聚丙烯(PP)由于其密度低、易降解、物理性能好和易加工等特点,成为世界上发展最快的塑料。但随着人们对挥发性有机化合物(VOC)的危害逐渐重视,PP的VOC散发性能对人体健康的影响逐渐被关注。越来越多的产品都被要求有可以接受的VOC散发性能,开发具有低VOC散发性能的PP具有一定的现实意义。
不同的VOC种类对人体影响有所不同,有的容易产生令人不适的气味,如醛酮和卤代烃等;有的还能够对人体呼吸系统和粘膜产生刺激作用,如甲苯、苯乙烯等;甚至有的有致癌或致畸作用,如甲醛、苯、二氯联苯胺等。朱中平等研究认为,4~5岁学龄前儿童暴露在VOC环境中会导致明显心理问题。因此,笔者不仅关注某一种有机物,而且关注VOC总量(即TVOC,是指一定温度、时间挥发出的总的有机物,通常是指C1~C20的挥发性和半挥发性有机物的总量)。沸石粉是常用的聚烯烃化合物除味剂,具有良好的除味效果,有关专利多有报道。
通过试验可知,继续升高温度PP的TVOC散发浓度仍然继续下降。TVOC散发浓度从170℃时的22737μg/m3下降至190℃时的20881μg/m3,继续升高温度至210℃时TVOC散发浓降至20273μg/m3,这可能是由于升高温度有利于沸石粉在PP中扩散,形成均匀的PP复合材料,使得PP中VOC散发性能继续变好。因此,在加入沸石后PP最佳挤出温度为210℃。
相比于常压挤出,真空下沸石粉能够有效优化PP中VOC的散发性能,在添加2份沸石粉后,PP中TVOC散发浓度从20819μg/m3降至10307μg/m3,下降了约50%,继续添加沸石粉,TVOC散发浓度仍然可以继续下降但是降幅不明显。说明沸石粉只有在与真空挤出工艺相结合的情况下才能起到减少PP中VOC散发的作用,沸石粉作用机理可能是:沸石粉在PP熔体中形成了大量空腔,这些空腔增大了PP与空气相的接触面积,使VOC能够更快地从PP基体中逃逸到空气中来,当逃逸到PP表面后,在真空作用下被抽走;二是沸石粉在PP熔体中包裹了部分VOC分子,在螺杆表面更新作用下,这些沸石粉孔穴迁移到了熔体表面,在真空抽取下将VOC分子抽至空气相中。综合看,在真空挤出下添加2份沸石粉是控制PP中VOC散发性能的最适条件。
通过添加沸石粉并在真空条件下挤出造粒从而减少PP中VOC散发的方法具有成本低、效果好、使用方便等优势,随着我国对塑料有害气体排放限制的逐渐落实,该方法有望得到广泛应用。