成核剂对聚丙烯性能的影响

第15卷第4期江苏工业学院学报Vol. 15 No 42003年12月JOURNAL OF JIANGSU POLYTECHNIC UNIVERSITYDec.2003文章编号:1005-8893(2003)04-0011-04成核剂对聚丙烯性能的影响龚方红,徐建平,刘春林〔江苏工业学院材料科学与工程系,江苏常州213016)摘要:研究了山梨醇苄叉衍生物等6种常用的成核剂对聚丙烯性能的影响,并着重讨论了山梨醇苄叉衍生物成核透明剂的用量对聚丙烯力学性能和光学性能的影响,探讨了用山梨醇苄叉衍生物成核透明剂制备透明聚丙烯的方法。关键词:聚丙烯;改性;成核剂;二苄叉山梨醇;透明性中图分类号:TQ325.1文献标识码:A聚丙稀作为通用型热塑性树脂,具有密度小,剂1010及液体石蜡按所需比例混合均匀后加入双耐热性优良,耐腐蚀性和电绝缘性优良,易加工,螺杄挤岀杋,挤岀造粒。挤岀工艺为∶挤岀机转速热变形温度高、价廉等特点,其应用领域不断扩为540r/min,各区温度为:150℃,170℃大,特别是近年来所兴起的通用塑料工程塑料化技180℃,200℃,210℃,200℃术中,聚丙稀作为首选材料不断地引起了人们的重视1.2透明聚丙烯样品的制备近年来国内外对PP成核剂的研究和开发相当将挤岀粒料在上海塑料机械厂生产的活跃1-5,已商品化的品种也很多,可分为无机100/80型塑料注射机中注射拉伸,弯曲,圆片和物和有机物两大类,无机成核剂为滑石粉、碳酸钙缺口冲击样条。注射温度为225℃~230℃等一类物质;有机类成核剂一般是指低分子量有机化合物,主要有脂肪羧酸金属皂,山梨醇苄叉衍生1.3聚丙烯熔体流动速率的测定物、芳香族羧酸金属皂和有杋磷酸盐等。山梨醇苄按照GB3682-83,采用熔体流动速率测定仪叉衍生物类成核剂因与PP相容性好和良好的成核(XLR-400,吉大科教仪器厂)测定聚合物的熔体透明效果,已成为国内外开发最活跃、品种最多、流动速率,测定的条件为负荷2160g,温度190±产量最大的一类PP成核透明剂。本文研究了对苯0.2℃,单位为g/10min。二甲酸钠、己內酰胺、碳酸钙、磷酸酯类成核剂、山梨醇苄叉衍生物类成核剂和尼龙-6等多种成核1.4常温力学性能的测定剂对PP性能的影响,并着重考察了在不同山梨醇参照GB/T1042-92进行拉伸性能的测定,苄类成核剂用量下聚丙烯力学性能和光学性能的变拉伸速度定为10mm/min用注射机注射成的含缺口的试样,按GB/′T1042-93进行冲击性能的测定。实验部分5V凵中国煤化工1.1成核剂在聚丙烯树脂中的分散CNMHG查试样,调节实验环将PP〔F401,扬子石化生产)成核剂、抗氧境。根据材料软硬程度选择适宜的标尺,再按试样收稿日期:2003-05-06作者简介:龚方红(1966-),男,江苏南通人,副教授,主要从事聚合物改性方面的研究。12江苏工业学院学报003年形状、大小挑选及安装工作台,把试样置于工作台常大,有时甚至可以达到毫米数量级,球晶粗大导上,按照要求进行测试,每一试样测试5点,取平致聚丙烯制品的收缩率大、表面光泽度和透明性均值为试样的洛氏硬度值。差,甚至还会引起其他力学性能下降。加入成核剂可以使球晶细化,从而改进聚丙烯的光学和力学性6热变形温度测定能。对苯二甲酸钠、鳞酸酯类成核剂、山梨醇苄叉按GB/1043-89进行测试,在每分钟2℃的衍生物类成核剂等6种常用的成核剂对聚丙烯的改升温速率下,将样条放置于热变形实验仪中,加上性结果列于表1。额定的砝码,使试验承受0.45MPa的载荷,记录表1常用成核剂对聚丙烯力学性能和光学性能的影响形变为0.21mm时的温度值,得到热变形温度。试样号熔体流动速率(g/10mim)3.34.24.12.53.83.73.57透光率的测定拉伸强度/MPa30,632,433.231.533.034.134.2缺口冲击强度/(Jm1)8.79.89.09.39.310.4采用分光光度计(721-100型,上海第二分断率伸长率,%260330330260330340270析仪器厂),测定标准聚丙烯试片的透光率。首先洛氏硬度96101102101103103103热变形温度/℃检査仪器各个调节旋纽的起始位置是否正确,接通透光率%3.55.54.04.59.512.310.5电源开关,仪器预热10~15min后,选择确定的黄色指数19.817.316.518.516.015.615.0波长和相应的灵敏度档。选用两个相同的比色皿球晶平均直径/m250101101174555075个为空皿,聚丙烯试片垂直放入另一比色皿中,说明:上表中1号试样为纯聚丙烯,2~6号分别为聚丙烯加将此两比色皿放入比色槽架内,然后盖上比色槽的入对苯二甲酸钠、己内酰胺、碳酸钙(平均粒径0.5μm)磷酸酯类成核剂和山梨醇苄叉衍生物类成核剂,加入量均为0.2phr,7暗盒,旋转仪器的光量调节器,使放置空比色皿时号试样为加入0.4p尼龙-6和02pr的P接枝马来酸酐,2透光率刻度处于100%位置,然后将放有聚丙烯试7号配方均加入抗氧剂1010,用量为0.2ph片的比色皿中推入光路中,即可测得试样的透光从表1的数据可以看出,加入成核剂后,PP的缺口冲击强度都有不同程度的提高,沖击强度的大小与物料在接受冲击时吸收的能量有关,未经改1.8黄色指数的测定性的PP,内部的球晶较大,接受冲击时,粗大的按GB2409-80进行仪器的校准和测量(SC球晶成为应力集中物,导致聚合物的冲击强度下A,北京康光仪器有限公司),对于不透明和半降,而加入成核剂后,球晶变小,而且均匀,外界透明试样应测定相对于基准白板的光谱反射率(反的冲击能量容易分散,沖击强度变高,实验证明了射法),背景为白色工作板,经仪器自动积分求得这一点。其中以接枝马来酸酐为相容剂的成核剂尼试样相对于标准照明体C的光谱三刺激值x,y,龙-6效果为最佳,提高了20%z。测得试样的黄色指数。从表1的数据也可以看出,加入成核剂后,PP材料的拉伸强度得到了一定程度的提高,这与1.9偏光显微镜法观察成核PP球晶形态PP的结晶度提高有关。加入成核剂后,聚丙烯的将各种成核P粒料放在已于260℃电炉上恒结晶度和结晶的完善程度提髙,分子链规整的排温旳载玻片上,待粒料熔融后,加上盖玻片,加压列,有利于材料抵抗外力,提高拉伸强度。而成核成模,保温1min,然后迅速放入140℃烘箱中,剂种类的变化,对拉伸强度的影响不大,其中以结晶1h后取出。使用偏光显微镜观察在正交偏光4、5、6号配方的效果较佳,提高了10%左右。从条件下PP球晶,按照目镜标尺,读出球晶的平均断裂伸长率的数据可以得出,加入成核剂后,PP刻度数,再按放大倍数换算成球晶的直径。开的断率基本不变,成核剂的加入,未对PP的断中国煤化工句。2结果与讨论CNMHG成核剂后,聚丙烯的洛氏硬度得到了提高和改善。因为加入成核剂成核剂对PP力学性能影响的比较PP材料的结晶度得到了提高,大分子的3维有序聚丙烯〔PP)的分子链结构比较规整,具有排列,使聚合物的表面硬度得到了提高。成核剂种较强的结晶能力,自然冷却结晶形成的球晶尺寸非类的不同,对洛氏硬度的变化影响不大。龚方红等,成核剂对聚丙烯性能的影响加入成核剂后,PP的热变形温度得到了提高,提高,但是低分子量物质的超量加入,也会使体系结晶度和结晶完善程度的提高导致了材料热变形温的缺口冲击强度下降,所以当成核剂用量超过度的提高。透明PP比其它透明材料PⅤC,PS等0.3%时,材料的缺口沖击强度岀现下降趋势。的优势,就是有高的热变形温度。从表1也可以看出,加入成核剂后,PP的透明性大大改善,异相成核剂的加入大大增加了晶核的数量,这使聚丙烯的球晶细化并均匀化,而球晶10的细化导致了PP透光率大大增加,实验数据证明了了这一点。反映材料光泽度的黄色指数也呈现类似的变化趋势,成核剂的加入使黄色指数明显下降。综上所述,成核剂的加入使聚丙烯的球晶变000.1020304小,提高了聚丙烯的拉伸强度、冲击强度和表面硬度,聚丙烯的透光率和表面光泽度也明显提高。对图2与σ和H的关系六种成核剂的横向比较也可以发现山梨醇苄叉衍生图2还列出了洛氏硬度与成核剂用量的关系物类成核剂的成核透明性优于其他成核剂,下文详图,可以看出,成核剂的加入,PP材料的洛氏硬细讨论山梨醇苄叉衍生物类成核剂用量对聚丙烯力度明显提高,聚合物结晶度和结晶完善程度的提学性能和光学性能的影响。高,必然会使聚合物的表面硬度提高,成核剂用量2.2成核剂用量对PP力学性能的影响超过0.1%后,洛氏硬度的增加趋势趋缓。热变形温度tr与w的关系见图3,由图3可图1为山梨醇苄叉衍生物类成核剂用量与以看出,加入成核剂后,PP材料的热变形温度得体系拉伸强度a和断裂伸长率8关系图,从图中到了提高,随着成核剂用量的增加而提高,在含量可以看出,当成核剂的用量小于0.25%时,体系为0.3%时,效果达到了最大,随后成核剂量的增的拉伸强度随成核剂用量的增大而增大,成核剂的加对P材料的热变形温度的影响不大。加入导致了PP结晶度的上升,这使PP材料的拉伸强度得到了提高。但小分子物质的加入毕竟会影响聚合物的力学性能,当成核剂加入量超过0.3%后,PP的力学性能出现下降趋势。断裂伸长率也有类似的变化趋势,加入成核剂后,PP材料断裂伸长率得到了提高,成核剂的量为0.3%时,效果为最佳。-4.300图3m与tr和球晶直径d的关系20082.3成核剂用量对PP光学性能的影响成核剂用量与PP透光率的关系曲线列于图4中,从图中可以看出,随着成核剂的用量的增加,000102030405PP末中国煤化工提高,当用量达到0.2l1与a.和8的关系0.3222 CNMH加快,而当用量超过举以y岌化贮亍平缓。显然异相晶核图2是成核剂用量与冲击强度σ;和洛氏硬度的加入,会大大增加体系中晶核的总数,众多晶核H的关系图,从图中可以得出,成核剂的加入使同时生长,必然会使球晶变小,球晶尺寸的减小导PP的球晶得到细化,较大的球晶容易成为应力集致了透光率的增大,而当晶核数量超过一定数值中物,球晶尺寸的减小导致了冲击强度的较大幅度江苏工业学院学报003年后,球晶已经变得足够小,这种由于晶核数量增加0.20%~0.3%时,已经取得较好的效果,继续增而带来的球晶变小的趋势已不再明显,继续增加成加用量黄色指数变化不大,而力学性能却会因过多核剂的用量效果也就不会显著了,偏光显微镜的观的小分子物质的加入而下降。察得到的球晶平均尺寸列于图3,也能得出同样的结果。参考文献1]茁迎春,透明聚丙烯性能的研究[J].塑料科技,1999,[2]徐涛,雷华.成核剂对聚丙烯结晶形态及冲击断裂行为的影响817[J].高分子材料科学与工程,2003,(1):161-164.[3]施红伟,金鹰泰,杨德才.成核剂对聚丙烯及其共聚物的结晶行为和性能的影响[J].高等学校化学学报,2002,(8):1154]俞强,刘建忠,林明德,等.间規聚丙烯与等规聚丙烯共混物000.1结晶行为[J].江苏石油化工学院学报,2000,12(1)图4w与λ和黄色指数y的关[5] Velasco J L, De Sala J A, Martinez A B. Crystallization Behavior从成核剂用量与黄色指数的变化曲线,可以看of Polypropylene Filled with Surface- modified Talc J]. J Appl出,随成核剂量的增加,试样的黄色指数值減小Polym Sci,1996,61(1):125-132这说明成核剂的加入可以使PP的色变减弱,稳定[6]Rabcllo M S, Whil I R. Photodegradation of Polypropylene Conaining a Nucleating Agent J ]. J Appl Polym Sci, 1997,64性增强,当然成核剂用量也不宜过多,在含量为(4):2505-251Effect of Nuclear Agents on Properties of PolypropyleneGONG Fang-hong XU Jian-ping LIU Chun-linDepartment of Materials Science and Engineering Jiangsu Polytechnic University Changzhou 213016,ChiAbstract The effect of dibenzylidene sorbitol and other five kinds of nuclear agents on properties of polypropylene was studied in this paper. The effect of addition amount and addition ways of dibenzylidene sorbitol and itsderivative used as nuclear clarifier on mechanics and optics properties of polypropylene was emphatically disKey words polypropylene i modification i nuclear agent i dibenzylidene sorbitol i clarification中国煤化工CNMHG