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通过对聚乙烯多次加工前后熔体指数的变化来评价其抗热氧老化性

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摘要:介绍了自制的复合抗氧剂JS一1在高密度聚乙烯(HDPE)加工中的抗氧化效果。通过对聚乙烯多次加工前后熔体指数的变化来评价其抗热氧老化性,并与其它种类抗氧剂在聚乙烯加工中热氧化效果进行对比,进一步证明JS一1是一种优质、高效的新型体系。

关键词: 复合抗氧剂;高密度聚乙烯;抗热氧老化

聚乙烯在加工时受热将发生大分子断裂降解,致使分子量减小,熔体指数上升,加入抗氧剂可以有效地遏止或减缓这种热氧老化现象的发生[1]。目前,这类抗氧剂很多,但是为了能使PE满足更高的要求,抗氧剂的效果还在力求更好。对抗氧剂效果的评价方法很多,对于在PE加工中使用的抗氧剂,评价方法有熔体指数测定比较法,氧化诱导期法,傅立叶变换红外光谱法和氧吸收法等[2]。其中测定PE加工前后熔体指数,观察其数值变化的方法是比较接近实际加工过程的,也是在普通实验室比较容易做到的评价方法。由于此种方法取样量大,有利于避开抗氧剂分散不匀造成的问题,而其它评价方法有时出现实验误差大,数据分散,往往与取样的随机性和典型性有关。所以本研究工作使用熔体指数测定比较法来评价Js—l的抗氧化效果。

1、实验部分

葡京游戏网址,1.1 原材料的选择

HDPE5000S粉料,大庆石化公司;LLDPE7042粉料,大庆石化公司。实验所用的抗氧剂如表1。

1.2 主要仪器及设备

GH一10DC高速混合机,北京塑料机械厂产;哈克扭矩流变仪,西德哈克公司产;ceast6542熔体流动速率测试仪,意大利西斯特产;YX一50型压片机,上海伟力制造厂产;AG一5000A型拉力试验机,日本岛津造;差示扫描量热仪(DSC),美国杜帮公司产。

1.3 实验方法

1.3.1 氧化机理[1]

聚烯烃的热氧老化分3个阶段,即:

因游离基在分子链上所处的位置不同,故最终得到的是既有降解也有交联的稳定产物。

1.3.2 实验配方

根据PE的氧化机理可知,能有效地延缓聚烯烃的热氧化过程一游离基链式反应过程,必须抑制游离基和破坏氢过氧化物。因此采用酚类游离基抑制剂加亚磷酸酯类氢过氧化物分解剂并用,可得协同效果。配方如表2。

1.3.3 实验步骤

将未加任何助剂的HDPE5000S粉与适量抗氧剂在高速混合机中混合3 min,经哈克流变仪挤出造粒,取出少量粒子测定熔融指数及压片,进行力学性能测试,然后再将挤出所得颗粒进行第2次挤出加工,反复进行5次,从而得到各种抗氧体

系随挤出次数增加对PE熔融指数的影响关系,达到比较其抗热氧老化效果的目的。挤出工艺条件:温度170 ℃、190℃ 、210 ℃、208 ℃;螺杆转速48 r/rain。

1.4 测试标准

熔融指数测定:按ASTM D1238方法的条件进行测试;拉伸性能测试:拉伸性能测试依据GB1040进行,拉伸速度是100 mrn/min,试验温度23±2℃ ;氧化诱导期:氧化诱导期测定依据Q/CNTC DQC0037—1999进行,测试条件为O2浓度100 mL/min,N2浓度100 mlfmin,200℃恒温。

2、结果与讨论

2.1 不同抗氧剂在聚乙烯加工中的抗热氧老化效果

不同抗氧剂在聚乙烯加工中的抗热氧老化效果见图1。

由图1可以看出,S一5(空白试验)在不加抗氧剂时,聚乙烯挤出加工中受热,分子链之间产生交联,使熔融指数迅速下降。S一1,S一2,S一3,S一4加入抗氧剂对聚乙烯加工中的热氧老化现象有明显的抑制效果,但是经过多次挤出造粒,分子中有少量分子链断裂,使得熔融指数都有上升的趋势。S一1,S一2是工业装置生产HDPE颗粒普遍使用的配方,S一4为自制的配方,从图中明显看到,S一4样随挤出次数的增多,熔融指数上升波动性最小,说明加工稳定性较好。

2.2 各种抗氧剂对PE力学性能的影响

在多次挤出造粒过程中,不同类抗氧剂在用量(重量百分比)相同时,其效果不同。5种抗氧体系对HDPE的拉伸强度及断裂伸长率影响情况如图2、图3所示。

从图2、图3可以看出,S一5样是无助剂配方,其力学性能随着挤出次数的增加下降最大,而S一1,S一2,S一3,S一4四个试样的力学性能随五次挤出造料变化都不大,说明材料都具有很好的抗热氧老化性,其中S一4样的力学性能变化最小,这与MI值变化一致。

2.3 氧化诱导期法做对比试验

为了进一步证实JS一1的抗氧化效果,将上述五种配方的第五次造粒的产品分别进行氧化诱导期测试,测试结果如表3。

合格的HDPE5000S粒料产品,按照同样的测定方法测试,其氧化诱导期是24 min左右,从表3看出,S一5样是空白样,氧化诱导期最短,其余加入抗氧剂的4个试样对PE的抗氧化效果相差不大,尤其S一4样的氧化诱导期最长,说明JS一1抗氧化剂的抗氧化效果最好。

3、结论

(1)酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂复配,对ttDPE的多次挤出加工有很好的抗热氧老化效果。

(2)复合抗氧剂JS一1在HDPE的多次加工中,有较好的抗热氧老化效果,是一种优质、高效的新型抗氧体系,目前正准备在HDPE5000S产品生产过程中应用。

参考文献

[1] 高分子材料老化与防老化.化学工业出版社,1978

[2] 刘英俊.等.塑料,1995.(5):45

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