1.聚丙烯概述

聚丙烯是五大通用合成树脂中的一个重要品种，在国内外的发展均十分迅速。在全球塑料用五大合成树脂中，聚丙烯的产量占有1/4左右的份额，预计2006年世界五大通用合成树脂的总产能将达到1亿9千万吨，其中聚丙烯4878万吨，占总产能的25.6%。而我国2004年聚丙烯树脂产量为474.88万吨，进口291.4万吨，出口1.53万吨，其表观消费量为764.7万吨，占当年全国五大通用树脂表观消费量总和2954万吨的25.9%。预计到2010年我国聚丙烯树脂的表观消费量将增加至1080万吨，较2004年增长40%以上。

2.聚丙烯的老化及耐老化研究

PP的主链上有叔碳原子，在热、氧、紫外线等外界因素作用下极易发生化学变化，其表现为红外吸收光谱中出现羰基峰，随后生成过氧化物，断裂后形成游离基，这些游离基进一步引起整个大分子链裂解、支化与交联，使PP失去高分子材料的特征，丧失其使用性能。

宏观上可以通过PP特性粘度下降或熔体流动速率增大而加以判断。特性粘度下降或熔体流动速率增大，意味着聚丙烯分子量变小。例如分子量为27.1万的PP在310℃的加工温度下挤出加工三次后，分子量降低至5.23万。PP主链断裂产生大量游离基，一方面会继续攻击主链上碳原子，导致新的降解反应，同时也还会伴随着游离基之间的藕合或交联，分子量下降的速度有可能减慢，但材料宏观上会变硬和脆化。降解过程中产生的氧化结构（如羰基、过氧化物等），会进一步提高对光引起降解的敏感性。

根据作用机理不同，抗氧剂可分为游离基链反应终止剂（主抗氧剂）和过氧化物分解剂（辅助抗氧剂）两类。现在市场上有许多种抗氧剂供选用。选用的原则是价格、与PP的相容性和抗氧化效果。目前获得认可，且技术经济两方面较为合适的抗氧剂是酚类1010和亚磷酸酯168的复配物，称之为B215或B225，前者1010与168比例为1:2，后者1010与168比例为1:1。

图1表明不同抗氧剂对PP熔体流动速率的影响。从图中可以看出没有抗氧剂时，PP仅挤出4次就已严重降解，而加入亚磷酸酯626的PP，经反复挤出受热10次熔体流动速率仍然变化不大。

图1 抗氧剂PP熔体流动速率的影响

O：空白 C：1010 D：168 E：德国Bayer公司产 F：美国GE公司产亚磷酸酯

图2所示的曲线中，B线表明经十次挤出受热后，PP的熔体流动速率基体没有变化，这是由轻工业部塑料加工应用研究所研制的{zj0}主辅抗氧剂复配物QS215。

图2 PP熔体流动速率随挤出加工次数的变化

B：QS215 A：B215（北化）C：CA+DLTP E：1010+DLTP

以上试验中PP为北京燕化2401粉料，未加过任何助剂，其配比为PP：抗氧剂：硬脂酸钙=100：0.25：0.25；挤出加工工艺条件：五区温度（℃）从加料口到机头分别为150、210、230、240、230，螺杆转速为60r/min。

在加工过程中只要加入足够量的抗氧剂并分散均匀，就可以保证PP在整个热历程中的稳定，而且在成型后的相当时期内都保持良好的稳定，不会发生严重降解。但如果暴露在户外，仅有残存的抗氧剂还不足以保护聚丙烯。在热氧化过程中生成的羰基化合物会在强烈吸收紫外线后处于激发态，在常温下也会使PP发生严重降解。

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  • 紫外线吸收剂可吸收波长290~400nm的紫外线。紫外线吸收剂吸收紫外线后被激化，然后转化成没有破坏性的长波光（如红外光）。PP最敏感的波长为290~325nm和370nm左右的紫外光，这在选择紫外线吸收剂时应加以注意。
  • 紫外线淬灭剂其作用是将吸收了光能的激发态分子的能量迅速地转移掉，再回到稳定的基态。它是通过分子间的作用使能量转移，而紫外线吸收剂是通过分子内结构的变化使能量转化的。
  • 紫外线屏蔽剂主要指炭黑，{zh0}是粒径为15~25nm的槽法炭黑。添加0.2%炭黑的PP制品预计有10年的耐晒性，而2%的炭黑可以使PP制品有20年以上的耐曝晒性。

对于白色或浅色制品，可使用氧化锌为屏蔽剂。研究结果表明，添加粒径0.11μm的氧化锌10%，可使PP的耐候能力提高到8年以上。适合PP使用的光稳定剂有吸收剂UV-531、UV-327、三嗪-5和淬灭剂NBC、1084等。

特别需要加以注意的是液相本体法聚合出来的聚丙烯，尽管在分子量分布上、灰分含量上和卤素含量上已有很大改进，但大部分仍以不加任何助剂形式出厂。用户在使用时必须注意及时使用并加入适量的助剂。下面是粉状PP耐老化改性的研究结果，见表1、2、3、4。

表1 耐老化助剂对粉状PP热氧老化性能的影响

表2 聚丙烯编织袋人工加速老化试验（ISO4982-1981E）

表3 聚丙烯编织袋自然气候曝露试验（GB 3681）

表4 聚丙烯编织袋的性能

从表3看出，使用没有经过耐老化改性的粉状PP制作的编织袋，甚至过不了成型加工关，初始力学性能就达不到国际要求，更不用说在使用过程中的表现了。另一方面耐老化助剂用量越多，编织袋的初始性能越好，可以理解为足够量的助剂可以更细微地分布到每一个PP大分子跟前，起到及时的保护作用。当然从成本考虑，只要能满足使用要求，适量即可。