管材级高密度聚乙烯的质量鉴定试验

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1、管材级高密度聚乙烯的定性评定试验第一部分：开发适宜的加速老化方法Qualificationofpipe-gradeHDPEs：PartI，developmentofasuitableacceleratedageingmethod意大利摩德纳大学材料与环境工程系TaniaZanasi等PolymerTesting杂志2009年第28期第96-102页摘要：为了定性评价商用管材级聚乙烯样品并有可能证实在聚乙烯管材内含有再生的聚乙烯，需要开发一种简便、快速、可靠的方法，为此，已经采用了多种聚合物特征表述技术和不同的老化方法。本文已经比较了所用不同技术

2、的结果，评论了用它们证实不同的高密度聚乙烯样品（包括未用过的高密度聚乙烯新料、用高密度聚乙烯新料生产的高密度聚乙烯管材和可能含有再生的高密度聚乙烯的高密度聚乙烯管材）的降解速率的能力。研究发现傅里叶变换红外光谱FT-IR、热解重量分析TGA、差示扫描量热法DSC均不适合此项目的，相比之下，发现样品如果已经用适宜的组合条件（高温、氧气、机械应力和混合时间）进行老化，那么，熔体流动指数（MFI）测量具有足够的灵敏度来证实不同的降解速率。一、引言高密度聚乙烯已经被广泛用于生产输水输气管道。耐用性是聚乙烯管材的一项重要指标，因为使用期间万一管子发生破损

3、将给用户造成很大麻烦，维修费用也非常高。聚乙烯管过早破损事故往往与降解反应引起的聚乙烯性能变化有关，其导致管材机械性能减退，突如其来地快速发生破损。19有多个因素会促成聚乙烯管材的快速降解。特别是存在或形成经历了快速降解的化学成分，如过氧化物和氢过氧化物基团，它们的危害性特大。在聚合物样品中，它们的存在或形成与以前的受热和机械作用史以及使用条件有关。在挤压过程中，能够发生迅速的热力-机械性能减退，其程度取决于挤出工艺的参数。在使用过程中，如果与氧气以及其他外界反应剂（气候老化剂及生物有机物）连续接触也能够加快降解反应过程。在管中流动的液体或气体

4、也许会成为降低聚乙烯管材抗降解能力的又一原因，因为它们会除去内表面里的稳定剂添加剂，尤其存在氯这样的侵蚀性化学剂时，很容易侵蚀无防护的聚乙烯表面。人们已经对聚乙烯的“氧化降解”进行了广泛的研究，能够发生许多涉及自由基的不同反应，主要是导致断链或者支化和交联。尽管人们一般都已经认识到氧和温度的影响，但是，对机械应力的作用依然还有些争议。总的认为高密度聚乙烯更容易发生交联而不是减少分子量。但是，Rideal与Padget得出的结论是断链作用与交联反应会同时受到剪切应力、氧气和温度的影响。近年来，市场上能够获得价格低廉的再生聚乙烯，所以其用量在不断增

5、加。有些人甚至冒险用再生聚乙烯全部或者部分取代较贵的未用过的聚乙烯新料。19在此情况下，可能需要将初始流动特性和机械特性调整到与未用过的聚乙烯新料相同或者非常接近的性能。无论如何，预期再生塑料的降解速率会快得多，这是在先前的使用过程中已经发生了降解反应的结果，并且在使用中，管材可能发生突如其来的过早破损。事实上，由于与氧及其他化学剂的接触，分子结构会发生改变，预期再生聚乙烯含有的氢过氧化物和过氧化物基团的浓度远高于未用过的聚乙烯新料。累积的含氧基团使高密度聚乙烯更容易发生降解，并且能够在很大程度上改变再生塑料的热稳定性和耐用性。用过的塑料废料的

6、回收和再生处理过程往往会增加再生塑料中含氧基团的浓度。因此，使用再生聚乙烯生产聚乙烯管材时（无论是单纯用再生料还是用再生料与聚乙烯新料的掺混料），预期（在加工过程和使用过程中）降解速率都会快得多，而且，会降低管材的耐用性。综上所述，建立一项能够估计生产聚乙烯管材的聚乙烯树脂的抗氧化性能的试验方法是非常重要的，并且，用此试验方法要能够将那些只含有未用过的聚乙烯新料的管材和含有聚乙烯再生料的管材区分开来。有人提议采用光谱分析技术（主要是傅里叶变换红外光谱FT-IR以及核磁共振NMR）作为分析工具检测降解反应的程度，但是，这些分析技术需要配备昂贵的试

7、验设备和有经验的技术人员，正确操作样品分析过程并对涉及的复杂现象做出合理的解释。生产或使用管材的中小型生产企业和用户是无法满足这样高的试验条件要求的，所以，开发一种根据降解速率就能够评估聚乙烯质量的实用方法依然是一项挑战，其将满足工业界的需求。19本项研究的目的就是尝试提出一项能够定性评价管材级聚乙烯材料的简便、快速、经济、可靠的方法。作为此项方法的基本依据是认为优质的未用过的高密度聚乙烯新料比质量略差的高密度聚乙烯（聚乙烯新料二等品或再生料）能够更好地耐受严峻的降解条件。做为本项研究工作的一部分，已经对聚乙烯样品进行了多项调查，包括用优质高密

8、度聚乙烯新料制取的颗粒和管材和大概含有再生聚乙烯的质量较差的聚乙烯管材。应用研究高密度聚乙烯降解最常用的技术以及不同的老化方法来区分样品的降解特性。根