Введение в шесть методов модификации полиэтилена

Полиэтиленовая (ПЭ) смола представляет собой полимер, образующийся в результате полимеризации мономеров этилена.Молекула ПЭ представляет собой типичный кристаллический полимер с длинной линейной или разветвленной цепной структурой.В твердом состоянии сосуществуют кристаллическая и аморфная части.Кристалличность варьируется в зависимости от обработки и условий обработки.Обычно чем выше плотность, тем выше кристалличность.Кристалличность ПЭВД обычно составляет от 55% до 65%, а у ПЭВП - от 80% до 90%.Полиэтилен имеет отличные характеристики механической обработки, но его поверхность инертна и неполярна, что приводит к плохим печатным свойствам, крашению, гидрофильности, адгезии, антистатическим свойствам и совместимости с другими полярными полимерами и неорганическими наполнителями.Кроме того, его износостойкость, химическая стойкость, устойчивость к растрескиванию под воздействием окружающей среды и термостойкость являются плохими, что ограничивает диапазон его применения.Модификация необходима для улучшения его характеристик и расширения области применения.

01 Подключение для технической модификации

Прививочные полимеры почти не меняют структуру скелета ПЭ, а также прививают к основной цепи ПЭ полярные мономеры с различными функциями, что сохраняет исходные характеристики ПЭ и добавляет новые функции.Это простой и эффективный метод полярной функционализации PE.

К основным методам реализации реакций прививки относятся метод растворения, метод плавления, твердофазный метод и метод радиационной прививки.

(1) Метод решения

Использование толуола, ксилола, хлорбензола и др. в качестве реакционных сред в жидкой фазе.ПЭ, мономеры и инициаторы растворены в реакционной среде, и система является гомогенной.Полярность среды и константа передачи цепи мономеров оказывают существенное влияние на реакцию прививки.

(2) Твердофазный метод

Непосредственное взаимодействие порошка полиэтилена с мономерами, инициаторами, межфазными активными агентами и т. д. По сравнению с традиционными методами твердофазный метод имеет такие преимущества, как подходящая температура реакции, нормальное давление, базовое сохранение свойств полимера, отсутствие необходимости восстановления растворителя, простота последующей обработки. -очистка, высокая эффективность и энергосбережение.

(3) Метод плавления

В расплавленном состоянии свободные радикалы генерируются в результате термического разложения инициатора, что, в свою очередь, запускает образование свободных радикалов в макромолекулярной цепи.В присутствии привитых мономеров происходят реакции свободнорадикальной сополимеризации, после чего боковые цепи прививаются к макромолекулярной цепи полимера.

(4) Метод радиационной прививки

Модификация поверхности радиационной прививки включает γ-излучение β. Принцип методов облучения, таких как излучение и электронный пучок, заключается в использовании полимеров для генерации свободных радикалов после облучения, которые затем реагируют с другими мономерами с образованием реакций прививочной полимеризации, тем самым достигая цели модификации поверхности. .К основным методам лучевой модификации трансплантатов относятся метод кооблучения, метод предварительного облучения и перекисный метод.

02 Модификация сшивки

Модификация сшивкой значительно улучшает физические и механические свойства полиэтилена, а также значительно улучшает его устойчивость к растрескиванию под воздействием окружающей среды, коррозии, сопротивлению ползучести и атмосферным воздействиям, тем самым расширяя диапазон его применения.Коммерческий PEX (композитная труба из алюминия и пластика) представляет собой типичное применение сшивки полиэтилена.Модификация сшивки включает радиационную сшивку, химическую сшивку и силановую сшивку.

Радиационная сшивка: помещение полиэтилена в поле радиации под действием излучения высокой энергии (в основном γ). Под действием радиации, рентгеновских лучей и электронных пучков в твердых полимерах могут образовываться различные активные частицы, запуская ряд химических реакций, тем самым образуя сшитую трехмерную сетчатую структуру внутри полимера.

Химическая сшивка: свободные радикалы, образующиеся в результате разложения пероксидов или азосоединений, реагируют с ненасыщенными точками в молекулах полиэтилена, образуя активные центры.Эти активные центры соединяются мономерами с образованием химически сшитого полиэтилена.

Силановая сшивка: прививка силана, содержащего ненасыщенные винильные группы и легко гидролизуемые алкокси-функциональные группы, к основной цепи полиэтилена, а затем гидролиз и усадка под действием воды и силанольного катализатора конденсации для синтеза сшивающих связей Si-O-Si, в результате получается полиэтилен, сшитый силаном.

03 Модификация сополимеризацией (смешиванием)

(1) Модификация сополимеризации

Сополимеризационная модификация ПЭ включает координационную сополимеризацию, например, этиленпропиленового каучука (ЭПР), этиленпропилендиенового мономера (ЭПДМ) и сополимеров этилена с 1-бутеном и 1-пентеном;Свободнорадикальная сополимеризация полиэтилена, такого как сополимер этилена и винилацетата (ЭВА);Ионная сополимеризация, такая как сополимеры этилена (метил) акриловой кислоты, сополимеры этилен-метакрилат-глицеридов (ЭГМА) и т. д. Посредством реакций сополимеризации можно изменить гибкость макромолекулярных цепей или функционализировать исходные функциональные группы, действуя как реакционноспособные агенты совместимости.

(2) Модификация смешивания

Модификация смешивания — это смешивание других смол, каучуков или термопластичных эластомеров с полиэтиленом для улучшения его прочности, ударопрочности, пригодности для печати и маслонепроницаемых свойств.

① Модификация смеси полиэтилена высокой и низкой плотности.Полиэтилен низкой плотности мягче и имеет меньшую прочность;Однако полиэтилен высокой плотности имеет высокую прочность и низкую ударную вязкость.Смешивая их, они могут дополнять друг друга и производить полиэтиленовые материалы различной твердости.Добавление LLDPE (линейного полиэтилена низкой плотности) или VLDPE (PE чрезвычайно низкой плотности) в систему смеси HDPE/LDPE может улучшить ее характеристики за счет совместной кристаллизации LLDPE или VLDPE с HDPE и частичной совместной кристаллизации с LDPE.

② Смешивание модификаций ПЭ и ХПЭ (хлорированного полиэтилена).После смешивания CPE с PE введение в смесь атомов хлора может улучшить огнестойкость PE.Выбор подходящих добавок, улучшающих совместимость, может улучшить совместимость между ними и избежать потенциального ухудшения характеристик продукта, вызванного другими методами огнезащиты.Кроме того, смешивание полиэтилена с CPE также может улучшить печатные свойства и прочность полиэтилена.

③ Смешивание модификаций полиэтилена и этиленвинилацетата.Смесь полиэтилена и этиленвинилацетата (ЭВА) получила широкое признание благодаря своей превосходной гибкости, прозрачности, хорошей воздухопроницаемости и пригодности для печати.Но при этом снизилась механическая прочность изделия.

④ Модификация смешивания полиэтилена и каучука.Смешивание HDPE с резиновыми материалами, такими как бутилкаучук, натуральный каучук, бутадиен-стирольный каучук, этиленпропиленовый каучук и т. д., может значительно улучшить его ударные характеристики.

⑤ Модификация смеси ПЭ и ПА (полиамида).Добавление ПА к ПЭ может улучшить его барьерные свойства по отношению к кислороду и углеводородным растворителям.Однако из-за различий в молекулярных структурах совместимость между ПА и ПЭ плохая, и необходимо улучшить их совместимость путем введения полярных групп или добавления в ПЭ добавок, улучшающих совместимость.

04 Модификация наполнения

Модификация наполнения — это добавление неорганических частиц в матрицу термопластичной смолы, что снижает стоимость сырья для пластиковых изделий или существенно изменяет характеристики пластиковых изделий.Принесение в жертву одних показателей при значительном улучшении других.Для удобства обсуждения модификация начинки разделена на общую начинку и функциональную начинку.

(1) Общая модификация наполнения

Общее заполнение ограничивается изменением механических свойств ПЭ.Неорганические наполнители, используемые для наполнения полиэтилена, включают карбонат кальция, тальк, каолин, сульфат бария, силикат кальция и кремнезем.Композиционные материалы из полиэтилена, наполненные карбонатом кальция, могут снизить затраты на продукцию, улучшить жесткость, термостойкость и стабильность размеров.Однако плохая межфазная адгезия между неорганическим наполнителем карбонатом кальция и неполярным полимером ПЭ приводит к снижению механических и текучих свойств материала.Межфазную адгезию можно улучшить путем добавления связующих агентов или покрытия карбоната кальция MPEW (полиэтиленовый олигомер с привитым малеиновым ангидридом).Обычные органические наполнители для наполнения полиэтилена включают соломенное волокно, древесную пудру и т. д.

(2) Модификация функционального наполнения

Модификация наполнения в основном направлена ​​на улучшение воздействия пластмасс с точки зрения света, электричества, магнетизма, горения и т. д., а не просто на изменение механических свойств.Такой тип модификации наполнения называется функциональным наполнением.Полиэтилен с функциональным наполнением включает биоразлагаемый полиэтилен, проводящий полиэтилен и огнестойкий полиэтилен.

Биоразлагаемый полиэтилен: крахмал можно модифицировать и добавлять в полиэтилен для производства крахмального пластика.После захоронения в почве он подвержен микробному разложению из-за присутствия крахмала.Исследования показали, что пластики, разлагаемые полиэтиленом и крахмалом, могут не только напрямую использоваться микроорганизмами в качестве источника углерода, но также могут подвергаться коррозии под действием микробных вторичных метаболитов.

Проводящий полиэтилен. Новый тип проводящего функционального материала можно получить путем объединения изолирующей полиэтиленовой смолы с проводящими наполнителями (такими как углеродная сажа и металлический порошок).Этот тип материала имеет важное теоретическое исследовательское значение и имеет чрезвычайно широкие перспективы применения во многих областях, таких как антистатические, проводящие, свободно контролируемые средства поверхностного нагрева, электромагнитное экранирование и т. д.

Огнестойкий полиэтилен: ① Добавьте галогеновый антипирен и используйте его в сочетании с триоксидом сурьмы;② Добавьте органические кислоты, фосфат аммония, трибромбензол и т. д. ③ Добавьте неорганические наполнители с огнезащитными свойствами, такие как Al (OH) 3, Mg (OH) 2 и т. д.

05 Расширенная модификация

Модификация наполнения с усиленным эффектом называется модификацией армирования, и выбранные армирующие материалы включают стекловолокно, синтетическое волокно, нитевидные волокна и т. д. Для удобства обсуждения в эту категорию также включена самоупрочняющаяся модификация.

Самоупрочняющаяся модификация не добавляет никаких наполнителей, но благодаря специальным методам формования и специальной конструкции каналов потока формы градиент скорости течения расплава полиэтилена увеличивается, что приводит к параллельной ориентации молекулярных цепей, что помогает полностью генерировать кристаллы с удлиненными цепочками. использование внутреннего потенциала материала и разработка изделий из полиэтилена с механическими свойствами, сравнимыми с конструкционными пластиками.Из-за отсутствия какого-либо наполнителя нет необходимости рассматривать вопрос совместимости полиэтилена и наполнителя.

Использование недорогого и легкодоступного высокопрочного полиэтилена, армированного стекловолокном, для улучшения его механической прочности и термостойкости, что делает его инженерным пластиком.Результаты исследований показывают, что добавление реагентов интерфейсных реакций и их привитых продуктов к ПЭ в процессе композитинга может химически взаимодействовать или сшиваться с поверхностью стекловолокон и их силаном, значительно улучшая межфазное соединение и механические свойства композиционных материалов.

Синтетические волокна также могут использоваться в качестве армированных наполнителей, поскольку они имеют меньшую плотность и более высокую прочность, чем стекловолокна.Синтетические волокна, которые можно использовать для модификации ПЭ, включают полиакрилонитрильные волокна, полиамидные волокна, волокна поливинилового спирта, волокна ароматического полиамида и т. д.

Усы, как новый тип материала, обладают такими преимуществами, как высокая прочность, высокий модуль упругости, хорошие теплоизоляционные характеристики и хорошая совместимость с матрицей.Поэтому их также можно использовать в качестве армирующих агентов.Обычно используются усы карбоната кальция, усы титаната калия и т. д.

06 Модификация наночастиц

Наноматериалы относятся к материалам со средним размером частиц менее 100 нм и размером частиц в области интерфейса между атомными кластерами и макроскопическими объектами.Благодаря поверхностным эффектам, объемным эффектам и т. д. наночастицы обладают множеством новых физических и химических свойств.Композиты полимер/неорганические наночастицы на основе полимеров обладают хорошими механическими, оптическими, электрическими, магнитными и другими свойствами, что позволяет формировать важные новые многофункциональные материалы.Нанотехнологии модификации полимеров стали передовым направлением исследований в области материаловедения.Среди наномодифицированных ПЭ материалов выделяют: ПЭ, модифицированный наномонтмориллонитом, ПЭ, модифицированный нанооксидом цинка, ПЭ, модифицированный наноглиноземом, и ПЭ, модифицированный наноглиной.

NANJING HAISI является профессиональным производителем экструдеров для пластмасс. Мы поставляем двухшнековые экструдеры, одношнековые экструдеры, экструдеры для переработки пластмасс, двухступенчатые экструдеры, лабораторное оборудование, машины для смешивания и подачи, машины для охлаждения и гранулирования, дробильные машины и так далее.