实验 2 反应性挤出实验 -- 聚乙烯熔融接枝马来酸酐

黄文艳

实验目的 PE 是目前产量最大、成本低廉的通用塑料，

分子链对称，是非极性材料，具有一系列优良的物理机械性能：（ 1 ）不吸水，作为防水层；（ 2 ）介电常数小，体积电阻高，绝缘性好；

缺点：（ 1 ）与无机填料之间缺少亲合性，相容性差；（ 2 ）聚乙烯填充物和共混物的性能低劣；（ 3 ）聚乙烯制品的粘结性和印刷性差。

实验原理 选用马来酸酐来接枝到 PE 分子链上，来

改善 PE 的极性，从而改善 PE 的性能。 方法：化学链接到 PE 分子链

本体聚合接枝

溶液聚合接枝

反应性挤出接枝

无法实施

无法实施

反应性挤出：将挤出机作为连续反应器，在对物料进行熔融挤出的同时实施聚合、接枝、降解、共混增容等化学反应的工艺过程。

挤出条件的选择和确定在兼顾物料流动性能前提下，应该满足充分进行化学反应的要求

实验原料 高密度聚乙烯 HDPE ： 熔体流动速率

MFR=6 马来酸酐 MAH,( 纯度≥ 99%) 过氧化二异丙苯 DCP 受阻酚类抗氧剂 1010 液体石蜡 二甲苯 丙酮

实验设备 双螺杆挤出机组 台秤和电子天平 高速分散混合机 熔融指数测定仪 红外光谱仪 索氏抽提萃取装置

实验步骤 A. 聚乙烯与马来酸酐的熔融接枝

（ 1 ）打开双螺杆挤出机电源开关，设定挤出机各段温度

Ⅰ区150℃

Ⅱ区180℃

Ⅲ区185℃

Ⅳ 区190℃

Ⅴ区195℃

Ⅵ 区220℃

Ⅶ 区220℃

Ⅷ 区225℃

Ⅸ 区220℃

Ⅹ区200℃

该温度分布：基于过氧化物 DCP 的分解半衰期 物料在挤出机内的平均停留时间

实验编号 HDPE DCP MAH 抗氧 1010 液体石蜡

1 1000g 0.5g 6g 3g 10mL

2 1000g 1.0g 6g 3g 10mL

3 1000g 1.5g 6g 3g 10mL

（ 2 ）按照表中配方，称取各原料，先将HDPE 加入高速混合机，加入适量液体石蜡后启动高速分散机搅拌约 1 分钟，然后关闭分散机，加入各种助剂，再启动高速分散机搅拌混合 2 分钟，将混合物料倒出后备用。

（ 3 ）将物料加入挤出机，启动双螺杆挤出机主机并调节并调节变频器频率至 15Hz ，启动加料电机，调节加料螺杆转速为 15rpm ，物料开始进料。熔融挤出并进入正常挤出状态，将挤出物牵条，经水冷，风冷干燥切粒

（ 4 ）将物料挤出完毕，用纯 HDPE清洗料筒，关闭加料电机、主机，各加热段，最后关闭挤出机电源

B. 聚乙烯 / 马来酸酐接枝物的表征：（ 1 ） FT-IR 测定接枝率

a. 在通风橱中，取数十粒接枝物放入 50mL烧杯，加入 25mL 二甲苯在电炉上加热至微沸，用玻璃棒搅拌，使接枝物溶解。

b. 将溶液趁热倒入丙酮中，聚合物析出沉淀，过滤得到，将沉淀物包入滤纸包中，放入索氏抽提器中用丙酮作为溶剂进行回流萃取，去除接枝物中残留的未反应单体和可能的马来酸酐均聚物，回流萃取时间至少 8 小时

c. 将抽提物烘干，平板压机加热到 180℃ ，压厚度为 100膜片，使用红外光谱仪测得谱图

d. 从谱图找出 1790cm-1（MAH 的羰基峰） ,2040cm-1（聚乙烯亚甲基峰）处的峰，计算吸光比R。

R=lg(X1/X2)/lg(Y1/Y2)

X1/X2 为马来酸酐特征吸收峰基部与顶部的透射比；Y1/Y2 为聚乙烯特征吸收峰基部与顶部的透射比。吸光比 R ：表示马来酸酐接枝率

0. 05

0. 10

0. 15

0. 20

0. 25

0. 30

0. 35

0. 40

0. 45

0. 50

0. 55

0. 60

0. 65

0. 70

Abso

rba

nce

1000 2000 3000 4000 Wavenumber s ( cm- 1)

（ 2 ）测定熔体流动速率 MFR测试条件： 190℃ ， 2160g

吸收峰图谱 透过率图谱

思考题 1. 与在传统的釜式反应器上进行聚乙烯熔

融接枝相比，利用挤出机进行熔融接枝反应具有哪些优缺点？

2.如何在聚乙烯的熔融接枝过程中抑制扩链和交联副反应？