1、聚乙烯种类及性能研究
1.1超高分子量聚乙烯
超高分子量聚乙烯是一种韧性极好的材料,它的耐低温性能非常优异,综合性能优越,该材料可在-269℃~+80℃的条件下工作。根据实际测量的数据显示,超高分子量聚乙烯是由分子量150万以上的无支链的线性聚乙烯组成,当材料中的聚乙烯分子量超过50万时,脆化温度可降至-140℃。其耐冲击性、耐磨性在低温时基本不变,即使在-269℃低温下,仍具有一定的延展性,而没有脆裂迹象。是目前唯一可以在接近绝对零度的温度下工作的一种工程塑料。具有超强的耐磨性、自润滑性,强度比较高、化学性质稳定、抗老化性能强,吸收冲击性能优异等特点。
1.2阻燃聚乙烯
PE的氧指数为17.0%～17.5%,属于易燃材料,其燃烧热值高,在燃烧时热释放速率大,火焰传播速度快,不易熄灭,同时聚烯烃的熔滴过程还可能会引燃其他可燃物,加剧了火灾的破坏程度,因此可以通过将阻燃剂添加到PE中制备阻燃PE材料,达到解决问题的目的。阻燃剂可分为卤系、磷氮系、硅系,无机氢氧化物等。传统的有卤阻燃PE遇火时发烟量大,而且会产生有毒的腐蚀性卤化氢气体,因此开发无卤阻燃剂取代卤系阻燃剂已成为全球阻燃材料领域的趋势。
1.3抗菌聚乙烯
近年来具有杀菌功能的卫生用品愈来愈受到人们的青睐,抗菌塑料与一般塑料的区别主要在于其中加入了一定量的抗菌剂,抗菌剂是一种对一些细菌、霉菌、真菌、酵母菌等微生物高度敏感的化学成分。抗菌剂主要包括银系抗菌剂、光催化型抗菌剂和有机抗菌剂等,但这三种抗菌剂都有各自的缺点。目前,国内正在寻找新的替代品,其中无机和有机复合抗菌剂是研究的重点。
1.4抗老化聚乙烯
聚乙烯材料在加工和使用过程中,由于受到光、热、氧等内外因素的综合作用,造成降解或交联,使其性能变坏,外观变黄,以致最后丧失使用价值。聚烯烃老化分热氧老化和光氧老化两种。热氧老化一般发生在加工和使用过程中,而光氧老化则发生在户外使用和贮存过程中,所以老化对聚乙烯材料性能影响仍比较大,提高其耐老化性能是十分重要的。
1.5环境友好型可降解聚乙烯
PE是世界产量和用量最大的塑料品种之一,也是“白色污染”物的重要来源之一,由于它的高摩尔质量、疏水性以及缺乏被微生物利用的酶,在自然条件下很难被生物降解,分解成小分子需几十年甚至上百年的时间。传统的填埋,焚烧,回收利用等方法,根本不能彻底解决这些塑料垃圾对环境和生态造成的压力,因此必须对PE进行易降解处理,生产“可环境消纳塑料”,目前可降解聚乙烯主要有无机粉体改性塑料和淀粉改性塑料两种类型。
2、聚乙烯材料耐候性的影响因素
影响聚乙烯材料耐候性能的因素有很多,总的来讲,可分为内部因素和外部因素两大方面:内因主要指材料本身的结构特点,如:分子链组成、结晶度、杂质等;外因是指在大气自然条件下所接触到的环境因素,主要有紫外光、热、氧、水分等。
1.1内部因素
聚乙烯是一种高分子饱和开链烃,为石蜡型结构,但作为高分子材料,分子链上常带有甲基支链、较长的烷基支链,甚至还有十字链;在链结构中,至少有三类碳碳双键:链端双键、链内双键、链侧双键。支链和双键的存在,加速了对氧的吸收,导致材料的老化,尤其对于薄膜类表面积较大的制品更为显著;支链数越大,则叔碳-氢键越多,也越易老化。
1.2外部因素
聚乙烯材料老化反应速度与温度也有关系,温度的升高会加速和促进塑料涂膜的光化学反应。在热的作用下,塑料涂膜氧化反应的活化能会降低,有利于加速涂膜的氧化速度。一般来讲,老化速度与温度的关系符合范德霍夫规则:温度每升高10℃,反应速度就增加1～2倍。
3、改善聚乙烯材料耐候性的方法
通过对聚乙烯材料老化机理的分析可知,改善其耐候性的方法主要是在树脂合成及材料加工过程中尽量避免和减少杂质及发色基团的引入,同时加入抗氧剂、光稳定剂等助剂,并改善工艺条件、尽可能消除内应力。
抗氧剂可抑制和延缓聚合物分子链断裂产生自由基,它一般可分为主抗氧剂和辅抗氧剂。典型的主抗氧剂是受阻酚和受阻胺类化合物,主要起阻止链式增长、捕捉自由基的作用。辅抗氧剂通常为亚磷酸酯类和硫醇类,主要起分解氢过氧化物,使其形成惰性的中间产物的作用。主、辅抗氧剂配合使用有很好的协同效应,如将抗氧剂1010(主抗氧剂)和抗氧剂168(辅抗氧剂)配合使用可大大提高聚乙烯的耐候性。
4、结束语
经过对PE改性技术的不断研究,PE的综合性能日益提高,应用前景更加广泛。但是这种研究还处于不完善的阶段,今后的改性研究应着重于抗菌聚乙烯和可降解聚乙烯。抗菌聚乙烯作为一种新型材料,材料的抗菌性,耐热性的变化对材料性能影响很大,需要人们进一步完善。可降解聚乙烯由于使用寿命和降解程度还不能彻底解决“白色污染”的问题,要求在其改性方面的研究更深入,以利于该材料在日常生活方面得到更好的应用。总之,在针对PE不足之处进行的改性研究过程中,必将推出用途更加广泛的功能化材料,随着时间的推移和更多新产品的开发和研制,相信我国合成材料加工业将越来越显出其旺盛的生命力。
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