基于二元接枝单体制备PE⁃HD相容剂、粘接树脂及其性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.04.007

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (4): 35-42.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.04.007

基于二元接枝单体制备PE⁃HD相容剂、粘接树脂及其性能研究

刘光远¹, 翟前超¹, 王丰武², 汪义辉², 郑德宝², 陈祥迎¹(), 张忠洁³()

^1.合肥工业大学化学与化工学院，合肥 230009
^2.黄山贝诺科技有限公司，安徽黄山 245999
^3.安徽大学材料科学与工程学院，合肥 230601

收稿日期:2021-12-30 出版日期:2022-04-26 发布日期:2022-04-24
通讯作者: 陈祥迎（1976-），男，教授，研究方向为聚烯烃相容剂与粘接树脂，chenxy@hfut.edu.cn
张忠洁（1981-），博士，副教授，研究方向为高分子材料加工与成型，zhangzj06@ahu.edu.cn
E-mail:chenxy@hfut.edu.cn;zhangzj06@ahu.edu.cn;chenxy@hfut.edu.cn
作者简介:刘光远（1994-），男，硕士研究生，研究方向为聚烯烃粘接树脂，865940957＠qq.com

Preparation and performance of PE⁃HD compatibilizer and adhesive resin through binary monomer grafting

LIU Guangyuan¹, ZHAI Qianchao¹, WANG Fengwu², WANG Yihui², ZHENG Debao², CHEN Xiangying¹(), ZHANG Zhongjie³()

^1.School of Chemistry and Chemical Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China
^2.Huangshan Banner Technology Co，Ltd，Huangshan 245999，China
^3.School of Materials Science and Engineering，Anhui University，Hefei 230601，China

Received:2021-12-30 Online:2022-04-26 Published:2022-04-24
Contact: CHEN Xiangying, ZHANG Zhongjie E-mail:chenxy@hfut.edu.cn;zhangzj06@ahu.edu.cn;chenxy@hfut.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

以双螺杆挤出机熔融挤出为接枝方法，高密度聚乙烯（PE?HD）作为接枝主链，无味过氧化二异丙苯（BIBP）为引发剂，将马来酸二丁酯（DBM）和马来酸酐（MAH）两个极性单体进行复配接枝到PE?HD上，制备含有二元极性单体的相容剂PE?HD?g?（DBM?co?MAH）；再将其与PE?HD、线形低密度聚乙烯（PE?LLD）和乙烯?醋酸乙烯酯（EVA）基体树脂共混挤出制备钢丝管用粘接树脂。研究单体的配比和引发剂浓度对相容剂熔体质量流动速率（MFR）和接枝率（GD）的影响；通过调整基体树脂配比以及相容剂的添加量，研究粘接树脂的韧性、强度和粘接力。结果表明，在BIBP的作用下，DBM/MAH可以接枝到PE?HD上；当DBM/MAH的含量为1∶2时，相容剂的接枝率分别为DBM：0.73 %、MAH：0.76 %；当粘接树脂的组分中加入10 %的相容剂后其各项性能较好，满足国标中钢丝管对粘接树脂的要求。

关键词: 二元单体, 相容剂, 接枝率, 粘接树脂

Abstract:

Di?butyl maleate （DBM） and maleic anhydride （MAH） as a polar monomer were grafted onto high?density polyethylene （PE?HD） though melt extrusion with a twin?screw extruder using diisopropylbenzene peroxide （BIBP） as an initiator. The PE?HD?g?（DBM?co?MAH） copolymer containing binary polar monomers was prepared as a compatibilizer， and its chemical structure was characterized using Fourier?transform infrared spectrometry. The effects of the mass ratio of monomers and the initiator concentration on the melt flow rate and grafting rate of the compatibilizer were investigated. An adhesive resin was prepared through melt extrusion of the resultant compatibilizer with PE?HD， linear low?density polyethylene， and poly（ethylene?vinyl acetate） resin， and its toughness， strength， and adhesion of the adhesive resin were evaluated by adjusting the mass ratio of matrix resins and the compatibilizer amount. The results indicated that DBM and MAH could be grafted onto PE?HD with the initiation of BIBP. The grafting rates of compatibilizer were 0.73 wt% for DBM and 0.76 wt% for MAH at a mass ratio of DBM to MAH of 1 to 2. When 10 % compatibilizer was added into the adhesive resin， its properties were optimal and could meet the requirements of the adhesive resin for steel wire pipe according to the national standard.

Key words: binary monomer, compatibilizer, grafting rate, adhesive resin

中图分类号:

TQ325.1⁺2

刘光远, 翟前超, 王丰武, 汪义辉, 郑德宝, 陈祥迎, 张忠洁. 基于二元接枝单体制备PE⁃HD相容剂、粘接树脂及其性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 35-42.

LIU Guangyuan, ZHAI Qianchao, WANG Fengwu, WANG Yihui, ZHENG Debao, CHEN Xiangying, ZHANG Zhongjie. Preparation and performance of PE⁃HD compatibilizer and adhesive resin through binary monomer grafting[J]. China Plastics, 2022, 36(4): 35-42.

图/表 12

图1 DBM线性拟合曲线

Fig.1 DBM linear fitting curve

图2 MAH线性拟合曲线

Fig.2 MAH linear fitting curve

图3 不同配比的二元单体对相容剂GD的影响

Fig.3 Effect of binary monomers with different ratios on GD of compatibilizer

图4 不同配比的单体对相容剂MFR的影响

Fig.4 Effect of monomers with different ratios on MFR of compatibilizer

图5 BIBP对相容剂GD的影响

Fig.5 Effect of BIBP on grafting rate of compatibilizer

图6 复配极性单体的FTIR谱图

Fig.6 Infrared diagram of compound polar monomer

图7 相容剂的FTIR谱图

Fig.7 FTIR of compatibilizers

图8 二元单体相容剂接枝机理

Fig.8 Grafting mechanism of binary monomer compatibilizer

PE⁃HD∶PE⁃LLD （8007∶7042）

2∶1

1∶1

1∶2

4.735

2.613

1.814

16.52

21.20

18.56

955

1 250

1 100

116

表1 基体树脂的含量对粘接树脂力学性能的影响

Tab.1 Effect of matrix resin content on mechanical properties of bonding resin

密度/g•cm^-3

MFR/g•（10 min）^-1

维卡软化点/℃

拉伸强度/MPa

剥离强度/N•（25 mm）^-1

断裂伸长率/%

剪切强度/MPa

0.925~0.96

0.5~3

≥115

≥18

≥100

≥500

≥13

GB/T 1033.1

GB/T 3682

GB/T 1633—2000

GB/T 1040.1、GB/T 1040.2

GB/T 2790

GB/T 1040.1、GB/T 1040.2

GB/T 32439—2015

2.16 kg，190 ℃

A₅₀

厚度≥2 mm，50 mm/min

100 mm/min

厚度≥2 mm，50 mm/min

表2 给水用钢丝管对粘接树脂的性能要求

Tab.2 Performance requirements of steel wire pipes for water supply for adhesive resin

图9 EVA含量对粘接树脂熔点和伸长率的影响

Fig.9 Effect of EVA content on melting point and elongation at break of adhesive resin

PE⁃HD⁃g⁃（DBM⁃co⁃MAH）

含量/%

密度/

g•cm^-3

MFR/

g•（10 min）^-1

维卡软化点/

℃

拉伸强度/

MPa

断裂伸长率/

剪切力/

MPa

剥离强度/

N•（25 mm）^-1

0.943

0.948

0.952

3.6

2.9

2.82

118

122

126

19.2

22.5

23.4

1 415

1 365

1 215

20.5

25.5

24.3

103

120

112

表3 PE?HD?g?（DBM?co?MAH）含量对粘接树脂力学性能的影响

Tab.3 Effect of PE?HD?g?（DBM?co?MAH） content on mechanical properties of adhesive resin

参考文献 20

1	黄应勤，毛日辉，池晓明，等. POE⁃g⁃AA对钢塑复合管用热熔胶粘接性能的影响［J］. 广东化工，2017， 44 （24）： 50⁃51.
	HUANG Y Q， MAO R H， CHI X M， et al. Influence of POE⁃g⁃AA on the bonding performance of hot melt adhesive for steel⁃plastic composite pipe ［J］. Guangdong Chemical Industry， 2017， 44 （24）： 50⁃51.
2	CHEN J， CHEN J W， CHEN H M， et al. Effect of compatibilizer and clay on morphology and fracture resistance of immiscible high density polyethylene/polyamide 6 blend ［J］. Composites Part B： Engineering， 2013， 54： 422⁃430.
3	KOUINI B， SERIER A. Properties of polypropylene/polyamide nanocomposites prepared by melt processing with a PP⁃g⁃MAH compatibilizer ［J］. Materials & Design， 2012， 34： 313⁃318.
4	LI Y， LI Y， XIE X M. Styrene assisted melt free radical grafting of maleic anhydride onto high density polyethylene and properties of the graft copolymer ［J］. Chinese Journal of Polymer Science， 2011， 11（4）： 347⁃353.
5	JAZANI O M， RASTIN H， FORMELA K， et al. An investigation on the role of GMA grafting degree on the efficiency of PET/PP⁃g⁃GMA reactive blending： morphology and mechanical properties ［J］. Polymer Bulletin， 2017， 74（11）： 4 483⁃4 497.
6	王雅珍，贾宏葛，蔡英慧. 聚丙烯双单体接枝体系研究［J］. 中国塑料，2003， 17 （11）： 28⁃30．
	WANG Y Z， JIA H G， CAI Y H. Study on grafting system of polypropylene double monomer ［J］. China Plastics， 2003， 17 （11）： 28⁃30．
7	周春怀，杨军忠. 马来酸酐苯乙烯双单体接枝聚丙烯的研究［J］. 中国塑料，1999（1）： 33⁃40.
	ZHOU C H， YANG J Z. Study on grafting of maleic anhydride and styrene dimonomer to polypropylene ［J］. China Plastics， 1999（1）： 33⁃40.
8	夏艳平，陈慧蓉，陶圣熹，等. 双单体接枝PP⁃g⁃（NVP⁃co⁃PEGMA）改性剂的制备及其表征［J］. 中国塑料，2017， 31 （6）： 100⁃104.
	XIA Y P， CHEN H R， TAO S X， et al. Preparation and characterization of PP⁃g⁃（NVP⁃co⁃PEGMA） modifier by two⁃monomer grafting ［J］. China Plastics， 2017， 31 （6）： 100⁃104.
9	YU J， QI R， LIU Q. Solvothermal process for grafting dibutyl maleate onto poly（ethylene⁃co⁃1⁃octene）［J］. Applied Polymer Science， 2010， 116： 298⁃303.
10	袁锦瑶，高峰，周正亚，等. 聚丙烯接枝马来酸酐接枝率的测定［J］. 中国塑料，1995（3）： 56⁃60.
	YUAN J Y， GAO F， ZHOU Z Y， et al. Determination of the grafting rate of polypropylene grafted with maleic anhydride ［J］. China Plastics， 1995（3）： 56⁃60.
11	SONG Y J， LIU C G. Waste‐reducing preparation of PE‐g‐MAH and PE‐g‐DBM via solid phase grafting reaction and their application as compatibilizers ［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2006， 101 （6）： 3 781⁃3 790.
12	张文龙，高丽平，戴亚杰. 马来酸丁酯接枝聚氯乙烯的工艺与性能［J］. 中国塑料，2017， 31（11）： 78⁃83.
	ZHANG W L， GAO L P， DAI Y J. Process and properties of grafted polyvinyl chloride with butyl maleate ［J］. China Plastics， 2017， 31 （11）： 78⁃83.
13	SÍLVIA B， LARA M， PABLO M， et al. Grafting of maleic anhydride onto polypropylene， in the presence and absence of styrene， for compatibilization of poly（ethylene terephthalate）/（ethylene⁃propylene） blends ［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2013， 127 （2）： 1 001⁃1 009.
14	张明，张云灿. 马来酸酐熔融接枝SBS及其对PA66的增韧作用［J］. 中国塑料，2003（1）： 49⁃52.
	ZHANG M， ZHANG Y C. Maleic anhydride melt grafting SBS and its toughening effect on PA66 ［J］. China Plastics， 2003（1）： 49⁃52.
15	韩雷. 共单体/马来酸酐熔融接枝全同聚丁烯⁃1制备、接枝机理及结晶性能研究［D］. 青岛：青岛科技大学， 2014.
16	ZHAO X D， ZHAO H， SUN W F. Significantly improved electrical properties of crosslinked polyethylene modified by UV⁃initiated grafting MAH ［J］. Polymers， 2020， 12 （1）： 62.
17	高俊刚，于茂赏，杨丽庭. 线性双峰聚乙烯/高压聚乙烯/线性低密度聚乙烯共混物的流变行为与力学性能［J］. 高分子材料科学与工程，2004（1）： 136⁃139.
	GAO J G， YU M S， YANG L T. Rheological behavior and mechanical properties of linear bimodal polyethylene /high pressure polyethylene/linear low density polyethylene blends ［J］. Polymer Materials Science & Engineering， 2004（1）： 136⁃139.
18	宋阳，刘金贵，周豪，等. EVA含量对PE⁃HD和EVA共混接枝马来酸酐粘接树脂粘接性能的影响［J］. 塑料工业，2013（7）： 5.
	SONG Y， LIU J G， ZHOU H， et al. The effect of EVA content on the adhesive properties of PE⁃HD and EVA blend grafted maleic anhydride adhesive resin ［J］. China Plastics Industry， 2013（7）： 5.
19	CHOW W S， ISHAK Z A M， KARGER⁃KOCSIS J， et al. Compatibilizing effect of maleated polypropylene on the mechanical properties and morphology of injection molded polyamide 6/polypropylene/organoclay nanocomposites ［J］. Polymer， 2003， 44 （24）： 7 427⁃7 440.
20	MA X Q， XUE W L， ZENG Z X， et al. Synthesis and properties of polyamide/LLDPE composites with compatibilizer used as hot melt adhesive ［J］. Journal of Adhesion Science and Technology， 2016， 30 （1）： 104⁃116.

[1]	王青松. 高强度低VOC玻璃纤维增强聚丙烯材料的开发[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 30-34.
[2]	王雅珍, 刘新雨, 董少波, 兰天宇, 祖立武. 相容剂对PE⁃HD/玉米秸秆生物炭复合材料性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 128-134.
[3]	郑德宝, 翟前超, 刘光远, 王丰武, 汪义辉, 张忠洁, 陈祥迎. POE⁃g⁃MAH相容剂的制备及其在粘接树脂领域的应用研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 51-57.
[4]	宋鑫宇, 翁云宣, 张彩丽, 黄志刚. 聚乳酸/竹粉复合材料的改性及性能研究[J]. 中国塑料, 2020, 34(7): 21-29.
[5]	王梦;翁云宣;宋鑫宇. 助剂在聚乳酸/植物纤维复合材料中的应用[J]. 中国塑料, 2017, 31(7): 9-15 .
[6]	王亚洁;吴进雪;公艳艳;谭洪生. 聚丁二酸丁二醇酯/椰壳纤维复合材料的界面改性研究[J]. 中国塑料, 2017, 31(6): 59-64 .
[7]	夏艳平;陈慧蓉;陶圣熹;曹峥;陶国良. 双单体接枝PP-g-（NVP-co-PEGMA）改性剂的制备及其表征[J]. 中国塑料, 2017, 31(6): 100-104 .
[8]	汪杰;刘海;文胜;龚春丽;郑根稳. PP-g-GMA的制备及其增容PP/PA6共混物的性能[J]. 中国塑料, 2016, 30(05): 46-49 .
[9]	郑赟;黄宝铨;陈庆华;梁聪立;肖荔人. 相容剂对PE-HD/回收纸塑铝复合材料性能的影响[J]. 中国塑料, 2015, 29(12): 23-28 .
[10]	吴挡;李玉雪;俞强. PLA-b-PMMA嵌段结构对PC/PLA共混形态和性能的影响[J]. 中国塑料, 2015, 29(12): 39-45 .
[11]	吴长城, 刘喜, . EPT接枝共聚物的制备及其对PA6/EPT共混体系的增容作用 [J]. 中国塑料, 2013, 27(01): 42-47.
[12]	王雅珍贾伟男李永岳成娥马迪. 超临界CO2辅助聚丙烯固相接枝丙烯腈的制备[J]. 中国塑料, 2012, 26(11): 32-34 .
[13]	祝宝东王鉴李红伶董维超董群. 苯乙烯/二乙烯苯协助马来酸酐熔融接枝聚丙烯研究[J]. 中国塑料, 2012, 26(06): 50-56 .
[14]	何小芳贺超峰刘玉飞张崇曹新鑫. 聚丙烯基石墨导电复合材料研究进展[J]. 中国塑料, 2012, 26(05): 17-21 .
[15]	朱清梅李淑华赵研峰付博. PP/CaCO3/PP-g- AA 复合材料形态与性能研究[J]. 中国塑料, 2012, 26(02): 46-49 .

基于二元接枝单体制备PE⁃HD相容剂、粘接树脂及其性能研究

Preparation and performance of PE⁃HD compatibilizer and adhesive resin through binary monomer grafting

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 12

参考文献 20

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价