进行多个系列高性能聚丙烯产品的生产。

3.高熔体强度PP的国内发展状况

目前,国内主要采用辐照接枝、反应挤出和共混法制备而成。

国内主要研究机构:北京化工研究院、中科院化学所、华东理工大学、华南理工大学、中科院长春应化所、青岛大学、浙江大学等。

二、HMSPP的主要应用领域

1.PP泡沫塑料

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挤出制备发泡聚丙烯工艺

1) HMSPP应用于泡沫塑料的优点

◆ 优异的抗震吸能性(缓冲性能);

◆ 优异的耐热性、热绝缘性和在低温下的运输性;

◆ 表面保护(半硬质,保持了一定的强度、韧性和塑性,能对运输产品提供更好的表面保护);

◆ 耐油、耐化学品性好;

◆ 可回收利用及易于降解—“绿色”泡沫。

2)应用实例

缓冲包装、食品包装、热绝缘、汽车、建筑、体育休闲和工业应用中。

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汽车保险杠,艾邦高分子拍摄于无锡会通新材料有限公司

2.PP热成型产品

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HMSPP的热成型产品透明性极佳

HMSPP的热成型产品有:

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包装材料:食品托盘、饭盒、水杯、微波炉容器等;

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大型容器及壳体:储罐、浴缸、家电内胆等;

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汽车用品:汽车顶棚、汽车仪表板、汽车支架、座椅等。

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连续进料式的设备流程图,1-片料卷;2-加热器;3-模具;4-切边;5-废片料;6-制品。

3.挤出板材

HMSPP挤出板材具有质轻、厚度均匀、表面光滑平整、耐热性好、机械强度高、优良的化学稳定性和电绝缘性、无毒等特征,使用温度可达100℃。

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HMSPP挤出板材

HMSPP板广泛应用于化工容器、机械、电子、电器、食品包装、医药、装潢和水处理等领域。

4.中空吹塑成型

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HMSPP材质的中空吹塑瓶

HMSPP具有较高的熔体强度和牵伸比。在吹塑成型中,无论是膜制品,还是大型中空制品,具有较宽的加工窗口,且在拉伸吹塑过程中制品不宜发生破裂,形状保持良好。

5.吹膜

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PP膜

HMSPP吹膜具有以下优点:

1)挺度高;

2)良好的耐温性;

3)光泽度高;

4)优良的印刷性能。

三、国外HMSPP

主要的商品化牌号

Lyondellbasell公司Himont、Montell):主要牌号有RS1684、ProfaxPF-611、PF-613、SD-613等;

Borealis公司:1996年开发PP长链支化技术,产品有Daploy系列产品,如WB130HMS、WB135HMS、WB140HMS、WB180HMS、WB260HMS和SF203HMS等;

Honam石化:SEP-550、SEP-740、SEP-750;

日本Chisso公司:Newstren系列产品用于大型吹塑制品,Newfoamer用于发泡制品;

Dow化学:Inspire系列HMS产品用于吹膜、片材、异型材;

Samsung化学公司:HMS200F、HM200S、BM200和RM200X等;

其他公司:ExxonMobil、Rexene公司、Quantum化学、阿克苏诺贝尔公司、Hunts-man等。