韩琛 陈月芬

(宁波一彬电子科技股份有限公司，浙江 宁波 315300)

0 引言

聚丙烯(PP)具有来源广、产量高、无毒、无味、密度低的特点，其耐热、耐化学腐蚀等特性也较好。PP 还具有易加工成型、易于回收利用的特点，因此PP 在家电、汽车、日用品、包装等行业得到广泛应用。

PP 具有较高的结晶度，由于结晶的原因PP 软化点接近于熔融温度，加工过程中当加工温度升到熔融温度时PP 的黏度及熔体强度急剧下降。因此普通PP 在吹塑、挤出、发泡加工过程中由于其熔体强度较低很难控制制品质量，提高PP 的熔体强度可以改善材料在吹塑、发泡方面的加工特性。因此研发和开发高熔体强度PP 具有重要的意义，也是PP 高性能化研究的热点之一[1]。

高熔体强度PP(HMSPP)具有较高的熔体强度和拉伸黏度，高熔体强度PP 在挤出成型、发泡方面具有重要优势。其高熔体强度可以抵制微孔壁的破裂，减少并避免塌陷和收缩现象，冷却后得到均匀的闭孔结构，HMSPP 具备良好的发泡性能，可以制备高质量泡沫材料。研究开发高熔体强度PP 具有重要的意义。

1 熔体强度的表征

熔体强度是聚合物在熔融状态下抵抗自身重量的能力，实质是熔体在一定条件下受到力的作用而断裂，这个力定义为聚合物的熔体强度。聚合物的熔体强度反映聚合物熔体的抗延伸性及抗熔体下垂性，聚合物熔体强度决定产品成型加工特性的一个重要性质。

熔体强度测试方法较多[2,3]，德国Goettfert 公司的RHEOTENS是目前认可度最高的熔体强度测试仪器，主要用于测试熔体强度和测定拉伸流动行为。它以等速或线性或指数加速方式，通过拉伸一个垂直熔体线料来测量聚合物熔体拉伸特性。

2 高熔体强度PP的制备方法

PP 分子链结构是影响其熔体强度的主要因素，PP 熔体强度主要由PP 分子量、分子量分布及分子链中是否有长支链结构来决定的，当PP 支链长度增加到一定程度，会明显改变其流变性能，熔体强度增大。目前制备HMSPP 主要是在PP 分子链中引入长支链。具体制备方法主要有化学交联法、射线辐照法、聚合接枝法及共混改性等。

2.1 化学交联

化学交联改性是利用挤出机在聚合物熔融状态下，通过添加有机过氧化物，由于有机过氧化物的活性，使聚合物产生自由基，然后发生C-C 的再结合，形成交联结构的过程。通过交联聚合物相对分子量增大、支链增加。材料的力学性能、熔体强度均可得到提高。化学交联发生在PP 树脂与有机过氧化物高温混炼过程中，有机过氧化物在挤出机中加热分解，通过反应促使PP 形成不稳定的叔碳自由基，为避免PP 在高温下降解，可在此过程加入多官能团单体进行接枝，由于多官能团单体可形成更稳定的大分子自由基，使其发生分子间接枝形成支化结构，从而可抑制断链的发生。

2.2 辐照交联

辐照交联是通过α 线、γ 线等高能射线辐射激发PP 分子引起电离、正负离子的分解、电荷的中和而引发的化学反应。目前由于成本关系主要采用加速器产生的电子线来对PP 进行辐照交联，当PP 照射放射性后，C-H 键断裂，PP 分子主链产生自由基与单体在侧链上发生聚合反应生成接枝共聚物的过程。PP经过辐照后刚性增加，熔体强度增加明显。

2.3 聚合接枝

聚合物发生聚合反应时，在它还带有反应活性时与预先聚合的某一高分子的官能团发生反应生成接枝共聚物，称为接枝共聚法。在PP 聚合过程中，向反应釜内加入一定量的引发剂和烯烃，使聚合的线性PP 产生长支链，得到具有支链的PP 树脂，从而提高PP 的熔体强度[4]。聚合接枝法是PP 在聚合过程中加入引发剂和单体，在PP 主链上进行接枝反应，得到具有长支链结构的PP，具有高熔体强度的特点，是目前工业化生产HMSPP较为经济的方法。中石化镇海炼化公司与北京化工研究院合作通过聚合接枝的方法成功制备出高熔体强度PP，生产出牌号为HMS20Z 和E02ES，该材料成功解决普通PP 难以发泡的问题。北欧化工在工业化装置上在PP 分子主链上引入长链支化结构成功地直接合成HMSPP，该材料具有良好的耐热性和刚性，在发泡和挤出成型加工中具有明显的竞争优势。

2.4 共混改性

共混改性通过两种或以上的聚合物，通过混合、熔融挤出过程制备聚合物混合材料。共混是一种简单又有效的聚合物改性方法。通过普通的PP 添加高熔体强度PP 和其它聚合物及助剂。经过熔融共混来制备高熔体强度PP。可在多种场合使用。

邬素华[5]通过选取不同分子量的PP、低密度聚乙烯、异丁烯经过共混方式对PP 进行改性研究发现，两种不同分子量的PP 熔融共混，分子量分布变宽熔体强度增大；PP 中加入低密度聚乙烯、异丁烯也可提高材料的熔体强度。

3 高熔体强度PP的应用

3.1 吹塑

吹塑是一种生产中空制品的重要成型方法，具有广泛的应用范围。聚乙烯(PE)是塑料中空吹塑成型材料中最早实现商品化生产的品种，也是发展最快、应用最广的品种。由于PP 具有较低的熔体黏度及熔体强度、吹塑加工过程中抗熔垂性能较差，吹塑时易发生熔体破裂，很难进行吹塑加工。因此PP 很少用于吹塑加工成型应用。但PP 相对密度比聚乙烯小，强度高，而且PP 的耐热性比聚乙烯好，用PP 做中空制品时，相比于PE制品，既可以节约用料，降低产品成本，而且制品本身强度和耐热性能比PE 更加优异。因此，开发可以用于吹塑加工的PP 专用料具有一定的市场价值和前景。

HMSPP 自身具有高熔体强度，和长支链结构在吹塑过程中可以防止在吹塑过程中型坯下垂，容易得到壁厚均匀的管坯，具有较宽的加工窗口使加工过程易于控制。SABIC 推出SABIC®PP-UMS，韩国三星综合化学公司开发的嵌段HMSPP，牌号BM200 等牌号具有超高熔体强度，用于吹塑、挤出得到的产品具有产品耐温性好、硬度高、产品易加工形状保持好的特点。

3.2 发泡

PP 发泡与传统发泡材料PS 发泡相比，PP 具有重量轻、耐热性好、产品无毒无味的特点，PP 发泡产品还具有较高的强度和韧性以及可回收利用的特点。因此在汽车、家电日用品等各个行业得到广泛的应用。普通的PP 由于熔体强度较低在发泡过程中泡孔容易塌陷和收缩，导致发泡产品存在内部泡孔不均、表面发花和缩印现象。

高熔体强度PP 因具长支链和网状结构赋予其较高的熔体强度和拉伸黏度，在发泡过程中高熔体强度可以有效降低微孔壁的破裂，解决PP 发泡加工过程中出现的塌陷和收缩现象，产品冷却后得到均匀的闭孔结构。高熔体强度PP 具有良好的发泡性能，可以制备出高质量泡沫材料。因此制备高熔体强度PP是改善其热成型性能和发泡性能的关键和前提[6]。

4 结语

高熔体强度PP 具有优异的加工性能和物理性能，极大拓宽了PP 的应用范围。用普通PP 通过化学交联、辐照交联、聚合接枝及共混等方法对PP 进行支化、交联可以制备高熔体强度PP。制备高熔体强度PP 以及利用高熔体强度PP 进行吹塑、挤出成型、微发泡是PP 高性能化研究的热点。研究开发高熔体强度PP 具有重要的意义。