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聚丙烯共混增韧改性研究进展
来源:中国纤维网 添加人:service4 添加时间:2021-2-5

     摘要:介绍聚丙烯增韧改性机理,重点探讨了当前增韧改性研究较多的橡胶弹性体共混体系及其对聚丙烯增韧效果的影响,包括共混体系的组成、相容性、界面状态及共混工艺条件等因素。

关键词:聚丙烯;共混改性;增韧;橡胶弹性体

聚丙烯(PP)是产量仅次于聚乙烯、聚氯乙烯的通用塑料。由于其原料丰富,与其他通用热塑性塑料相比,PP 具有密度小、力学性能优良、电绝缘性良好、介电常数较小、耐应力开裂和耐化学药品等优点,且易于加工,热变形温度高,价格低,广泛用于机械、化工、电力和运输等领域。近年来发展迅速,成为塑料中产量增长最快的品种。

由于PP 分子链中甲基的存在,使分子链柔顺性下降,因而结晶度高、晶粒粗大,表现出成型收缩率大,脆性高,而韧性差是其较为严重的缺陷之一,这就限制了 PP的应用。在中国,有些通用PP 树脂产量较大,而高档PP 树脂则较少,如耐冲击型1330 只占5%,国内需求量较大的树脂如洗衣机PP 专用料、双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)专用料产量不过5~6万t,其余几乎全部依赖进口。 为满足使用要求,提高PP 的韧性迫在眉睫。

PP 的增韧改性主要有共聚改性、共混改性及添加成核剂等方法,人们普遍认为形成宏观均相、微观两相结构是得到良好增韧效果的必要条件,因而近年来共混改性(特别是在共聚基础上的共混改性和填充增韧改性成为研究重点。共混改性是PP常用的增韧改性手段,通过PP 与其他聚合物共混,使其他聚合物填入PP 中较大的球晶内,由此改善PP 的韧性和低温脆性。特别是PP 的共混改性具有耗资少、生产周期短的特点,因此是增韧PP 最有效的途径之一。按共混物组成可分为塑- 塑共混及橡- 塑共混体系,其中较常见的是PP/ 高密度聚乙烯(HDPE)、PP/ 低密度聚乙烯(LDPE)、PP/ 尼龙等体系。常用的橡胶增韧PP 体系有PP/EPR(乙丙橡胶)、PP/EPDM(三元乙丙橡胶)、PP/SBS(苯乙烯-丁二烯—苯乙烯热塑性弹性体)、PP/BR(顺丁橡胶)和PP/IBR(聚异丁烯)等。PP 还可采用三元共混体系,此时某些共混改性剂对改善 PP 的脆化温度有协同效应,即三元共混体系的抗冲击性能及其他各项力学性能均优于二元体系。本文主要讨论橡胶或热塑性弹性体对PP 共混增韧改性研究及影响因素。

增韧机理
橡胶或热塑性弹性体与聚合物共混增韧是目前研究较多、增韧效果最明显的一类方法。关于PP增韧机理,普遍为人们所接受的主要是银纹—剪切带屈服理论,对该理论的研究已较为成熟,主要集中在银纹终止理论和剪切带屈服理论。

增韧过程可简单概括为:橡胶以分散相形式分散于基体树脂中,受外力作用时,橡胶粒子成为应力集中点,它在拉伸、压缩或冲击下发生变形,若两相界面黏结良好,会导致颗粒所在区域产生大量银纹和剪切带而消耗能量;同时,银纹、橡胶粒子和剪切带又可终止银纹或剪切带,进一步转化为破坏性裂纹,从而起到了增韧作用。

只有当橡胶类聚合物与PP 具有良好相容性时,并以一定的粒径分布于PP 连续相中,橡胶类聚合物可与PP组成一种良好界面相互作用的两相或多相形态结构体系。即在共混体系中,橡胶类聚合物呈细微化颗粒分散相(俗称“岛”),随机分布在PP连续相(俗称“海”)的 PP 球晶中或球晶之间,使PP 大而脆的球晶成为细而密集的球晶,形成具有良好相界面作用的“海—岛”结构。当具有这种结构体系的增韧PP 受到外力作用时,银纹、裂纹和裂缝首先产生在PP 连续相中,处于PP 裂纹和裂缝上的橡胶类聚合物粒子充当应力集中的中心,诱发大量银纹和剪切带产生,大量银纹和剪切带的产生吸收大量能量,从而阻止裂纹和裂缝穿过。另外,橡胶颗粒还可阻滞、转向并终止小裂纹发展,使之不致发展成破坏性裂纹,产生在PP 相中的银纹可穿过小于其宽度的橡胶类聚合物粒子而生长。

在弹性体颗粒的影响下,当材料受到外力时,高聚物中生长的银纹遇到橡胶类聚合物大粒子时能分裂成许多方向各异的小银纹。即银纹可在橡胶类聚合物粒子表面支化,银纹的分裂和支化能控制银纹的发展,阻止大银纹变成有破坏性的大裂纹和大裂缝;同时,银纹的增长伴随着空化空间的发展,空化空间的发展阻止了基体内部裂纹的产生,延缓了材料的破坏,从而达到提高PP 韧性的目的。