HDPE基高聚物层状共混阻隔材料的研制

摘要

层状共混技术以其工艺相对简单,而且对环境没有污染,生产过程中的回收料可以重复使用、复合物的阻隔性能优异,已经成为当今世界阻隔包装材料领域的研究热点,世界各国无论是学术界还是产业界都在积极地对这一新兴功能材料领域进行研究与开发。 前人已在单螺杆挤出成型设备上对其进行了深入的研究,层状共混技术是通过选择具有合适粘度比的共混组份,并改善两相间的热力学不相容性,采用恰当的成型加工工艺条件,来实现阻隔性树脂在基体树脂中形成层状相分布,但是在双螺杆挤出机中的研究很少,国内尚未见报导。本文正是基于这种状况,通过选择合适的原材料,改变同向双螺杆挤出机流场控制,研究层状共混物在双螺杆挤出机中的形成规律,在此研究结果的基础上研制开发层状共混阻隔材料。 实验首先在对牌号为F600、5000S和5502的三种高密度聚乙烯(HDPE)、牌号为1013B的尼龙6(PA6)及牌号为WP56153的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的相关性能测试分析的基础上,采用双螺杆挤出机在不同螺杆转速下制备具有不同粘度比的共混物样品,采用扫描电镜对样品的微观形态进行了观测和分析。从中选择了最适合作为层状共混改性的两个共混体系(即HDPE 5502/PA6 1013B和HDPE 5502/PETWP56153)针对这两个体系,通过改变双螺杆挤出机的工艺参数(温度分布、螺杆转速及喂料频率)及相容剂的用量,讨论了这两种共混物分散相层状结构的形成机理。并对层状共混制品的阻隔性能及力学性能进行了研究。结果表明,加入一定含量的相容剂既有利于提高共混物的阻隔性能又能改善其力学性能。 其次,对HDPE 5502/PA6 1013B和HDPE 5502/PET层状共混物的阻隔性能进行了比较,并结合在双螺杆挤出机中层状形态形成的相关条件,对两个体系的开发前景进行了分析,分析结果表明HDPE 5502/PA6 1013B层状共混物更适合作为阻隔材料的开发体系。 最后,在塑料自动吹瓶机上进一步研究了温度分布及螺杆速率对HDPE5502/PA6共混物分散形态的影响,研制出的层状共混吹塑瓶对烃类溶剂的阻隔性能较HDPE中空吹塑瓶有了较大幅度的提高,并对层状共混吹塑瓶的阻隔性能影响因素进行了分析。

目录

摘要

Abstract

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 聚合物共混物的形态与性能之间的关系

1．2 层状共混物的简介及相关原理

1．2．1 材料的选择和改善组分材料的相容性

1．2．2 流场与分散相微观形态之间的关系

1．2．3 共混物分散相形态与阻隔性能关系的研究

1．3 高阻隔聚烯烃包装材料的研究进展

1．3．1 表面涂覆法

1．3．2 表面化学处理法

1．3．3 多层复合法

1．3．4 聚烯烃/阻隔性树聚合物层状共混法

1．4 课题的选择及研究意义

第2章 实验部分

2．1 实验主要原料

2．1．1 高密度聚乙烯(HDPE)

2．1．2 尼龙6(PA6)

2．1．3 聚对苯二甲酸乙二酯(PET)

2．2 实验主要设备及仪器

2．3 本体树脂的性能测试

2．3．1 透过系数的测试

2．3．2 材料在不同温度下熔融指数的测试

2．4 原料的预处理

2．5 HDPE/PA6及HDPE/PET共混物样品的制备

2．6 HDPE/PA6阻隔性层状共混物吹塑瓶的制备

2．7 分析测试及表征

2．7．1 Molau实验

2．7．2 共混物样品的形态观测

2．7．3 阻隔性能测试

2．7．4 力学性能测试

第3章 实验结果分析及讨论

3．1 本体树脂的性能测试

3．1．1 本体树脂阻隔性能的研究

3．1．2 本体树脂熔体的流变特性

3．2 分散相液滴的形变理论

3．3 HDPE/PA6共混体系的形态及阻隔性能研究

3．3．1 HDPE/PA6共混物体系相容性的研究

3．3．2 HDPE/PA6共混物体系的选择

3．3．3 双螺杆挤出机工艺参数对 HDPE 5502/PA6共混物形态的影响

3．3．4 HDPE 5502/PA6共混物的阻隔性能

3．3．5 HDPE 5502/PA6配比对层状共混物力学性能的影响

3．3．6 关于 HDPE/PA6共混体系的结论

3．4 HDPE/PET共混体系的形态及阻隔性能研究

3．4．1 HDPE/PET共混物体系相容性的研究

3．4．2 HDPE/PET共混物体系的选择

3．4．3 双螺杆挤出机工艺参数对 HDPE 5502/PET共混物形态的影响

3．4．4 HDPE 5502/PET共混物的阻隔性能

3．4．5 HDPE 5502/PET配比对层状共混物力学性能的影响

3．4．6 关于 HDPE/PET共混体系的结论

3．5 HDPE 5502/PA6和 HDPE 5502/PET体系的对比分析

3．5．1 HDPE 5502/PA6和 HDPE 5502/PET层状共混物阻隔性能的对比

3．5．2 HDPE 5502/PA6和 HDPE 5502/PET体系可吹塑实验分析

3．6 HDPE 5502/PA6层状共混阻隔吹塑瓶的研制

3．6．1 工艺参数的优化

3．6．2 层状共混吹塑瓶的阻隔性能

3．6．3 容器的跌落实验

3．6．4 关于 HDPE 5502/PA6层状共混吹塑瓶的小结

结论

参考文献

致谢