PP粉料降解和抗降解的紅外分析和沖擊譜圖分析.pdf

1、聚丙烯主鏈上含有叔碳原子，使得未添加抗氧劑的聚丙烯粉料容易產(chǎn)生熱氧老化。因而，通常的聚丙烯產(chǎn)品是添加了抗氧劑的粒料。對于粒料及其成型產(chǎn)品的降解和抗降解的問題，以及相應的紅外光譜分析表征，文獻已經(jīng)有大量的報道。但對于用紅外光譜定量分析方法研究未添加抗氧劑的聚丙烯粉料的降解問題，卻少有人問津。尚未見系統(tǒng)的研究。 本文結(jié)合目前國內(nèi)外濕法復合材料成型工藝中的發(fā)展狀況，提出采用紅外光譜定量分析的方法，來研究聚丙烯粉料降解和抗降解的表征、降

2、解和抗降解機理、流變學評估方法的佐證等問題。本工作根據(jù)未添加抗氧劑的聚丙烯粉料容易降解、測試誤差大的特點，提出從制樣工藝、內(nèi)標峰優(yōu)選等各個方面進行改進的思路，借助數(shù)理統(tǒng)計理論的區(qū)間估計的方法進行分析，從而發(fā)展出提高聚丙烯粉料紅外光譜測試精度的方法。在此基礎上，對聚丙烯粉料的熱氧降解行為進行紅外定量分析表征。從紅外定量分析的角度，佐證了用流變學方法評估聚丙烯降解程度的合理性和可行性，并且，通過細致的分析，說明在材料可加工的粘度范圍內(nèi)，流變

3、學的評估方法有其優(yōu)點。同時，實時、在線地研究了密煉過程中聚丙烯的降解機理，闡明了密煉過程中熱氧降解機理和力—化學降解機理的相互競爭情況和主導作用隨時間的變化過程。此外，本文還初步研究了未加抗氧劑的聚丙烯薄膜的降解動力學過程，研究了添加抗氧劑的聚丙烯的抗降解性的表征問題，以及抗降解聚丙烯粉料的沖擊圖譜問題等。 實驗結(jié)果表明，紅外光譜定量分析佐證了應用流變學方法來評估聚丙烯的降解過程、包括熱氧降解和力—化學降解的合理性。在相同的密煉

4、條件下，平衡轉(zhuǎn)矩越低，紅外光譜羰基指數(shù)越高，說明聚丙烯的降解程度越大。并且，流變學的評估方法有其優(yōu)越性，在材料可加工的粘度范圍內(nèi)，用轉(zhuǎn)矩的高低評估聚丙烯降解程度的高低要比采用紅外光譜羰基指數(shù)法的靈敏度高。與未熱氧老化處理的PP空白粉料相比，對于經(jīng)過120℃，2.5小時熱氧老化處理的PP粉料，其紅外光譜羰基指數(shù)的增加率僅僅為4.76％，紅外光譜羥基指數(shù)的增加率也只有13.33％，但流變學的平衡轉(zhuǎn)矩下降率則達到31.82％。 在聚丙

5、烯的密煉過程中，物料的轉(zhuǎn)矩數(shù)值與其羰基指數(shù)呈現(xiàn)負相關(guān)性。隨著降解程度的增加，羰基指數(shù)不斷增加，而轉(zhuǎn)矩不斷降低。進一步說明流變學的時間—轉(zhuǎn)矩曲線可以實時、在線、動態(tài)地表征聚丙烯粉料的降解過程。 對于密煉過程中聚丙烯的降解情況可以這樣動態(tài)描述：在密煉的初期，聚丙烯的降解機理是熱氧降解機理和力—化學降解機理同時存在，互相競爭；其后，隨著密煉時間的延長，熱氧降解機理的作用逐步削弱，力—化學降解機理逐步成為主導降解機理。 PP粉料

6、比粒料易于發(fā)生熱氧降解。純PP粉料的羰基指數(shù)和羥基指數(shù)分別為0.21和0.30，經(jīng)過130℃，3小時熱氧老化處理之后，其羰基指數(shù)和羥基指數(shù)分別高達2.06和2.50；相比之下，純PP粒料的羰基指數(shù)和羥基指數(shù)分別為0.17和0.30，而經(jīng)過130℃，3小時熱氧老化處理后的羰基指數(shù)和羥基指數(shù)則分別僅僅為0.16和0.33。熱氧降解程度隨熱氧老化處理時間的增加而增加，經(jīng)過120℃，2小時熱氧老化處理之后，PP粉料的羰基指數(shù)和羥基指數(shù)分別變?yōu)?

7、.21和0.32，而經(jīng)過120℃，3小時處理后，其羰基指數(shù)和羥基指數(shù)則分別提高到為0.27和0.40。熱氧降解程度也隨熱氧老化處理溫度的增加而增加。 各種厚度的PP薄膜的在降解過程中的羰基和O-H濃度隨熱氧老化處理時間的變化主要可以分成四個階段：誘導階段、指數(shù)律加速增長階段、線性增長階段、增長速度減慢并最終停止增長階段，其中線性階段的增長速度隨薄膜厚度的增加而降低，這主要與O2的擴散控制以及其在晶區(qū)的不溶解性有關(guān)。薄膜在“脆化點

8、”時的羰基指數(shù)隨厚度的增加呈線性降低，而羥基指數(shù)則穩(wěn)定在10.41左右，變化不大；樣品厚度與“脆化時間”呈線性關(guān)系。 本工作采用的w-PP粉料，降低了抗氧劑的用量，抗氧劑用量可以降低到0.3％，而各項沖擊性能則與未進行熱氧老化處理的PP粉料相近。w-PP粉料的沖擊譜圖分析表明，w-PP粉料的各項沖擊性能與PP粉料相比，除了最大撓度以及韌性參數(shù)略有所下降外，沖擊強度以及總能量都與PP粉料接近，這說明了w-PP粉料具有很好的抗降解效