β成核剂改性聚丙烯的研究

第25卷第3期北京工商大学学报(自然科学版)Vol 25 No. 3142007年5月Journal of Beijing Technology and Business University( Natural Science Edition)May 2007文章编号:1671-1513(2007)03014β成核剂改性聚丙烯的研究孙尧,许国志(北京工商大学材料科学与工程亲,北京100037)摘要:研究了β晶型成核剂对聚丙烯力学性能和热学性能的影响,并对其进行了DSC正文偏光显微镜和电镜观察.研究表明:添加β成核剂后,聚丙烯品型由α品型向β晶型转变,韧性大大増强.β成核剂用量在0.2%时,冲击强度比未加成核剂时提高了3倍左右,其拉伸强度几乎没有变化,其软化点提高了15-20℃关键词:聚丙烯;成核剂;β晶型;增韧中图分类号:TQ314.269文献标识码:A聚丙烯(PP)力学性能优良,热变形温度高,但高速混合机,北京塑料机械厂;SQ2型塑料造粒机,缺口冲击强度低,低温脆性尤为突出.增韧PP一般上海市化工机械四厂;OJ150NC型注射机,震德塑采用弹性体共混的方法,但此方法大大牺牲了PP料机械厂有限公司;Z50型组合式数显冲击试验的其它力学性能.PP是一种结晶性高聚物,具有α、机,承德试验机有限责任公司;XRW-300系列维卡R、y、δ及拟六方体5种不同的晶体形态,a晶型属单软化点测试仪,石家庄开发区实验检测设备有限公斜晶系,它是一种最稳定的球晶.β球晶属六方晶司;XMTA1型综合热分析仪,上海祖发实业有限系,与α型球晶相比,β型球晶具有优异的耐冲击性公司; ELECTRONIC EYEPIECE光学显微镜,日本能,且其力学性能下降并不很明显,添加β成核剂是 OLY MPUS公司;S4300型扫描电镜,日本日立公目前公认的得到高含量晶型PP的最有效途径之司因此,此方法被广泛地应用于PP的增韧1.3试样制备常用的B成核剂多采用酰胺化合物和苯甲酸1)用于力学性能测试的标准试样钠2等,本研究的创新处在于,采用了一种新型、高按配方准确称取各组分,共混后通过双螺杆挤效的稀土品型成核剂来改性PP该产品具有安出机挤出造粒,粒料干燥后注射成标准试样全、无毒、无放射性,使用安全,B晶型转化率高、稳2)用于热学性能测试的标准试样定性好、改性效果明显等优点.研究了β晶型成核参照GB/T163320003制成标准试样剂对PP力学性能和热学性能的影响,并对其进行3)用于正交偏光显微镜观察的试样了DSC、正交偏光显微镜和电镜观察把少量PP粒料放在载玻片上,盖上一片盖玻实验部分片,置于热台上加热至PP可以流动(250℃左右)用事先预热好的砝码或用镊子轻轻施压使熔体展开1.1实验材料成膜,然后在250℃的硅油中恒温2h,冷却到室温聚丙烯(PPH-022),粒料,中国石油前郭炼油备用厂;3晶形成核剂,wBGⅡ,广东炜林纳功能材料有1.4性能测试限公司;抗氧剂,KY-1010,北京加成助剂研究所1)力学性能1.2设备与仪器中国煤化工9241测试,拉伸101-3型干燥箱,上海市实验仪器厂;GH10型性能CNMHG塑料简支梁冲击试收稿日期:2006-04-27基金项目:北京市自然科学基金资助项目(2012006)作者简介:孙尧(1982—),男,辽宁沈阳人,硕士研究生,研究方向为聚合物加工与改性第25卷第3期孙尧等:B成核剂改性聚丙烯的研究验按GB/T1043-936进行度影响非常明显.未添加β成核剂的PP,其耐冲击2)热学性能强度为5.17kJ/m2,加入成核剂的PP,当成核剂的塑料软化点按GB/T1633-2003测试用量在0.2%时,耐冲击强度达到15k/m2,提高了3)DSC分析将近3倍,而其拉伸强度却基本保持不变其原因采用ⅹMTA-1综合热分析仪,在氮气的保护是,加入成核剂后,1)加快了结晶化速率,提高了树下,以20℃/min的速率升温到210℃,保温3min脂的结晶度;2)形成了比较均一的球结晶构造;3)球消除热历史,然后再以20℃/min速率降温到晶的尺寸微细化;4)表面与内部结晶状态的差异变50℃小;5)外界条件对结晶情况的影响程度减少.PP形4)偏光显微镜PM观察成更细小的球晶,有利于增加其耐冲击强度,而对其用偏光显微镜观察球晶形态,并用照相机拍照拉伸强度却没有太大影响后经扫描存入计算机2.2β成核剂对聚丙烯热学性能的影响5)扫描电镜SEM观察对添加不同质量份数B成核剂的P进行维卡选择较好的冲击断裂样条切成3mm厚的薄片软化点测试,得图3后喷金,然后用S4300扫描电镜放大8000倍观察、拍照2结果与讨论2.1β成核剂对聚丙烯力学性能的影响按照塑料力学性能测试标准,对添加不同质量份数β成核剂的PP进行拉伸和冲击性能测试,得出图1、图2成核剂质量g图3成核剂的用量对PP软化点的影响12由图3可见,加了成核剂的PP,其维卡软化点明显比未加成核剂的PP高15~20℃.图1和图说明了,B晶型能同时提高聚丙烯制品的抗冲击性和热变形温度,使聚丙烯制品改性中存在的难以实现抗冲击性和热变形温度同时改变的这一问题得到较好的解决,从而大大拓展了聚丙烯的应用领域02040.6081.0核剂质量g23阝成核改性聚丙烯的DSC分析图13成核剂的用量对PP冲击强度的影响采用XMTA1型综合热分析仪,对没有添加β成核剂和添加阝成核剂的PP进行热分析,得图4040.60.81.0中国煤化工成核剂质量/gCNMHG图23成核剂的用量对PP拉伸强度的影响(a)无B成核剂;(b)0.2%成核剂由图1和图2可见,B成核剂对PP的耐冲击强图4添加β成核剂前后PP的DSC结果北京工商大学学报(自然科学版)2007年5月由图4(a)可见,纯PP在165℃附近只出现代的高度较单熔融吸收峰的高度明显减小,这是因为表α晶型的熔融吸热峰,并且只有一个单峰,而加了在加热扫描过程中发生了β晶型向α晶型的转变,3成核剂的改性聚丙烯,如图4(b),不仅在165℃附这表明改性后的PP试样中含有B晶近出现代表α晶型的熔融吸热峰,还在150℃附近2.4阝成核改性聚丙烯的偏光显微镜观察出现了代表β晶型的吸热峰.加入β成核剂的聚丙用偏光显微镜观察没有加入β成核剂和加入不烯的DSC图像呈双熔融吸收峰,但是双熔融吸收峰同质量份数β成核剂的PP的球晶形态,得图51a)纯PP400倍(b)成核剂01份400倍(c)成核剂02份400倍d)成核剂03份400倍图5成核剂改型聚丙烯的偏光显微镜观察结果由图5(a)可见,纯聚丙烯恒温结晶时,球晶尺组成的,这些晶束从中心向外辐射生长.显而易见,寸比较大,且不均匀.如图5(b)、(c)、(d),加了B成它们有一个中心成核实体,这一实体使晶片向各个核剂后,PP球晶的尺寸大大减小,并呈现β球晶的方向发展,因此,不同的晶粒各自成核,独立生长种明显形态,从東状晶片聚集体能很明显地观察在这种情况下,a球晶间有明显的边界,PP球晶的到,晶片和大分子折叠链联结在一起,球晶之间的边破坏经常是从这些边界开始的.这就是3成核PP界很难被识别,而且,相邻球晶的晶束通常与另外一的耐冲击强度比α成核PP的冲击强度高的原因束相交织.据 Shietal报道81,B型晶体最初以棒状2.阝成核改性聚丙烯的电镜分析结构生长,然后晶片枝条演变成晶束,最后变成球晶对没有添加β成核剂和添加β成核剂的PP进结构.另一方面,晶态PP的球晶是由一束束晶束行电镜分析,得图6H任(a)末加β成核剂晶体结构(b)加入β成核削品体结构图6成核剂改改性聚丙烯电镜分析结果第25卷第3期孙尧等:β成核剂改性聚丙烯的研究17从图6(a)中可以看出,未加β成核剂的聚丙烯3)添加β成核剂,聚丙烯的热变形温度提高了晶体结构基本上生成的是a球晶,十分明显,在PP15~20℃,使加工和应用范围更广中片晶是从球晶中心多向地沿径向放射性地向外生长.从图6(b)中可以看出,加入B成核剂后,聚丙烯参考文献晶体片晶由球晶中心或平行集结成束,然后向外枝[1]窦强,王斌,β晶型成核剂改性聚丙烯纤维矸究[J]化生长,并且生长成似螺旋体状,导致球晶间高密度合成纤维工业,2002,25(4):6-8的片晶束相互交织,不存在明显的连接溥弱的边界.(2]徐涛,雷华,成核剂对聚丙烯结晶形态及冲击断裂行球晶内的片晶之间无明显的微银纹,致使材料内部为的影响[J].高分子材料科学与工程,2003,19(1):固有微缺陷大为减少,这是它的室温耐冲击性能大为改善的主要原因9[3]GB/T1633-2000,热塑性塑料维卡软化温度(VST)的测定[S]3结论[4]GB/T1039-92,塑料力学性能试验方法[S[5]GB/T1040-92,塑料拉伸性能试验方法[S]通过向PP中添加β成核剂,得出[6]GB/T1043-93,硬质塑料简支梁冲击试验方法[S]1)添加B成核剂后,在加工过程中实现了聚丙7]钱欣程蓉.阝晶型成核剂增韧聚丙烯研究[J.工程烯晶型由a型向β型转变;塑料应用,2002,30(12):15-12)添加B成核剂的聚丙烯,其耐冲击强度要比8范文春钱欣邬润德晶型成核剂增韧改性聚丙烯没有添加时的耐冲击强度大大提高,用量在0.2%研究[J].塑料,2003,32(2):9-11时,可高出3倍左右,拉伸强度却没有下降;[9]窦强,王斌.β晶型聚丙烯的力学性能与结晶行为研究[J].功能高分子学报,2001(14):338-340STUDY ON POLYPROPYLENE MODIFIED BY BCRYSTALLINE FORM NUCLEATING AGENTXU GuO-zDepartment of Material Science and Engineering, Beijing Technology andBusiness University, Beijing 100037, China)Abstract: The influence of B-nucleating agent to the mechanical and thermal properties of PP werestudied. DSC, PM and EM were used to characterize the structure, morphology and mechanical behavor of the nucleated PP. The results showed that the a crystalline was transformed to B crystallineand the impact resistance of PP was enhanced clearly by the addition of B-nucleating agent. The impact resistance of Pp was enhanced by 3 times when the addition of nucleating agent was 0.2%, thetensile strength hardly changed and the softening point increased by 15-200Key words: polypropylene; nucleating agent; B crystalline form; toughening(责任编辑:叶红波)中国煤化工CNMHG