聚丙烯(PP)泡沫塑料具有良好的熱穩(wěn)定性(最高使用溫度達(dá)
然而，PP具有較高的結(jié)晶傾向和柔軟的長(zhǎng)鏈大分子結(jié)構(gòu)，其軟化點(diǎn)和熔點(diǎn)很接近，使得PP的韌性差、熔體強(qiáng)度低導(dǎo)致其熱成型性、發(fā)泡性能很差。人們采用各種方法對(duì)PP進(jìn)行改進(jìn)，目前主要采用的方法有：直接使用高熔體強(qiáng)度PP、化學(xué)交聯(lián)、共混/填充改性。
1 聚丙烯泡沫塑料樹(shù)脂的研究
1.1 高熔體強(qiáng)度聚丙烯(HMSPP)樹(shù)脂
使聚丙烯具有良好的發(fā)泡性能最直接的方法是使用HMSPP作為發(fā)泡材料。比利時(shí)Montell公司最早開(kāi)發(fā)出了這種HMSPP并已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，該公司生產(chǎn)的Profax-F814樹(shù)脂具有比普通線性PP高出9倍的熔體強(qiáng)度(見(jiàn)表1)。此外，Chisso Amefi-ca、埃克森美孚等公司也開(kāi)發(fā)了不同牌號(hào)的HMSPP產(chǎn)品。我國(guó)近年才開(kāi)始這方面的研究，至今只有北京化工研究院和揚(yáng)子石化研究院成功研制了HM-SPP，但是成本較高，不利于工業(yè)化。
表1 HMSPP與普通PP的性能比較
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性能 |
Profax-F814 |
普通 |
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MFR/(g/10min) |
2 |
3 |
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密度/g·cm-3 |
0.91 |
0.9 |
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拉伸屈服強(qiáng)度/MPa |
40 |
37 |
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彎曲模t/MPa |
2206 |
1700 |
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缺口沖擊強(qiáng)度(23t)/J·m-1 |
27 |
64 |
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熱變形溫度(0.45MPa)/℃ |
135 |
110 |
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塑化溫度/℃ |
-168 |
157 |
1.2 化學(xué)交聯(lián)提高PP樹(shù)脂熔體強(qiáng)度
由于我國(guó)高熔體強(qiáng)度PP的生產(chǎn)還是空白，為增力D熔體強(qiáng)度，國(guó)內(nèi)在PP發(fā)泡方面的研究主要集中在化學(xué)交聯(lián)上。
二十一世紀(jì)初，George Kotzev用叔丁基過(guò)氧化物己烷和對(duì)苯二酚作交聯(lián)劑和交聯(lián)助劑，對(duì)LDPE/PP共混物進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)注射成型，制得的交聯(lián)發(fā)泡樣品的泡孔分布均勻、大部分是球形結(jié)構(gòu)。研究表明，當(dāng)對(duì)苯二酚含量過(guò)多或過(guò)少時(shí)，分子降解嚴(yán)重，黏度低，使泡孔合并增加，泡孔形狀不規(guī)則，且分布不均勻。
華北工學(xué)院李迎春等人以過(guò)氧化二異丙苯(DCP)為交聯(lián)劑，二乙烯基苯為助交聯(lián)劑，使PP樹(shù)脂在發(fā)泡之前交聯(lián)，利用壓制成型的方法制取了泡孔均勻、細(xì)密的板材。四川大學(xué)的孫洲渝用DCP與乙烯類(lèi)化合物作為交聯(lián)劑和助交聯(lián)劑、雙氰胺改性偶氮二甲酰胺為發(fā)泡劑，制備了可發(fā)性微孔PP注射粒料。北京化工大學(xué)徐志娟等人介紹了一步法交聯(lián)PP擠出發(fā)泡成型技術(shù)。將混有發(fā)泡劑、交聯(lián)劑和其它助劑的PP在擠出機(jī)內(nèi)進(jìn)行塑化，使PP發(fā)生適度的交聯(lián)反應(yīng)，通過(guò)工藝條件的控制，經(jīng)擠出機(jī)擠出后在機(jī)頭口模出口處發(fā)泡，得到滿(mǎn)足一定要求的發(fā)泡制品，實(shí)現(xiàn)了一步法交聯(lián)PP擠出發(fā)泡成型。
1.3 普通PI'樹(shù)脂的共,lid填充改性
除了以上兩種獲得高熔體強(qiáng)度PP的途徑外，還可以通過(guò)共混或復(fù)合填充的方式來(lái)改善PP的發(fā)泡性能。目前共混改性當(dāng)中研究較多的是PE/PP體系，PP和PE都為結(jié)晶度較高的聚合物。溫度升高時(shí)，邢熔點(diǎn)低先融化，PP后融化，使共混物的融程變寬，同時(shí)PE的熔體強(qiáng)度高于PP，因而可改進(jìn)體系的熔體強(qiáng)度，發(fā)泡性能得到改善。
LeeP.C等利用PP和PE的結(jié)晶溫度顯著不同的特點(diǎn)，采用超臨界C02發(fā)泡技術(shù)對(duì)具有不均勻熔體的PP/LDPE共混體系發(fā)泡制得具有開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的泡沫塑料。SusanE等在對(duì)HDPE/PP體系的發(fā)泡和力學(xué)性能研究中發(fā)現(xiàn)，HDPE(30%)分散在PP中會(huì)降低體系中PP的球晶尺寸并破壞PP結(jié)晶的規(guī)整性。此體系用CO2飽和后，在
青島大學(xué)高分子材料研究所采用反應(yīng)型螺桿擠出機(jī)，以不飽和烯烴作為交聯(lián)助劑，一步法實(shí)現(xiàn)PP與LDPE的共混、接枝與交聯(lián)，制得了具有高熔體強(qiáng)度的發(fā)泡用聚丙烯。
PP/木粉復(fù)合體系作為木材的優(yōu)良替代品，已受到越來(lái)越多的重視，而發(fā)泡的PP/木粉復(fù)合材料比未發(fā)泡的密度更小，更接近于真實(shí)的木材。Avn-drzejK等對(duì)木粉(30%)填充的PP材料的注射成型發(fā)泡進(jìn)行了報(bào)道，研究了包括發(fā)泡劑種類(lèi)對(duì)泡孑L-直徑和其多分散性的影響；發(fā)泡對(duì)制品表面粗糙度的影響以及不同熔體指數(shù)PP的影響等。
南京航空航天大學(xué)的楊繼年”等人對(duì)短纖維(碳纖維和玻璃纖維)混雜增強(qiáng)PP復(fù)合泡沫材料力學(xué)性能進(jìn)行了研究。加入混雜短纖維能有效增加PP的熔體強(qiáng)度，獲得孔徑較小且均一的類(lèi)球形閉孔PP泡沫塑料。提高了材料的強(qiáng)度和模量，且增強(qiáng)效果高于單一纖維。加入纖維的總量一定時(shí)，短纖維的質(zhì)量比控制了PP的發(fā)泡效果和纖維的分布狀況，進(jìn)而控制了材料的力學(xué)性能。當(dāng)纖維總含量為15%且SGF：SCF為1：1時(shí)，材料的抗彎強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度最高；為3：1時(shí)，材料的沖擊韌性和壓縮模量達(dá)到最大值。
2 聚丙烯泡沫塑料的應(yīng)用
2.1汽車(chē)零部件
PP發(fā)泡材料的一個(gè)特別重要的應(yīng)用領(lǐng)域是汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域，如制造汽車(chē)保險(xiǎn)杠、汽車(chē)車(chē)門(mén)防震芯、儀表盤(pán)等。而且由于PP與其它材料的共混性好、性?xún)r(jià)比高以及質(zhì)量輕等因素，PP發(fā)泡材料在汽車(chē)市場(chǎng)的需求增長(zhǎng)很快，許多著名汽車(chē)制造商都看好PP部件。美國(guó)已開(kāi)始生產(chǎn)用于汽車(chē)保險(xiǎn)杠的PP珠粒發(fā)泡材料。日本StyrenPaper公司生產(chǎn)的非交聯(lián)發(fā)泡保險(xiǎn)杠已被豐田公司采用，該保險(xiǎn)杠具有良好的耐熱性、尺寸穩(wěn)定性，以及吸收沖擊能量大、質(zhì)輕、易回收的特性。法國(guó)標(biāo)致公司已為其306型車(chē)配備了PP保險(xiǎn)杠系統(tǒng)。采用pp'發(fā)泡材料制作的保險(xiǎn)杠芯材比PU保險(xiǎn)杠芯材輕40%-50%，且吸能性高；兩者的耐沖擊力保持相等，但PU受5次沖擊后被破壞，而PP受7次沖擊后無(wú)破損。根據(jù)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，2010年國(guó)產(chǎn)汽車(chē)的產(chǎn)量將達(dá)到500萬(wàn)-600萬(wàn)輛。隨著現(xiàn)代汽車(chē)輕量化、節(jié)能型的發(fā)展趨勢(shì)，發(fā)泡PP可望得到連續(xù)穩(wěn)定的增長(zhǎng)。
2.2 隔熱材料
發(fā)泡PE能耐70
2.3 包裝材料
包裝用PP發(fā)泡片材比實(shí)芯片材輕50%以上，并具有實(shí)芯片材的大部分機(jī)械性能，可直接回收、質(zhì)地柔軟不會(huì)損傷被包裝物表面，可用做電器、計(jì)算機(jī)、照相機(jī)等物品的包裝材料，以及玻璃器皿、精密制件、易損件的貼身包裝。又由于PP發(fā)泡材料的可降解性能優(yōu)于PE、PS發(fā)泡材料，在陽(yáng)光下15d左右可老化降解，碎化成粉粒狀，故可用作一次性餐具。這一領(lǐng)域的應(yīng)用近年來(lái)在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的市場(chǎng)上已出現(xiàn)并有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。在我國(guó)，一次性餐具若有一半采用PP發(fā)泡材料代替，則需要PP發(fā)泡材料15萬(wàn)t以上。
2.4 在其它方面的應(yīng)用
中心發(fā)泡、表面光滑的PP結(jié)構(gòu)發(fā)泡板(簡(jiǎn)稱(chēng)CD板)用作建筑模板，不吸水，不黏水泥，透氣性好，深得國(guó)外建筑部門(mén)的喜愛(ài)，可以反復(fù)使用50次，壽命是膠合板的10倍，使用后可以回收，沒(méi)有廢棄物，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，稱(chēng)得上是“綠色產(chǎn)品”。澳大利亞曾專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)CD板為其奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館建設(shè)提供模板。PP結(jié)構(gòu)低發(fā)泡板材還可用作塑料野營(yíng)房的門(mén)板、墻板和屋面板等。亦可加工成隔音材料、絕熱材料以及工具的柄，還可用來(lái)制造船漿、防傾板、及輕便轉(zhuǎn)向舵，最近制鞋行業(yè)采用低發(fā)泡PP代替PU作涼鞋、拖鞋的鞋底及鞋面材料。
3 結(jié)語(yǔ)
聚丙烯泡沫塑料所具有的獨(dú)特力學(xué)性能和優(yōu)異的耐熱性，使它具有廣闊的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值，在生產(chǎn)汽車(chē)零部件、隔熱材料、包裝材料等方面顯示出巨大的市場(chǎng)和應(yīng)用前景，可彌補(bǔ)PU、PS等發(fā)泡材料的不足。隨著科技的不斷發(fā)展，聚丙烯泡沫塑料制品將會(huì)廣泛應(yīng)用于人類(lèi)生活的各個(gè)方面。
