棉秆木质素抗氧化剂对食品级聚丙烯原料抗氧化规律的研究

In order to avoid the degradation of thermal oxidation in the process of molding, storage and use of most of the polymers, antioxidants need to be added intothem. The most commonly usedantioxidants are hindered phenolic antioxidant while there have been more and more food safety problems about the migration and toxicity of the packaging materials. So it issignificance to investigate a group of natural antioxidant with non-toxic side effects, high safety factor and have goodantioxidant properties to PP. Therefore, this project used the abundant agricultural residue of cotton stalkinXinjiang to extract lignin antioxygen, different type food-grade PPproduced by Dushanzi Petro-chem companyfor the research subject of antioxidant properties, focusingon the study ofthe antioxidant properties differences of cotton stalk lignin antioxidant and hindered phenolic antioxidant to PP in the indoor artificial accelerated experiments,outdoor oxygen-enriched temperature differential at lower altitude (Turban) and outdoor oxygen-deprivedtemperature differential at higher altitude (Taxkorgan). Then we compared the indoor artificial accelerated aging condition of PP in 3 years, the various climatic conditions in the indoor natural exposureexperimental sites, mechanical properties before and after aging and the changes of molecular weight and crystallinity. We also examined the variation regularity of antioxidation property that antioxidants act on PP and the results could provide testing datas for the using oflignin antioxidant and hindered phenolic antioxidant in polymer product under extreme conditions.

大部分聚合物为了避免在成型加工、贮存及使用过程中受热氧作用而降解，需要添加抗氧剂。目前最常用的抗氧剂以受阻酚类为主，但近年来越来越多的食品包装材料中抗氧剂出现了易迁移和有毒性等安全问题。因此，寻找一类安全性高、无毒副作用并对PP具有良好抗氧化性能的天然抗氧剂具有重要的社会意义。为此，本项目以新疆丰富的棉秆为提取木质素抗氧剂的原料，以独山子石化公司生产的食品级PP为抗氧化性能的研究对象，重点研究棉秆木质素抗氧剂和受阻酚类抗氧剂在室内人工加速老化和低海拔室内富氧温差（吐鲁番）与高海拔室内缺氧温差（塔什库尔干）条件下对PP试样抗氧化性能的差异。并统计比较3年PP试样室内人工加速老化条件和各室内自然暴露老化试验点的各项气候条件以及制品老化前后力学性能、分子量及结晶度的变化，研究抗氧剂在不同气候条件下对PP试样的抗氧化规律，为木质素抗氧剂和受阻酚类抗氧剂在聚合物制品中极端条件下使用提供试验数据。

聚合物为避免受热氧作用而降解，常会添加抗氧剂。常用的抗氧剂以受阻酚类为主，但近年来食品包装材料中的抗氧剂出现易迁移和有毒性等安全问题。因此，寻找一类安全性高、无毒副作用并对PP具有良好抗氧化性能的天然抗氧剂具有重要的社会意义。本项目以新疆废弃棉秆为提取木质素的原料，以食品级PP为抗氧化性能的研究对象，研究木质素的提取工艺和改性木质素在不同气候条件下对PP试样的抗氧化规律，主要研究结论如下：.1）利用超声波、离子液体、乙二醇、超声波辅助离子液体等方法系统的研究了棉秆中木质素提取，其中超声波辅助离子液体法提取的木质素各项性能最佳。其最佳提取工艺为时间2h、温度50℃、离子液体为[Bmim]CI、[Bmim]CI和水体积比5:0、超声功率250W；木质素的提取率94.35%、空气气氛中分解温度270℃；PP试样中添加0.5wt%木质素后，与纯PP试样比较拉伸强度、结晶温度、氧化诱导时间(OIT)分别提高12.09 %、4~5℃、78.72%，在200℃、螺杆转速30r/min、回流10min条件下剪切扭矩提高45.4%。 .2）以OIT、酚羟基含量、游离甲醛含量为参比物，制备了木质素磺酸钠(SL)、热解低分子量木质素(DL)、羟甲基化木质素(HL)。剪切流变和OIT实验验证三种改性木质素的加入均可提高 PP试样的抗氧化性能，三者的抗氧化能力强弱顺序为HL>SL>DL。在高海拔塔什库尔干地和低海拔吐鲁番地区将四种改性PP和D(Y)-W0723F型号的食品级PP试样同时挂样。结果表明，老化150d 后四种改性PP试样没有发生完全老化失效的现象，断裂保持率均大于50%以上。其中HL 在热氧老化过程中对PP 起到热氧降解作用最稳定。.3）系统的研究了偶联剂改性、金属离子改性处理棉杆木质素以及紫外光降解木质素提取香草醛(VA)工艺，制备了改性和降解木质素基PP复合材料。通过室内热氧老化试验探究试样老化前后的结晶情况、力学性能和结构等变化，结果表明三者都有效提升了PP的耐候性能，并且三者都优于通用的工业抗氧化剂。VA添加量为0.9 wt%时，PP的吹膜效果良好，制得的薄膜表面光滑、无鱼眼、吹胀比均匀，从应力-应变曲线看吹膜有很好的力学拉伸性能。