聚丙烯的阻燃改性及其用于包装材料的研究进展

聚丙烯的阻燃改性及其用于包装材料的研究进展

郑花平

 612725198811241439 陕西延长中煤榆林能源化工有限公司

摘要：作为全球五大通用塑料之一的聚丙烯(PP)，由于良好的力学性能，优异的耐热、耐腐蚀性能以及良好的加工性能等，在家电、新能源汽车、食品包装、建筑等领域得到广泛应用。基于此，本篇文章对聚丙烯的阻燃改性及其用于包装材料的研究进展进行研究，以供参考。

关键词：聚丙烯；阻燃改性；包装材料；研究进展

引言

20世纪70年代，我国化工企业从美国、英国等国家引进聚丙烯技术及装置，至90年代初期，中石油及中石化两大公司的聚丙烯产能有较大提升。近十年来，随着各行业对聚丙烯原料需求量的不断增大，各民营企业和小型国有企业为了更大的经济利润，也纷纷建设聚丙烯装置并投入生产。聚丙烯初级产品进口总约350万t，同比增长20万t以上，主要原因是国内需求量较大，且个别行业对聚丙烯产品质量要求断提升。基于此，本文探究聚丙烯的阻燃改性及其用于包装材料的研究进展。

1聚丙烯(PP)

聚丙烯（Polypropylene，简称PP），化学式为(C3H6)n，其无臭、无色、无毒，在80℃以下能抵御酸碱的侵蚀，其较聚乙烯透明度、光泽性更好。聚丙烯自身的力学性能、耐化学性、耐热性优良，并且其韧性和耐磨性强度较高，接枝和复合功能也良好。在食品工业中，聚丙烯材料能在120℃的条件下正常使用，而且力学性能良好，不易变形破损，是当前世界范围内认为较为安全的食品包装材料之一。相较于聚乙烯材料而言，聚丙烯的熔点更高，耐热性更好，因此在我们生活中，聚丙烯常被用作塑料保鲜盒、一次性外卖打包盒、塑料餐具等食品包装中，尤其是可以被用作微波炉餐盒等蒸煮包装和微波加热包装。

2聚丙烯的阻燃改性分析

2.1金属氢氧化物阻燃剂

使用活性炭、氨水和硫酸镁改性氢氧化镁颗粒，制备出了改性氢氧化镁阻燃剂，并将其应用在PP基体中。其中活性炭具有很大的比表面积，并且官能团丰富，能够很好的与氧化钠镁颗粒上的羟基结合，有效地削弱了氢氧化镁表面极性，从而减少其发生团聚的可能，提高了氢氧化钠镁与PP基体的相容性，使得材料的阻燃性能得到增强。以氢氧化铝、氢氧化镁和硼酸锌为原料，制备出金属氢氧化物阻燃剂，用于改善PP材料的阻燃性，并在此基础上加入聚烯烃弹性体（POE）和纳米碳酸钙CaCO3，来提高材料的力学强度。结果表明，改性后的PP复合材料可以同时拥有较强的阻燃性能和较高的力学强度。

2.2磷系阻燃剂

PP材料由于缺乏羟基官能团，本身不具备炭化能力，导致阻燃性能较低，因此将APP进行微囊化改性，并使用山梨醇作为其外壳，制备出一种核壳型磷系阻燃剂（MCAPP）。其中山梨醇作带有大量的羟基，在燃烧时易形成炭化层，而聚磷酸铵受热时刻分解产生磷酸类化合物，进一步增强山梨醇的炭化作用，炭层的产生则延缓了热量的传播，并隔绝了氧气，提高了材料的阻燃性能。此外山梨醇作为外壳能够起到良好的分散作用，阻碍了MCAPP颗粒的聚集，而较好的分布可同时提高材料的阻燃性能和力学强度。控制三氯氧磷与季戊四醇之间的反应，制备出二氯双螺环季戊四醇二磷酯中间体，并使用对羟基苯甲醛、乙二胺对其改性处理，生成含有席夫碱的季戊四醇磷酸酯（SPDEB），将SPDEB与聚磷酸铵进行复配，作为阻燃剂共同改善PP材料的阻燃性能。体系中SPDEB受热会分解出氨基自由基和烷基自由基，两者能够捕捉聚合物热分解产生的高活性自由基，阻断了PP链分解，减少了可燃性物质的产生，从而起到延缓和终止燃烧的作用。当SPDEB与聚磷酸铵共同使用时，聚磷酸铵能够促进SPEDB脱水成炭，并固化其炭层，可减少燃烧时炭颗粒的漏出，少可燃性气体的排放。

3聚丙烯在包装材料的应用分析

3.1抗菌聚丙烯在包装行业的应用

水果、肉制品、生鲜等食品保质期短，受到真菌等微生物污染，在常温下容易发生变质。抗菌聚丙烯可以延长易腐食品的保质期，在食品包装行业发展中具有一定潜力。目前，在聚丙烯膜的内部覆盖一层生物活性剂，制成抗菌聚丙烯薄膜是常用的方法。制备并表征了用于食品包装的改性聚丙烯薄膜。结果表明：PP薄膜具备多种微生物的抗菌活性，贮藏试验表明，含有活性物质的PP薄膜可以抑制番茄表面微生物的生长，能够有效应用于包装材料行业，防止微生物对食品蔬果的侵害，达到理想的保鲜作用。通过向无纺布中添加不同组分的壳聚糖和茶多酚制备抗菌聚丙烯无纺布。研究表明：该包装材料具有优异的保鲜抑菌效果。探究银纳米粒子与低密度聚乙烯和聚丙烯相结合的纳米复合膜的杀菌效果。结果表明：纳米复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有抑制作用，纳米复合膜具有良好的抗菌活性，可作为抗菌食品包装材料。

3.2轻质材料的类别及应用

近几年，轻质材料在包装领域的应用愈渐广泛。应用于包装中的轻质材料种类可分为轻质薄膜类材料、轻质塑料片材、轻质发泡材料与轻质生物降解材料等。其中，轻质薄膜材料常见的有mPE（茂金属聚乙烯）薄膜、mPP（茂金属聚丙烯）薄膜、水溶性薄膜、高阻隔性薄膜与纳米薄膜等；轻质塑料片材常见的有PET、聚丙烯（PP）等；轻质发泡材料常见的有EPE珍珠棉发泡材料、XPE发泡材料、聚苯乙烯泡沫塑等；轻质生物降解材料常见的有聚乳酸（PLA）、淀粉基材料等。食品包装领域中的轻质材料主要以薄膜材料与塑料片材为主，薄膜材料如mPE（茂金属聚乙烯）薄膜常用作食品软包装薄膜与收缩包装薄膜，mPP（茂金属聚丙烯）主要用作透明流延膜和多层共挤膜以及一些零食包装，高阻隔薄膜材料多用作食品、饮料、牛奶等产品的包装材料，塑料片材如聚丙烯（PP）、PET材料常用作饮料包装；运输包装领域中的轻质材料主要用做缓冲材料，如EPE珍珠棉、XPE发泡材料常用于易碎物品的包装与保温包装。随着材料与包装技术的发展，将会有越来越多种类的轻质材料应用于包装中，环保、性能优异的轻质材料将逐占领市场。将轻质材料应用于运输包装领域，其结构设计要保证材料良好的机械性能，并依据材料特性与内容物的性质，进行减量结构设计。以苏宁易购的共享快递盒为例，该快递盒应用轻质材料聚丙烯PP，材料可100%回收再循环，快递盒重量轻、坚固耐用，是一款新型环保共享包装。由于聚丙烯PP材料具有力学性能良好、抗弯曲疲劳性强、多次开闭弯曲无损坏痕迹的特点，针对于此，设计与材料相对应的折叠结构，使包装箱达到减量化的效果。这款轻质包装未使用时可折叠为“纸板状”，十分节省堆叠空间，使用时将上部“折页”翻折到底部巩固箱子强度，同时采用无胶封口方式，不仅便于箱体循环使用，保护环境，还可以在物流运输中起到更好的防护作用，提高堆码叠放效率。

结束语

为了提高人们生活生产中的安全性，为了节约能源以及促进新兴工业的发展，新型高效、绿色环保阻燃材料的开发势在必行。随着新型阻燃剂品种的大量出现，一些新的阻燃技术也被不断地开发出来，但今后还应继续加强对阻燃技术的研究，实现环境友好型高效阻燃剂在实际生活生产中的应用。

参考文献

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