聚乙烯的改性

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1、聚乙烯的改性聚乙烯虽然具有优良的电性能、机械性能和加工性能，但是 它也有一些缺点，如软化点低，强度不高，耐大气老化性差，易 应力开裂，不易染色及印刷等。为了进一步拓宽聚乙烯的应用领 域，克腿这些缺点，可以采用聚乙烯改性来达到。 聚乙烯的改牲主要分为化学改性和物理改性。化学改性又分为接 枝共聚改性、嵌段共聚改性、化学及辐射交联改性等；物理改性 分为共混改性、填充改性（包括增强改性等）。 聚乙烯的化学交联主要是在聚乙烯树脂中加人有机化合物（常用 过氧化二异丙苯）作为交联剂，然后在压力和175200 C的温 度下交联。 接枝聚合是最常用的改性聚合方法。所谓接校共聚反应是在聚乙 烯的主链上将作为支链的

2、不同种高分子结合上去的一种反应。当 然也有采用过氧化物、放射辐照或其他有关方法进行反应。接枝 方式的共聚合反应可以获得良好的混合状态，其分散界面是以化 学方式结合在一起，具有良好的机械性能。同时又因为聚乙烯本 身是无极性材料，和其他材料亲和性不好，如将具有极性的单体 以接枝共聚合反应结合至聚乙烯分子主链上时则会增大这种亲 和性，由此使可以改善其粘接性、印刷性、染色性等性能。例如， 聚乙烯接枝丙烯酸单体所得产品则会改善其在铝箔上的粘合性； 加入丁二烯单体接枝共聚合反应的制品，可以提高耐热性、耐应 力开裂性。 聚乙烯的共混改性是聚乙烯与其他高聚物等物质进行共混，用挤 出机、辊炼机等设备而制成新材料

3、。共混过程中往往包含化学接 枝或交联反应，以提高共混的改性效果。聚乙烯的填充改性是在聚乙烯的成型加工过程中加入无机或有 机填料，不仅能使制品价格大大降低，而且能显着改善材料的机 械强度、耐摩擦性能、热性能及耐老化性能等，并改善聚乙烯的 易膨胀性及易蠕变性等，所以填料既有增量作用，又有改性效果。 常用的无机填料有碳酸钙（包括轻质碳酸钙和重质碳酸钙）、滑 石粉、云母、高岭土、二氧化硅、硅藻土、硅灰石、炭黑等。 此外，聚乙烯可加人脂肪酸酰胺作表面润滑剂，以减少薄膜的粘 附性；加入0.5%2%的聚丙烯可提高其透明性；表面用电子冲 击（使其表面氧化）处理，可改善其印刷性能。1交联聚乙烯 交联聚乙烯分为有

4、机过氧化物交联聚乙烯、有机硅交联和辐 照交联聚乙烯。（1）有机过氧化物交联聚乙烯结构式：制法 有机过氧化物交联聚乙烯是聚乙烯以有机过氧化物作 为交联剂，在热的作用下分解而生成高度活泼的游离基。这些游 离基使聚合物碳链上生成活性点，并产生碳碳交联，形成交联 聚乙烯。所用的有机过氧化物有过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁 基和 2，5二叔丁基2，5二甲基过氧化己烷等。根据被交 联的聚乙烯品种和交联工艺设备的不同而选用不同的过氧化物。通常交联低密度聚乙烯时，采用在132C时能起反应的过氧化二 异丙苯；在交联高度填充的低密度聚乙烯和高密度聚乙烯时，可 采用能在144C下加工的2,5-二叔丁基一2, 5 二甲

5、基过氧化 己烷作交联剂。将聚乙烯与合适的有机过氧化物、炭黑及其他无 机填料等添加剂混合在一起,经混炼造粒后,用适宜的成型工艺 将它加工成制品。然后再将制品经过一段时间的加热处理,使之 发生交联,即可制得交联聚乙烯制品。此外,当采用压缩成型时, 交联和成型可一步完成。物化性质 有机过氧化物交联聚乙烯结构上与热塑性塑料、热固 性树脂和硫化橡胶都不同,它有体型结构却不是完全交联,交联 区域很小,不像硫化橡胶那样有很大的交联网,因此在性能上它 兼有三者的特点,即同时具有热可塑性、硬度、良好的耐溶剂性, 高弹性和优良的耐低温性。无论是高密度聚乙烯还是低密度聚乙 烯,通过交联后,其拉伸强度、耐热性、防老化

6、性和耐候性、尺 寸稳定性、耐应力开裂性,耐磨性和耐溶剂性均有提高,且耐蠕 变性能优良。交联聚乙锈的软化点可达 200 C,耐热性可达140 C。此外，还具有卓越的电绝缘性、耐低温性和耐辐射性能, 表 2一36 为交联聚乙烯的性能。表 2一36 交联聚乙烯的性能性能HDPE交联HDPE交联LDPE交联LDPE含碳黑375%含碳黑70%拉伸强度/Mpa常温27.5222122100C5.57.6断裂伸长率/%30045029070邵氏硬度D595867脆化温度/C50V 65V-70V-15缺口冲击强度/（J/m）10001200670270耐环境应力开裂1000hr1000hr成型加工 有机过氧

7、化物交联聚乙烯可以在通常的塑料和橡胶 加工设备中进行成型加工。混炼温度应保持在110149C的范 围内。当使用低密度聚乙烯时，通常在116121C成型。在电线电缆生产中，由于导线本身可作为支承物，使包覆在其表 面的交联聚乙烯可通过连续流化器用直接蒸汽进行交联。用途 主要用作电线电缆的包覆层，也用于制造电机、变压器等 耐高电压、高频率的耐热绝缘材料、热收缩簿膜和套管，各种管 材（如热水管）、化工生产装置的耐腐蚀部件、容器以及泡沫塑 料等。（2）有机硅交联聚乙烯结构式制法 将普通聚乙烯在有机过氧化物存在下，经过一定的温度 和机械力作用，使含有不饱和乙烯基和易于水解的烷氧基多官团 的硅烷接枝到聚乙烯

8、的主链上，然后将此接枝物在水及硅醇缩合 催化剂作用下发生水解并缩合形成Si O 一 Si交联键，即 得硅烷交联聚乙烯。物化性质 有机硅交联聚乙烯的分子结构与通常有机过氧 化物交联法形成的分子间碳碳交联的结构不同。其主链可以与 2 个或 2 个以上的等价键起反应。形成网状交联（立体网状交联）。 因此，它的热机械性能一般要比具有碳碳键平面结合的有机过 氧化物交联法聚乙烯好。即使有机硅交联聚乙烯的凝胶率比过氧 化物交联聚乙烯低 1520，两者热变形仍相当。成型加工 有机硅交联聚乙烯成型工艺简单，可用普通的成 型加工设备，如挤出机、注射机、压机、压延机等进行成型加工。 成型制品置于iooc以下的热水中

9、即可交联成最终产品。用途 主要用于制作各种电线电缆的绝缘包覆层、耐热管 材、软管及薄膜等。（3）辐照交联聚乙烯 是将包覆在导线上的聚乙烯、聚乙 烯薄膜或其它聚乙烯制品，经Y射线、高能射线辐照后，可成 为交联聚乙烯，交联度受辐射剂量及温度的影响。交联点随辐射 剂量的增加而增加，直至辐射剂量达105Gy才达到饱和状态，此 时分子交联度可达 6070。辐射时温度对交联度影响更大， 在辐射剂量为1273.4C/kg （106R）下，0C时的交联度为10%； 当温度升至100C，则交联度达65%左右。因此，通过控制一定 的辐照条件，可以获得具有一定交联度的交联聚乙烯制品。2氯化聚乙烯结构式：制法 氯化聚

10、乙烯（CPE ）是高密度聚乙烯经氯化反应后的产物，其生产方法大致有溶液法、悬浮法、悬浮溶剂法和流化床 溶液法 先将具有一定特性的高密度聚乙烯粉末加热溶 于四氯化碳、氯苯、四氯乙烯或氯仿等极性溶剂中，在游离基引 发剂（如偶氮二异丁月青等）的作用下，在无氧条件下，于90 110C,常压至0.686MPa的压力下通氯进行氯化，待产物含氯量 合格以后，经水析回收溶剂，再经脱水干燥，即得非结晶性、具 有弹性的成品。该法反应容易控制，可以制得稳定的纯氯化氯乙 烯。但溶剂易造成环境污染，回收工序复杂，能量消耗大，工业 上很少采用。 悬浮法 将分子量为 10 万15 万，粒度过 60 目筛的高 密度聚乙烯粉末

11、加入含有一定量乳化剂、分散剂和引发剂（如过 氧化苯甲酰或偶氮二异丁睛）的水介质中，在搅拌下升温至115 120C，在常压至0.98MPa和无氧条件下，通氯进行氯化，控制 氮气通入量和氮化时间，即制得一定含氯量的树脂。反应产物经 中和、水洗、过滤，离心脱水和干燥等工序，即制得具有一定结 晶度和弹性的粉状产物。 悬浮溶剂法 在悬浮介质中，加入一定量的溶剂，氯化操 作与上述方法相同。 流化床法 采用高分散的聚乙烯粉末，在Y射线或紫外 光照射下，在流化床中通氯进行氯化，故亦称气相法。该法工艺 过程较难控制。物化性能 高密度聚乙烯是结晶性高聚物，随着分子链上的 氢原子被氯所取代，其结晶性下降、变软、玻玻

12、璃化温度降低。 但在氯化聚乙烯中氯含量超过一定值时，玻璃化温度随之增高， 因此，氯化聚乙烯的玻璃化温度和熔点可比原来的聚乙烯高或 低。氯化聚乙烯的分子结构中含有乙烯氯乙烯1，2二氯乙 烯的共聚合体，普通氯化聚乙烯的含氯量为25%45% （质量）， 随树脂的分子量、含氯量、分子结构及氯化工艺的不同，可呈现 硬性塑料到弹性体的不同性能。氯化聚乙烯具有优良的耐侯性 住、耐寒性、耐冲击性、耐化学药品性、耐油性和电气性能等， 同时具有塑料和橡胶的双重性能。并与其他塑料和填料有良好的 相容性，因此，它可以填充大量的填料，例如100 份树脂中可填 充400份钛白粉或300份皂土（或炭黑） ，含氯量超过25

13、%的氯 化聚乙烯还具有自熄性。它还可以用有机过氧化物等进行交联制 得硫化型聚合物。成型加工 氯化聚乙烯可用一般的挤出和注射设备进行成 型加工。它和聚氯乙烯掺混后，即可用普通的聚氯乙烯加工设备 进行各种成型加工，所得制品耐冲击性得到提高。用途 氯化聚乙烯作主体材料的应用以氯化聚乙烯为主 体，采用 PVC、HDPE、MBS 改性，可用挤塑成型法制造耐油管、 耐酸管、防永卷材、异型材、薄膜和收缩膜等，也可涂覆、注塑 模压、层合、焊接、粘合和机加工。CPEPVC 共混阻燃材料见表239。表 239CPE PVC 共混阻燃材料配方性能PVC100硅酸盐表面活性剂2拉伸强度10.5MPaCPE（含氯 23

14、%）100三土卜111 L5断裂伸长率%139SbO 102 3硬脂酸钡2弯 曲 温度-23C粘土100硬脂酸铅0.8可燃性自熄CPE弹性体在防水卷材和薄膜等软质PVC制品方面，在绝缘电线电缆护套料方面都取得较好的应用效果。中国氯化聚乙烯主要用作硬质 PVC 的增韧改性剂，它可以提 高硬质PVC的弹性、韧性和低温性能，CPE改性的PVC脆化温度 可降至一 40C，而耐热性、耐候性和化学稳定性远优于其他橡 胶改性剂，因而广泛应用于建筑材料等领域。氯化聚乙烯改性 PE 的应用 聚乙烯中加入 CPE 可改善其 印刷性、阻燃性和柔韧性。在HDPE中加入5%的CPE的共混物与 油墨的粘接力可提高3倍，在

15、矿用PE软管配方中加入CPE、Sb203 和白油后的阻燃性提高，且燃烧时无熔流物，用 CPE 改性的 PE 泡沫塑料发泡体的密度增大。氯化聚乙烯作增容剂的应用CPE是二元共混体系的增容 剂，用于与ABS、PS、PP、PE、PVC、橡胶等进行共混改性，例 如在 PVCPE 共混体系中可显着提高韧性、冲击强度和促进塑 化。共混物的注塑制品可用作机械零部件，它们的 13 产品用 于薄片的复合和涂层等方面。3、高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的共混改性LDPE 较柔软，但因强度及气密性较差不适宜制做各种容器 和齿轮、轴承等零部件；另一方面 HDPE 硬度大，缺乏柔韧性不 宜制取薄膜等软制品。将两种密度聚乙烯共混可制得软硬适中的 聚乙烯材料，从而适应更广泛的用途。两种密度不同的聚乙烯按 各种比例共混后可得到一系列有中间性能的共混物。这些聚乙烯 共混物的性能，如密度、结晶度、硬度、软化点等的变化很有规 律，符合根据原料共混比所计算之线性加和值，然而，断裂伸长 率及拉伸强度的变化稍显特殊，当在HDFE中掺入LDPE的比例少 于 6040 时，断裂伸长率基本不变，即使比例为5050 时，亦 增加不多