熱分析法在聚烯烴樹脂開發中的應用
工業技術
作者：戴鵬 宿豔 常政剛
[摘 要]介紹了多種熱分析方法（包括示差掃描量熱（DSC）分析、熱重（TG）分析、動態熱機械分析（DMA））在聚烯烴樹脂開發中的應用。采用DSC、TG、DMA等方法可以測量聚烯烴樹脂的熔點、結晶溫度、熱分解溫度、維卡軟化點等，在聚烯烴樹脂開發中具有重要作用。
[關鍵詞]熱分析；聚烯烴；示差掃描量熱分析；熱重分析；氧化誘導期時間；動態熱機械分析
中圖分類號：TQ 325.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）35-0112-01
熱分析是表征材料的基本方法之一，多年來一直廣泛應用於科研和工業中。近年來在各領域，特別是高分子材料領域，都有了長足發展。根據 ISO 9000 標準，熱分析儀器已成為質量分析控製、工業試驗和研究開發中不可缺少的設備。使用現代化的熱分析儀器係統，可以使測量操作快速、簡便、可靠。[1]
本工作以PE公司的7係列儀器所測數據為基礎，簡要敘述了熱分析在吉林石化公司乙烯廠聚烯烴樹脂開發中的應用。
1 示差掃描量熱（DSC）分析
DSC是應用最廣泛的熱分析技術之一，主要用於表征高聚物的玻璃化轉變溫度（Tg）、熔融溫度（Tm）、結晶溫度（Tc）和氧化誘導期時間（OIT），可以給出材料的氧化行為和添加劑影響的信息。[2]
一般在DSC曲線中，凸起的峰值用來表征吸熱效應，即熔融焓；反向的峰值表征放熱效應，即結晶焓。熔融曲線給出了結晶度的信息，結晶度越大，結晶越完善規整，則熔融焓越大；而結晶焓給出了結晶溫度、結晶速率等信息。結晶溫度越高，越有利於製品的快速生產，即成型效率高。
1.1 在雙向拉伸聚丙烯薄膜（BOPP）生產中的應用
結晶是BOPP生產加工過程中的重要影響因素之一，聚丙烯（PP）結晶的速率、結晶的完善程度、結晶的形態、晶體的大小等對生產工藝、薄膜性能都有非常重要的影響。
溫度越高或越低（如在Tm附近），越難結晶，在Tc處結晶速率最快，在拉伸過程中要防止預熱、拉伸時結晶度急劇增加，因此不要在PP最大結晶速率的溫度區域內選擇拉伸溫度，最好在結晶開始熔融、分子鏈能夠運動的溫度下進行拉伸，即Tc與Tm之間。DSC可提供Tc與Tm及結晶速率的信息，可為車間製定拉伸溫度提供參考。
BOPP專用料的DSC曲線可看出，BOPP專用料的結晶外推起始溫度為119 ℃，則拉伸溫度至少達到119 ℃，以保證工藝穩定。
1.2 在三型無規共聚聚丙烯（PPR）產品開發中的應用
在PPR管材的開發中，熔點是一項重要指標。熔點的高低與PPR產品中乙烯的含量相關，決定了產品的質量。為此，在開發PPR產品時，利用DSC技術在線分析了乙烯含量對其熔點的影響，結果可見，隨乙烯含量的增加，PPR的熔點降低。由此，在工業生產PPR時，可利用DSC分析監測熔點，掌控乙烯含量，為生產服務。
1.3 在透明PP產品開發中的應用
在透明PP產品的開發中，因透明劑加速了PP的結晶速率，提高了結晶溫度，因此利用透明料做製品時，成型周期大大縮短，單位時間製品量增加，降低了生產成本。4種透明劑對結晶溫度的影響看出，采用4號透明劑PP的結晶溫度最高，即成型最快。
1.4 PP黏料分析
在生產共聚PP時，因乙烯加入量不易控製，導致乙烯加入量超高，出現PP在反應器出口時，因軟化發黏而堵料的情況。從PP黏料的DSC曲線上的兩個熔點及結晶點可初步判斷，此料已非無規共聚PP，其中含有長乙烯鏈段，導致其熔點為127 ℃。因此，該物料與蒸汽接觸時，由於蒸汽溫度為120 ℃，從而導致物料受熱後軟化、發黏、堵塞管道。
1.5 氧化誘導期分析
OIT是一種穩定材料抵抗氧化分解的相對度量。用DSC測定OIT被廣泛用於研究聚烯烴的穩定性，它可以簡便快速地評價聚合物氧化體係抑製氧化的時間。在聚合物氧化過程中，先是消耗掉加入的抗氧劑，待抗氧劑耗盡便開始迅速氧化。相應地，在恒溫DSC曲線上便可觀察到經曆了一段時間（即氧化誘導期）之後，開始明顯的熱氧化放熱效應。