第40卷第7期 塑料工业 2012年7月 CHINA PLASTICS INDUSTRY ・87・ 氯化聚乙烯专用HDPE的结构与性能研究 李朋朋 ,白锦豫 ,薛 山 ,刘强 ,杨世元。 (1.中国石油兰州化工研究中心,甘肃兰州730060;2 中国石油兰州石化公司石油化工厂,甘肃兰州730060) 摘要:剖析了三种市场上常见专用料的摩尔质量及其分布、结晶性能、低聚物含量、粒径分布、比表面积、微观 结构,提出氯化聚乙烯专用料应该具有中等摩尔质量、窄摩尔质量分布及较好的结晶性能。为保证高的氯化效率,专 用料还应具有窄的粒径分布、较低的低聚物含量、较大的比表面积和孔容。同时通过旋转流变仪温度扫描的方式研究 了专用料流变性能的温度依赖性。小于220℃时,随温度升高,三种专用料的黏度减小,损耗角增大;在220—230 ℃之间,三种专用料都发生了一定程度交联,表现为黏度增大,损耗角减小。 关键词:氯化聚乙烯;粒径分布;比表面积;孔结构 中图分类号:TQ325.1 2 文献标识码:B 文章编号:1005—5770(2012)07—0087—04 Structure and Properties of HDPE Special Resins for Chlorinated Polyethylene LI Peng。peng ,BAI Jin—yu ,XUE Shan ,LIU Qiang ,YANG Shi—yuan (1.Lanzhou Petrochemical Research Center,PetroChina,Lanzhou 730060,China; 2.Petrochemical Plant of Lanzhou Petrochemical Company,PetroChina,Lanzhou 730060,China) Abstract:The molar mass and distribution,crystal properties,the oligomer content,particle size dis- tribution,specific surface area,microstructure of three types of special use material selling in the market were analyzed.HDPE resins for CPE should have the characteristics of middle relative molecular mass,nar- row relative molecular mass distribution,high degree of crystallinity.To insure the higher chlorination effi- ciency,special Material should also have a narrow particle size distirbution,lower oligomer content,and lar- ger surface area and pore volume.The temperature dependence of special material rheological properties was studied by the rotational rheometer temperature scan.When it was lower than 220℃.with increasing tern— perature,the viscosity of three kinds of special materials decreased,the loss angle increased;between 220~ 230 oC,three special material had undergone a certain degree of cross‘linking,expressed as the increasing of viscosity,and decreasing of loss angle. Keywords:Chlorinated Polyethylene;Particle Size Distribution;Specific Surface Area;Pore Structure 氯化聚乙烯(CPE)是由聚乙烯与氯气通过高分 结构与性能剖析,提出CPE专用料应具备的结构性 子取代反应得到的改性高分子材料。由于CPE具有 能特征,为开发出满足国内需求的高性能专用料提供 优良的柔韧性,广泛应用于PVC改性方面。CPE生 参考,并为其加工应用提供指导。 产对聚乙烯原料有特定要求,国内最早只有中国石油 1 实验部分 辽阳石化公司生产专用HDPE(LD555P)。由于国内 1.1原材料 CPE生产对原料的需求13益增长,韩国LG公司生产 三种专用料的基本结构性能见表1。 的HDPE(CE6040)进人中国市场,国内燕山石化、 1.2测试方法 扬子石化纷纷投人开发生产行列,扬子石化2009年 采用凝胶渗透色谱仪(GPC 2000,美国WA— 开发生产的专用HDPE(YEC5505T)投入市场,已 TERS公司)测定样品的摩尔质量及其分布,流动相 经用于CPE用户。目前国内生产CPE用HDPE专用 溶剂为邻二氯苯,标样为单分散的聚苯乙烯,测试温 料市场约25万t/a,国内专用料产能不足10万t/a, 度为135℃。 市场需求大¨ 。本文通过对市场CPE专用HDPE的 作者简介:李朋朋,男,1982年生,理学硕士、工程师,研究方向为聚乙烯树脂结构与性能。 lipengpeng3@petrochina.com.cn ・88・ 塑料工业 表1 三种专用料的基本性能参数 Tab 1 Basic structure and property of three specil mataerials 2结果与讨论 2.1 DSC分析 HDPE牌号 生产厂家 CE6040 LO555P 5505T 韩国LG辽阳石化扬子石化 CPE的摩尔质量对其性能有着重大影响,如材 熔体质量流动速率/g・(10min) 0.44 0.48 0.65 密度/g・em 0.945 1 0.948 6 0.947 2 重均摩尔质量/g・tool 233 000 224 O0o 207 000 数均摩尔质量/g・tool 62 000 53 0oO 38 Ooo 多分散指数 3.8 4.2 5.4 利用示差扫描量热仪(DSC,Q2000,美国TA 公司)进行熔融结晶性能测试。测试条件:在氮气 氛条件下,以15 ̄C/min升温速度,从3O℃升温到 180℃,恒温5 min消除热历史,之后以15℃/min 降到30℃,随后再15℃/min升温速度升温到 170℃。 低聚物含量(蜡含量)测试使用步琪B一811萃 取系统,溶剂为正庚烷。先称取大约2 g试样(m ) 并用滤纸包好,称量其总质量(m ),随后放入萃取 系统中抽提2 h。加热级别12,采用标准索式抽提方 式,萃取完成后的样品放入真空烘箱,温度为100℃ 下干燥0.5 h,冷却后取出称重(m ,精确至0.1 mg)。低聚物质量分数 按式(1)计算: (rn,3一m 2)/m1 x 100% (1) 粒径分布的测定使用筛分法。将筛孔直径为20、 40、60、80、100、120、140、160、18O、200目的 标准筛,按照孔径从小到大由下至上依次摞起,最下 面为底筛,最上面为筛盖,然后固定在振筛机上,自 动振动10 min,筛分完成后,通过称重的方式记录下 每层标准筛中得到的颗粒质量,并由此求得以质量分 数表示的颗粒粒度分布。 用比表面积及孔径分析仪(NOVA 2000e型,美 国康塔公司)测定样品的BJH吸附比表面积,氮气 为吸附质。 用扫描电子显微镜(SEM,XL30型,荷兰Phil. ips公司)观察试样的微观形貌,试样表面经喷金处 理,加速电压25.0 kV。 通过旋转流变仪(AR G2,TA公司)温度扫描 的方式测量样品的黏流活化能。扫描温度范围为t70 ~250℃,测试应变为5%,测试频率为0.1 rad/s。 测试得到复数黏度随温度的变化关系,根据第一 Cox—Merz关系式 将其转化为表观黏度随温度的变 化关系,按照文献[2]中方法计算黏流活化能。 料的强度、硬度、韧性、耐老化稳定性、流动性等。 需要较高摩尔质量才能使制品具有足够的强度,但是 摩尔质量过大会导致黏度太大,难于加工。由于CPE 与其聚乙烯原料具有相同的主链结构,CPE的摩尔 质量及其分布就决定于专用HDPE的摩尔质量及其分 布。从表1可以看出,CE6040与L0555P具有相近的 摩尔质量及分布,5505T的摩尔质量略低,摩尔质量 分布稍宽,因此其熔体质量流动速率略高。整体而 言,三种HDPE具有中等摩尔质量和较窄的摩尔质量 分布。 三种专用料的DSC分析结果和蜡含量分析结果 见表2。从表2中可以看出,三种专用料熔点 均大 于134 oC,结晶温度 均大于117℃,结晶度 都 大于60%,低聚物质量分数都小于2.5%。说明CPE 专用料具有较好的结晶性能和较低的低聚物含量。 表2 CPE专用料的DSC分析结果和蜡含量 Tab 2 DSC results and wax contents of specialty resins for chlorinated polyethylene 注:1)X =AH /AH 。×100%,其中△日 为HDPE的 熔融焓,△ 。为100%结晶度HDPE的熔融焓,取287.3 J/g 。 2.2粒径分析 图1 CPE专用料的粒径分布 Tig 1 Particle size distribution of specialty resins for CPE CPE的水相悬浮氯化反应是一种非均相反应, 聚乙烯粉末粒径大小对氯化的均匀性有明显的影响。 如粒径小则颗粒的比表面积大,氯原子向颗粒内部的 渗透容易,氯化较均匀。但是颗粒太细,颗粒表面的 自由能增大,颗粒凝结的倾向增大,对分散体系要求 ・90・ 塑料工业 2012年 (上接第4页) [J].J Mater Sci,2001,36:1809—1815. 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