聚丙烯抗老化改性方法综述

王金英

【摘 要】聚丙烯（PP）因具有质量小、力学性能优异、化学稳定性好、成型加工容易等优点，已经得到广泛地应用。但受其自身结构及外界环境等因素的影响，聚丙烯制品在使用过程中出现泛黄、龟裂等现象，导致其使用寿命受到影响，并且聚丙烯制品的使用环境多暴露在室外，因此，研究聚丙烯老化原因以及聚丙烯抗老化性能的改善方法显得非常必要。

【关键词】聚丙烯;抗老化;改性方法综述

1、前言

聚丙烯（PP）作為五大通用塑料之一，其在日常生活中运用广泛。聚丙烯是密度最轻的塑料原料，其外观呈无色半透明颗粒，作为食品级塑料，被广泛应用食品包装类，例如泡沫塑料盒，PP塑料杯等等。聚丙烯根据主用途可分为五大类：PP注塑、PP拉丝、PP纤维、PP薄膜、PP管材。而在传统的聚丙烯边坡材料研究生产过程中，人们只注意到其强度方面的性能而忽略了其易光氧老化的缺点，以及对环境的破坏。而且许多制品需长期在暴露条件下使用，因此研究添加剂对聚丙烯（PP）老化的影响具有实际意义。

2、聚丙烯材料改性方法

聚丙烯（PP）是最常见的高分子材料之一，近年来，聚丙烯（PP）以其综合性能优良、价格低廉，而成为五大通用塑料中增长最快的品种。然而，聚丙烯材料在室外自然环境下使用，受到热、氧、光等外界因素的影响，其性能会不断降低，使用寿命不断缩短，进而影响使用价值。然而，PP也存在某些缺陷，因此，在应用范围上，尤其是作为工程材料受到限制，因长期受太阳光、热、氧等外界因素作用而使其发生质变老化，如制品表面龟裂甚至完全粉化、机械性能下降甚至消失等，进而影响其使用性能。因此，改善并提高PP耐候性成为一个重要的研究课题和研究热点，引起人们的广泛关注。而对聚丙烯的改性方法中，接枝改性是一种比较有效的改性手段或者添加光稳定剂或者添加特种改性剂等等。

2.1接枝改性

接枝改性是对高分子材料进行改性的常用手段之一。聚丙烯接枝共聚物是在聚丙烯骨架分子链上，接上一种（或若干种）聚合物单体支链而生成的。由于聚丙烯本身并没有反应活性，很难自发地和其他单体发生接枝，为了使接枝反应能够正常进行，需要对其表面进行处理，使其表面产生可以发生接枝反应的活性接枝点。关于聚丙烯接枝改性的方法有熔融接枝法、气相介质法、辐射表面接枝法、高温接枝法、溶液接枝法、等离子体表面接枝、化学表面接枝等等。

2.1.1等离子体表面接枝

等离子体表面改性技术适用于各类高聚合物材料的表面接枝。G.H.Yang等利用Ar等离子体预处理PI薄膜，成功引入1一乙烯基咪唑（4VIDz）等单体，并通过研究发现接枝后的薄膜与铜板的粘接性能得到提升。

2.1.2辐射接枝改性

辐射接枝是利用高能射线照射聚丙烯，使其表面产生活性自由基，然后与带有亲水基团的单体发生接枝共聚反应，从而达到改性的目的。辐射接枝改性可分为共辐射接枝、过氧化辐射接枝和预辐射接枝三种方法。

2.1.3化学接枝改性

化学接枝改性是利用化学方法对接枝高聚物进行表面处理，使高聚物的表面生成可以发生接枝反应的活性中心，然后与带有活性官能团的单体发生接枝共聚反应，从而在表面接枝上亲水性基团。例如，丙烯腈（AN）由于其氰基的存在，可以和聚丙烯（PP）在引发剂引发下发生接枝反应，从而达到抗老化的目的。另外丙烯晴还可以提高共混物的力学性能。利用化学接枝对聚丙烯纤维进行表面改性，效果好、成本低、操作工艺简单，适合工业化生产，但对周围环境污染比较严重。

2.2熔融共混改性

罗付生等通过熔融共混的方法将制备的高软化点硬沥青添加到聚丙烯中，制成共混材料，并通过加速老化试验，对添加硬沥青材料后的聚丙烯共混物进行抗老化性能的测试表征，相应的红外谱图以及力学性能的测试结果表明添加硬沥青后的聚丙烯材料，其抗光老化性能有很明显的改善。

2.3添加稀土氧化物

于莲通过实验测试复合材料自然老化实验前后力学性能的变化，发现稀土化物对聚丙烯（PP）老化性能有一定的的影响。同种稀土氧化物复合材料中，稀土氧化物含量的不同对拉伸强度影响不大;而稀土氧化物填充量高，其冲击强度高，抗老化性能好。

王增林等采用TG-DTA、TMA、FP等测试技术研究了添加稀土氧化物后聚丙烯的热力学性能。结果表明，稀土氧化物的加入可以在不同程度上改善聚丙烯的热稳定性，改变其热分解机理。同时影响聚丙烯的热膨胀过程，将其软化温度提升70℃左右，膨胀系数也随着稀土氧化物的种类而发生变化。

2.4添加纳米材料

纳米材料由于具有小尺寸效应、表面临界效应，以及高温下的高强度、高韧性等特性，近年来引起广泛关注。而纳米材料对聚合物的改性也成为材料研究领域的热点。由于纳米TiO2化学性质稳定、无毒，具有良好的耐热性，具有高效的紫外线屏蔽能力，可以替代传统有机紫外线吸收剂，改善高分子材料的抗老化性能，是目前研究较多的一种纳米材料。虽然抗老化效果好，但是无机纳米粒子由于比表面较大，易于团聚和吸附，在材料中形成强度弱点，加入一定量后可能会导致材料性能下降，因此在使用之前，需要对纳米粒子进行适当的表面处理。一般情况下，均采用表面活性剂对纳米粒子进行处理，使其在复合材料中有良好的分散性。

2.5添加光稳定剂

研究证明：太阳光辐射是导致聚丙烯材料老化的重要原因。因此，要想提高聚丙烯材料的使用寿命，减缓其老化程度，就必须解决太阳光辐射问题。其中比较常见的方法是在聚丙烯基体中添加光稳定剂，光稳定剂可以有效的抑制或减缓由光氧化作用引起的聚丙烯材料的降解，提高光稳定性，延长使用寿命。常用的光稳定剂按其作用机理大致可分为4类，即紫外线吸收剂、猝灭剂、自由基捕获剂和光屏蔽剂。

（1）紫外线吸收剂能有效吸收波长为290nm～410nm的紫外线，而很少吸收可见光，另外它本身具有良好的热稳定性和光稳定性，而且其化学稳定性较好，不会与聚丙烯制品发生不利反应，一般作为添加物与其他光稳定剂（如受阻胺类）复配，效果更加理想，主要有UV-9，UV-P，BAD，三嗪-5，UV-Ab-sorber317等。

（2）猝灭剂能够通过分子间的能量转移，使高聚物从受激聚合物分子上将激发能消除，淬灭激发态分子，将其转变成热能、磷光或荧光，使之回到低能状态，避免聚丙烯遭紫外线破坏，从而达到稳定作用，主要包括有机镍、有机钴等。

（3）自由基捕获剂能捕获高分子中所生成的活性自由基，形成可以长时间稳定存在的自由基或稳定分子，从而抑制光氧化过程，达到光稳定的目的。这类光稳定剂主要是受阻胺光稳定剂（HALS），有哌啶系、哌啶系衍生物及咪唑烷酮系衍生物。

（4）光屏蔽剂能够遮蔽或反射紫外光的物质，使光不能透入聚合物内部，令聚合物内部不受紫外线的危害，有效地抑制光氧化降解，从而起到保护高分子聚合物的作用。光屏蔽剂有炭黑、氧化钛、酞菁蓝、酞菁绿等。

3、结语

纵观聚丙烯抗老化改性的各种方法可知，多数方法利弊并存，即改性效果好但成本太高，有些方法效果不理想但无毒、无害、无污染。无论采用哪种改性方法，其目的都是改善聚丙烯的抗老化性能，增强其稳定性并延长使用寿命，使之能够适用于各种环境，进而扩展聚丙烯的应用范围。一直以来，聚丙烯的抗老化改性都是研究者关注的重点。随着社会的发展，人们对材料的要求越来越高，未来聚丙烯的改性研究将越来越受到重视。

参考文献：

[1]罗付生.硬沥青对聚丙烯抗光老化性能的改性研究[J].材料科学与工程学报，2006，24（4）：508-510.

[2]谢柠蔚，张瑜，张广宇.活性纳米CaCO3对聚丙烯抗老化性能的影响[J].纺织导报，2018（1）：41-42.

（作者单位：国家能源集团宁夏煤业公司烯烃二分公司）