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聚丙烯pp片材应用
作者:Chris 发布日期:2017-07-22

聚丙烯pp片材应用

  聚丙烯( PP)因具有质轻、价格低廉、耐化学药品性和耐热性好等优点而得到广泛应用。近年来透明PP凭借其优异的光学性能而在包装领域得到广泛、快速的发展,特别是在片材的热成型领域发展速度更快。随着热成型加工技术的改进,透明PP片材在热成型加工领域中所占的比例逐渐增加,这主要是因为PP对氧气及水分的阻隔性较好,耐热性较高,比较适合于生产微波炉使用的各类食品包装用的瓶、盒等。另外,透明PP片材经热成型加工后还可生产各类生活用品如桶、盘等,用来包装货架稳定的低酸度食品,如调味品、奶酪等 。目前国内外透明PP片材的生产大都以均聚级PP为基础树脂,通过添加成核剂的技术生产的。

    笔者现介绍本所研制的透明PP片材的生产与加工应用。

    1 实验部分

    1. 1 原材料

    PP: T30S,粉料,熔体流动速率(MFR)为2 ~4g/10 min,均聚物,大庆石化公司塑料厂;复合成核剂Y:自制;成核剂: 3988,美国Millican公司;复合稳定剂: 101C,大庆石化总厂塑龙公司。

    1. 2 仪器及设备

    MFR仪: 6210型,意大利CEAST公司;高速混合机: 10L,北京塑料机械厂;双螺杆挤出机: 30型,德国HAAKE公司;HAAKE流变仪: 30型,德国HAAKE公司;万能拉力试验机: AJ - 5000A 型,英国Instron公司;差示扫描量热(DSC)仪: TYR IS1型,美国PE公司;雾度仪: 6285型,意大利CEAST公司。1. 3 性能测试

    MFR按GB /T 3682 - 1983测试;透光率按GB /T 2410 - 1980测试;雾度按GB /T 2410 - 1980测试;拉伸强度按GB /T 1040 - 1992测试;弯曲弹性模量按GB /T 9341 - 2000测试;维卡软化点按GB /T 1633 - 2000测试。

    1. 4 试样制备

    除测定雾度和透光率的试样外,所有试样均按照国家标准制得。由于目前国家对测定透明PP的雾度和透光率尚无统一标准,故笔者利用HAAKE流变仪采用流延法生产厚度(0. 5 ±0. 02) mm的片材作为试样进行测试,制样的工艺条件见表1。

    表1 测定雾度试样的制备工艺条件

    项 目进料段塑化段均化段挤出段加工温度/℃ 180 200 230 230滚筒温度/℃ 50拉伸速率/mm·min - 1 85主机转速/ r·min - 1 50

    2 透明PP片材的研制

    2. 1 成核剂用量对透明PP片材光学性能的影响以T30S PP 粉料为基础树脂, 分别将成核剂3988及自制的复合成核剂Y以0. 15%、0. 20%、0. 25%、0. 30%、0. 35%的添加量与复合稳定剂101C混合后,加入到PP粉料中,经混合、混炼、挤出造粒后,采用压延法制备出片材,测试PP片材的光学性能,分别考察了不同复合成核剂对PP片材光学性能的影响,结果如图1所示。由图1可看出,当成核剂的质量分数小于0. 25%时, PP片材的光学性能改善得并不显著,随着成核剂用量的增加, PP片材的雾度逐渐降低,即PP片材的光学性能逐步得到改善,故将成核剂的用量确定为0. 25%。从图1还可看到,虽然自制的复合成核剂Y对PP片材透光率的改善效果较成核剂3988差,但其仍能满足透明PP片材的使用要求;加之从成本上考虑,复合成核剂Y的价格为180元/kg,而成核剂3988为450元/kg,最终确定选用复合成核剂Y作为成核剂,因为它有低成本的优势。

    2. 2 加工条件对PP片材光学性能的影响加工温度的高低决定着成核剂体系在基础树脂中的溶解及熔融状态,如果加工温度过高,将使成核剂或其它助剂分解,导致所生产的PP片材质地发黄,片材表面光泽差,不仅影响到PP片材的光学性能,而且也影响到其力学性能;而加工温度过低,则因成核剂熔化不好而导致PP片材内部出现白斑或疵点,对PP片材质量同样有不良影响。因此需要考察加工温度对PP片材光学性能的影响。笔者采用5种不同的加工工艺(记为A、B、C、D、E工艺)在HAAKE流变仪上将加入复合成核剂Y与复合稳定剂101C的T30S PP制成片材,测试了各种PP片材的光学性能。

  透明PP片材的光学性能对均化段的温度变化较为敏感,最适宜的加工温度为C工艺。实验中还发现,当熔融温度达到240℃时, PP片材表面泛黄,说明基础树脂中有些成分已发生降解,表明加工温度过高,不但影响制品的透明性能,降低制品的力学性能,而且还增加了生产加工的成本;当熔融温度低于230℃时,因成核剂在PP大分子中尚未完全熔解,从而影响其在PP中的分散,导致成核剂的增加透明性能力变差,表现为雾度值较大,而且制品中存在白色疵点,故把C工艺确定为最佳加工条件。

    3 透明PP片材的工业化生产

    3. 1 透明PP片材专用料的配方及加工工艺取PP装置生产的T30S PP粉料30 kg,在中试装置上按PP粉料25 kg、101C 57. 5 g、复合成核剂Y61. 5 g的配方,采用双螺杆挤出机(L /D = 26)按表3的挤出加工条件生产了透明PP片材专用料,命名为TPP - S。

    表3 双螺杆挤出挤出造粒工艺条件

    项 目进料段均化段熔融段Ⅰ Ⅱ挤出段模头加工温度/℃ 180 210 220 230 230 220主机螺杆转速/ r·min - 1 1200进料电机转速/ r·min - 1 150

    3. 2 透明PP片材性能评价

    对生产的透明PP片材专用料TPP - S进行性能分析,并将其性能与基础树脂T30S及马来西亚生产的透明PP片材专用料(M255)进行了性能对比,见表4。

    表4 TPP - S与M255、T30S的性能对比

    项 目技术指标TPP - S M255 T30S

    MFR /g· (10min) - 1 1. 5~1. 2 1. 3 1. 5 1. 2

    雾度/% < 11. 0 8. 9 9. 3 53. 6

    透光率/% > 90. 0 91. 2 91. 2 89. 8

    拉伸强度/MPa > 28. 0 32. 6 32. 0 31. 2

    弯曲弹性模量/MPa > 850 1050 1010 980

    维卡软化点/℃ > 70 74 75 71

    片材厚度/mm 0. 50 ±0. 02 0. 51 0. 51 0. 50

      从表4可看出,利用自制复合成核剂Y开发生产的透明PP片材专用料TPP - S的各项性能均达到技术指标要求,与马来西亚生产的透明PP片材专用料M255的性能相当。

    为解释、验证成核剂对PP片材光学性能的改善效果,并研究其增加透明性的机理,笔者利用DSC法对所研制的透明PP进行热性能剖析,见表5。

      从表5可看出,成核剂的加入使均聚PP的结晶温度、结晶焓、结晶度等明显增加,其结晶温度提高12~15℃,结晶度由43. 1%增加到51. 4%,结晶温度的升高使PP大分子在较高的温度下开始结晶,则相应缩短了制品成型周期,有利于提高生产效率;加入成核剂后,使PP的结晶焓也相应增加,说明PP大分子在较高的温度下结晶,高分子链的活动能力增强。

    4 透明PP片材的加工与应用

    透明PP片材专用料TPP - S现由上海广盛塑有限公司试生产,加工过程中,透明PP片材的表面光滑,内部无气泡、表面无白班,片材的韧性和刚性均衡。用TPP - S片材在热成型加工设备上生产的快餐杯外观与用马来西亚产M255料加工的制品相当,外观光滑、透明,能满足使用要求。

    5 结论

    (1)复合成核剂Y的加入不仅能显著改善均聚PP片材的光学性能,而且还可改善其力学性能和耐热性。

    (2)透明PP的雾度和透光率受加工条件所影响,一般情况下,最适宜的加工温度为230℃。所研制生产的透明PP片材专用料TPP - S的性能与马来西亚生产的同类产品相当。

    (3)经使用表明,透明PP片材的韧性和刚性均衡,所加工的瓶、盒、盘等制品外观光滑、透明,能满足使用要求。


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