热塑性聚烯烃弹性体POE:合金材料的匹配

什么是聚烯烃类热塑性弹性体?

聚烯烃类热塑性弹性体(Thermoplastic Polyolefin),简称TPO,主要是指二元乙丙橡胶(EPM)、三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)等橡胶与聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)共混,形成的不需硫化即可加工成型的一类热塑性弹性体。TPO经硫化后得到的弹性体称为TPV。

什么是聚烯烃弹性体?

聚烯烃弹性体(Polyolefin elastomer),简称POE,是指采用茂金属催化剂的乙烯与高碳α-烯烃(1-丁烯、1-己烯、1-辛烯等)实现原位聚合的无规共聚物弹性体。通常所说的POE主要是指辛烯质量分数大于20%的乙烯-辛烯共聚弹性体,这种弹性体具有一定的结晶度,相对分子量非常窄,密度较低。

TPO的分类

TPO产品主要包括采用茂金属催化剂合成的乙烯一辛烯共聚物(POE),动态硫化法制备的热塑性动态硫化胶(TPV)和乙烯一辛烯嵌段共聚物(OBC)这三种。

POE的结构:POE从本质上来说,就是在支化聚乙烯,聚乙烯链结晶区起到了物理交联点的作用,而α-烯烃的加入削弱了聚乙烯链结晶区,成为具有橡胶弹性的无定型区,使POE具有弹性体的性质。A结构由乙烯和辛烯组成,辛烯有8个C。B结构由乙烯和丁烯组成,丁烯有4个C,这就是所谓的8C和4C之分。

POE的性能:POE特殊的分子结构,使其同时具有优异的物理力学性能(高弹性、高伸长率、较好的冲击强度),良好的耐低温性和加工流变性。POE主链的饱和结构性又使得其在耐热老化和抗紫外线性能方面优于传统弹性体,良好的活动性可改善填料的分散效果,同时也可改善制品的熔接痕强度。

POE的生产:Dow化学公司利用自身开发的限定几何构型茂金属催化剂(CGC)具有活性高,对聚合物结构可以精制控制,催化剂耐温性好等特点。Dow化学公司结合自身的溶液聚合方法开发出合成POE的高温溶液聚合工艺,即Insite工艺,该工艺可以直接在乙丙橡胶溶液法装置上生产。

POE生产的基本工艺条件:以限定几何构型茂金属催化剂为催化体系,采用溶液聚合法,聚合温度为80-150℃,聚合压力为1.0-4.9MPa。典型的Engage产品中辛烯共聚单体质量分数在20%以上。Insite技术可有效地控制在聚合物线性短链支化结构中引入长支链,从而改善聚合物的加工流变性能(门尼黏度变化范围从小于5到35),还可以使材料的透明度提高。通过对聚合物结构进行精确设计与控制,可以合成出一系列密度、门尼粘度、熔体流动速率、拉伸强度、硬度不同的POE产品。

POE的应用:POE能够用于PP的增韧改性,PP/PE回料性能的改善,PA尼龙等的增韧及相容剂,EVA挤出软管改性及并用发泡,色母或填充母粒,生产热熔胶、电缆护套料、膜类等。目前,POE在汽车零部件电线电缆家居用品玩具机械工具娱乐和运动用品鞋底热熔胶密封件等领域被广泛应用。POE的应用极大冲击了传统的橡胶、塑料材料,因此受到了学术界与工业界的广泛关注。

1、PP改性

PP缺口冲击强度低,低温脆性尤为突出,使其应用受到限制,通过与弹性体 POE共混来改善PP冲击性能是目前广泛采用的方法。

改性增韧后的PP可应用于汽车杠,汽车门板,家电外壳,办公文具,电瓶车和摩托车的塑料配件以及PP果冻杯等。POE做为PP抗冲击改性剂与传统的EPDM相比有明显的优势:混合工艺更简单;混合分散更充分;增韧同时保持PP较高的屈服强度及流动性。

2、改善PP/PE回料性能

PP/PE回料由于加工后的降解或交联会变得很脆无法大量添加或直接使用,添加POE共混造粒或者直接注塑,会使得PP/PE回料的性能大为改观,可应用于塑料托盘、塑料周转箱、塑料工具箱、塑料办公桌椅配件、沙滩椅等。

3、增韧PA等工程塑料,相容剂

POE的非极性虽然使得其与PA、PET等工程塑料的相容性不好,但POE通过过氧化物引发可以顺利且有效与马来酸酐(MAH),甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA),丙烯酸AA等单体发生接枝反应,所得到的接枝物广泛的用来增韧 PA等工程塑料,同时也可以当作相容剂用于塑料合金中。

4、与EVA并用发泡

POE的柔韧性和回弹要比EVA高出很多,并用发泡会有着更好的效果,如发泡后的产品重量更轻,压缩回弹更好,触感良好,泡孔均匀细腻,撕裂强度高等突出优点。无论是模压发泡还是造粒后的注射发泡,POE已经大量的被使用在沙滩鞋、拖鞋、运动鞋的中底、鼠标垫、座垫、保丽龙材料、保温材料、缓冲片材、箱包衬里等发泡产品上。

5、EVA挤出软管改性用POE

在软管行业是挤出缠绕波纹管,EVA和POE的混合使用得到的产品更柔韧,耐屈绕性更佳,抗环境应力更佳。将POE添加在挤出软管的内层,使得软管具有抗污染性的封口,所需的热封温度低且热封强度更高。此外,POE还广泛的应用于吸尘器软管、洗衣机软管、排水管上。

6、色母或填充母粒

POE极低的结晶度使其对填充有着良好的包容性和的流动性,POE在色母粒或填充母粒中当作载体或者代替PE蜡,可改善色母或填充母粒的品质。

7、热熔胶

POE可以代替EVA作为热熔胶,且产品可以做到无异味、低密度、高的流动涂覆性,浸润性好等,也可以与EVA并用。

8、电缆料

POE具有优异的电绝缘性、耐臭氧、耐火、耐候、防老化,交联效率高等特性,可代替EVA、EEA或EPDM用于非PVC电缆护套料绝缘;另外POE硬度和强度的变化率低可代替EVA或者与EVA并用来生产无卤阻燃电缆料。

9、膜类产品,如PE膜

基于POE/LLDPE/CPP共混,POE卓越的低温热封性能,热粘着强度和回弹性能,即加宽热封层的热封窗口温度又对膜本身的回弹和抗撕裂性能带来良好提高。

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