---这一多功能工艺具有诸多优势，能够通过改性提升聚烯烃的价值，但要防患反应挤出固有的风险。

反应挤出是一种能够实现聚合物生产或功能化的工艺（ a process that enables the production or functionalization of polymers）。此处，"生产"指从最基本的构建单元通过聚合反应合成聚合物，而"功能化"指聚合物在反应生成后所经历的化学改性。

通过反应挤出聚合获得的聚合物示例包括热塑性聚氨酯和聚酰胺（尼龙）6；通过反应挤出功能化获得的聚合物示例包括将单体接枝到聚烯烃上。一般而言，同向旋转双螺杆挤出机在这些反应挤出工艺中发挥着关键作用，因为它们能够实现高水平的混合，并能处理高粘度的物料。因此，本文的范围将聚焦于使用同向旋转双螺杆挤出机通过反应挤出功能化对聚烯烃进行改性。

配混商（改性公司）为何对功能化感兴趣？

通常，聚乙烯和聚丙烯等聚烯烃具有非极性特性，即其分子主链上的电荷分布均匀，这使得它们相对惰性。相比之下，功能化聚烯烃则表现出极性特性，即其分子主链上的电荷分布不均匀。这一特性赋予了聚烯烃新的功能性，包括反应活性，这反过来又有助于扩展其应用。换句话说，反应挤出提升了聚烯烃的价值。

安全第一

一般而言，聚烯烃挤出工艺具有固有的物理风险，如高操作温度和高压力。除了这些物理风险，反应挤出还带来了化学风险，在实施功能化工艺之前需要加以考虑和应对。图3显示了此类风险的一些示例。后一类风险取决于将接枝到聚烯烃主链上的化合物（也称为单体）的化学性质。

例如，在某些情况下，可能需要将单体溶解在特定溶剂中才能将其送入反应挤出工艺，而此类溶剂可能是易燃的。在其他情况下，单体本身可能易燃、有毒、有腐蚀性，或兼具以上所有特性。此外，根据所需化学/功能化的类型，可能存在高能量释放的风险。为确保反应挤出工艺的安全实施和运行，必须进行充分的尽职调查，从原材料和工艺两个角度全面理解这些风险。

诸如变更管理之类的方法有助于减轻此类风险。变更管理有助于识别并实施适当的预防措施，例如工程控制、测试与表征以及个人防护装备，从而最大限度地降低风险。此类预防措施的示例包括：充分的通风、惰性气氛、具有适当电气等级的设备、用于了解工艺中所用材料热性能和行为的差示扫描量热法、用于评估原材料混合时能量/温度任何升高的混合热、用于评估任何热和压力危险的热筛选装置、耐热手套、护目镜、阻燃实验服、呼吸器等。总体而言，以安全第一的心态来处理聚烯烃功能化至关重要。

反应挤出的优缺点

使用反应挤出功能化聚烯烃的优点包括：连续工艺的经济性、无需（或仅需少量）溶剂、能够处理更宽粘度范围的材料、相对较低的投资成本,以及同向旋转双螺杆挤出机模块化设计带来的灵活性。

一些缺点包括：

· 反应动力学的潜在变化（即原材料反应的快慢），这取决于目标工艺的化学性质

· 有限的停留时间

· 聚合物降解和交联的潜在可能

· 接枝率低

· 单体有时挥发性高

总的来说，反应挤出为聚烯烃功能化带来了益处，但也存在潜在的局限性。

影响因素：需要考虑什么

工艺参数、原材料的物理化学性质以及设备配置都是影响聚烯烃功能化反应挤出工艺结果的因素。例如，较高的温度可能促进原材料的热降解，影响熔融聚烯烃的粘度，并改变不同化学物种的反应速度。较高的压力可能提高化学物种在熔融聚烯烃中的溶解度和扩散能力；聚烯烃的类型、分子量和化学结构决定了其流变行为，这可能影响化学物种在熔体中的扩散速度，从而影响接枝率。

同样重要的是，螺杆配置在反应物种相互混合的充分程度方面起着重要作用，即确保不同化学物种在聚烯烃熔体内均匀分布和分散。最终，理解所有这些因素是相互关联的至关重要，配混商需要在大多数因素之间取得平衡，以实现期望的接枝率。

在反应挤出中的化学作用

通常，通过反应挤出工艺对聚烯烃进行功能化会涉及使用单体和引发剂。前者是接枝到聚烯烃主链上的化学物种。后者是在聚烯烃主链上产生反应位点的化学物种，单体将接枝到这些位点上。

在大多数情况下，用于功能化聚烯烃的单体类型是其结构中具有反应性双键的那些。引发剂通常是被称为过氧化物的自由基产生剂，其结构中含有氧-氧键，并通过热活化。图4和图5分别显示了单体和过氧化物的代表性示例。

单体接枝到聚烯烃上的机理大致可以概括如下：在聚烯烃熔融状态下，在适当的温度下，引发剂会在O-O键处发生解离而分解（被活化），产生称为自由基的化学物种。随后，这些自由基会从聚烯烃主链上夺取一个氢原子，从而产生一个反应位点。根据被功能化的聚烯烃类型（聚乙烯与聚丙烯），这些反应位点的存在可能导致接枝、交联或断链。

例如，对于聚乙烯，如果单体存在且靠近反应位点，则单体很可能会接枝到主链上。然而，如果单体不存在或反应活性不足，而另一条带有反应位点的聚合物链存在且靠近，那么这两条链会相互反应形成交联。在最坏的情况下，如果化学和工艺参数未优化，这可能导致凝胶的形成。

对于聚丙烯，单体的接枝机理与聚乙烯相似。

然而，在单体不存在或未立即接枝到反应位点的情况下，聚丙烯主链比聚乙烯更容易发生断链，并产生更短、分子量更低的聚合物链。这是一个不希望出现的结果，因为它会对所得接枝聚丙烯的机械性能产生不利影响。

图6高度概括了上述机理。总而言之，有多种多样的单体和引发剂可用于聚烯烃的功能化。此外，聚烯烃的类型和所需的化学性质将决定功能化的程度以及不期望反应或副产物的水平。

反应挤出应用

引入功能性拓宽了聚烯烃的应用范围。例如，马来酸酐接枝聚乙烯可用作聚酰胺的抗冲改性剂、聚乙烯与纤维素之间的偶联剂，以及包装薄膜中聚乙烯与乙烯-乙烯醇（EVOH）层之间的相容剂。此外，功能化聚烯烃的一个关键潜在应用包括在塑料回收中作为废物流的相容剂。

反应挤出是一种多功能的工艺，能够改性并提升聚烯烃的价值，但它也是一个具有固有风险、需要采取安全预防措施的工艺。通过反应挤出对聚烯烃进行功能化是一个涉及许多相互关联因素（物理、化学、设备）的过程，这些因素都会影响接枝率。此外，它可以为聚烯烃提供多种官能团和化学特性，从而实现更广泛的应用。

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关于作者：卡洛斯·埃斯科巴（Carlos Escobar）是陶氏化学公司（位于密歇根州米德兰）核心研发部门的研究科学家。在此职位上，他领导专注于挤出技术（如反应挤出、机械分散、配混和特种加工）的项目。他在陶氏拥有11年的经验，包括工艺设计、研发、故障排查、工艺放大、外部制造以及许多基于挤出产品的商业化认证。联系方式：989-636-6442；EscobarMarin@dow.com；dow.com。