PE/PP/PS反應性共混研究

謝 赟

（廣州林駿汽車內飾件有限公司，廣東 廣州 511365）

PE/PP/PS反應性共混研究

謝 赟

（廣州林駿汽車內飾件有限公司，廣東 廣州 511365）

研究了無水AlCl3在PE/PP/PS共混過程中的反應性作用，考察了無水AlCl3用量對PE/PP/PS合金力學性能和PP結晶行為的影響。結果表明：在PE/PP/PS共混過程中加入適量的無水AlCl3，可以起到有效的增容作用，提高了合金的力學性能。

聚乙烯；聚丙烯；聚苯乙烯；增容

PS與PE、PP均為不相容聚合物，為了獲得綜合性能優良的材料，人們對PE（PP）、PS進行了改性研究，期望得到一種集PE（PP）、PS二者優良性能于一身的復合材料，也就是人們說的聚烯烴工程材料。早期人們通過加入接枝或嵌段共聚物或直接偶聯的方法[1-8]來達到此目的，但也存在成本較高和反應物產生自交聯等缺點。

通過研究[9-10]我們發現，在PE/PS，PP/PS二元共混物中加入無水AlCl3可以有效改善體系的相容性，使合金的性能得到提高。這主要是因為AlCl3能引發PE（PP）與PS間的Friedel-Crafts烷基化反應，生成的接枝物PE（PP）-g-PS使PE（PP）/PS共混物的相容性得到提高。本實驗主要考三元共混體系中，無水AlCl3對PE/PP/PS合金性能及PP結晶行為的影響。PP具有和PE相似的分子結構，二者具有相容性，但因為PP熔點較PE高，PE/PP/PS共混物的加工溫度也要高于PE/PS共混物，這勢必會對PE（PP）與PS的接枝反應產生一定的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原料

聚乙烯(PE)：LLDPE，DFDA-7042，吉化集團公司合成樹脂廠；聚丙烯（PP）：J340，韓國曉星公司；聚苯乙烯（PS）：G-23Q，泉州泉港海洋聚苯樹脂有限公司；無水三氯化鋁（AlCl3）：分析純，上海美興化工有限公司；丙酮：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；乙酸乙酯：分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 主要設備

密煉機，常州溯源橡塑科技有限公司；平板硫化機，XLB-D，常州市第一橡膠設備廠；拉力實驗機，LJ-500，廣州實驗儀器廠；熔體流動速率儀，TY-5005，江都天源試驗機械有限公司；紅外光譜儀，Nicolet-370，美國尼高公司；示差掃描量熱儀，Perkin-Elmer DSC-4，美國PE公司；偏光顯微鏡，XPR-201，上海宙山光學儀器有限公司。

1.3 實驗方法

在PE/PP/PS（35/35/30，質量比，下同）加入AlCl3（加入量以PE/PP/PS總量的百分數計）于密煉機內進行熔融共混，共混條件為：溫度180℃，轉子轉速100r/min，時間6min。將PE/PP/PS共混物置于模具內，在180℃，20MPa下模壓成板，由標準裁刀制成測試樣條，依據GB1040-1993測定PE/PP/PS合金的力學性能，拉伸速度為50mm/min，實驗數據為5次平均。熔體流動速率（GB3682-2000）MFR測試條件為230℃，2.16kg。

共混物的分離方法是：用二甲苯將共混物溶解，倒入體積比為1:1的丙酮和乙酸乙酯沉淀劑中，靜置24h，分離出沉淀物。將沉淀物在180℃熱壓制成0.1mm左右的薄膜，作紅外分析。部份沉淀物經熔融壓片制樣后，在120℃下放置24小時，于偏光顯微鏡上觀察PP結晶形態。共混物的熱分析在N2氣氛下進行，用量為5～6mg，升溫速率為10℃/min。

圖1：沉淀物紅外光譜

圖2:AlCl3用量對PE/PP/PS共混扭矩的影響

圖3：AlCl3用量對PE/PP/PS平衡扭矩的影響

表1：AlCl3用量對PE/PP/PS合金性能的影響

2 結果與討論

2.1 分離物紅外分析

將由共混物分離出的沉淀物作紅外分析，其紅外光譜如圖1。從圖中可以看出，含有AlCl3的共混體系分離出的沉淀物在1600cm-1處存在苯環骨架振動的特征吸收峰，而不含AlCl3的簡單共混體系分離出的沉淀物在此處無明顯吸收峰存在，這說明AlCl3的加入可以在PE/PP/PS體系中引發接枝反應，生成PE(PP)-g-PS。

2.2 AlCl3用量對PE/PP/PS共混扭矩的影響

圖2是在不同AlCl3用量下PE/PP/PS(35/35/30)體系在共混過程中的扭矩圖。當體系中加入0.4wt%AlCl3時，體系在整個共混過程中的即時扭矩值大于簡單共混體系；而加入0.8wt%AlCl3時，體系的即時扭矩值低于簡單共混體系。這說明PE/PP/PS體系中加入適量的AlCl3，由于其引發大分子間的烷基化反應，生成的接枝物會使共混物的各組份相間結合得更加緊密，體系黏度增大；但在過量的AlCl3作用下，會導致共混體系中PS的降解，體系間大分子烷基化反應的程度降低，使得體系的黏度下降。由此說明適量地加入AlCl3會使PE/PP/PS合金的性能得到改善，而過量的AlCl3反而會使合金的性能下降。

圖3是在PE/PP/PS(35/35/30)體系中加入不同量AlCl3的共混平衡扭矩圖。從圖中曲線的變化趨勢可以看出，隨著AlCl3用量的加大，共混物的平衡扭矩值呈現先增后降的趨勢，當AlCl3用量超過0.6wt%時，體系的平衡扭矩值低于簡單共混體系。這說明AlCl3對PE/PP/PS合金性能的改善存在一個最佳值(0.4wt%)。

2.3 AlCl3用量對PE/PP/PS合金性能的影響

在不同A l C l3用量下P E/P P/PS(35/35/30)合金的性能見表1。隨著體系中AlCl3的加入，共混物的拉伸強度、斷裂伸長率得到提高，而熔體流動速率降低，AlCl3的加入量為0.4wt%時，合金的性能達到最佳，此后繼續增大AlCl3用量，合金性能開始下降，且低于簡單共混體系。這是因為AlCl3的加入一方面會引發PE(PP)、PS大分子間的烷基化反應，生成的接枝物能在體系中起到增容劑的作用，使共混物各組份間的相容性提高，另一方面也會導致大分子的分子鏈斷裂，引起降解反應的發生，使合金性能下降，這二者同時發生，存在正反兩方面的競爭。在AlCl3用量較低的條件下，以接枝反應、對體系的增容作用為主；AlCl3過量，則以斷鏈反應、對體系的降解作用為主。（見表1）

圖4：不同共混體系DSC曲線

圖5：共混物分離物偏光顯微鏡照片

2.4 共混物DSC分析

圖4為不同共混體系的DSC曲線，其中曲線1為簡單共混體系，2為增容體系，曲線上的兩個峰值分別對應共混體系中PE、PP組份的熔點。當體系中加入0.4wt%AlCl3后，較簡單共混物而言，共混物中PP的熔點下降了1℃，而PE的熔點基本不變。由于接枝物的形成會使結晶聚合物的分子鏈規整性遭到破壞，結晶能力下降，熔點降低，所以此時共混體系中主要以PP、PS間的接枝反應為主，主要生成PP-g-PS。

2.5 共混分離物結晶形態分析

圖5為從PE/PP/PS共混物中分離出的PP的偏光顯微鏡照片。對比純PP的偏光照片可以發現，由簡單共混體系得到的PP的結晶形態及球晶大小都沒有發生改變，而當共混體系中加入0.4wt%AlCl3后，幾乎觀察不到PP的球晶形態，只有碎晶生成；當AlCl3加入量為0.6wt%時，能觀察到PP球晶的消光現象，但是未能呈現較完整的球晶形態。這主要是因為在含有AlCl3的反應性增容體系中，能夠使PP發生接枝反應，生成PP-g-PS，正是由于接枝物的生成破壞了PP分子鏈的規整性，使PP的結晶能力降低，不能形成完善的晶體。當PE/PP/PS的力學性能越好時，反應生成的PP-g-PS也越多，對PP結晶行為的影響也越明顯(對比照片c、d)。

3 結論

（1）在PE/PP/PS共混過程中加入無水AlCl3，能對共混體系起到有效的增容作用，當加入0.4wt%的AlCl3時，體系的增容效果最明顯，PE/PP/PS合金的力學性能最好。

（2）在高溫共混條件下，PE/PP/PS/AlCl3共混體系中以PP、PS間的接枝反應為主，生成PP-g-PS，使得PP的結晶性能和熔點都明顯降低。

（3）加入無水AlCl3后，隨著PE/PP/PS合金性能的增加，PP的結晶能力下降。

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Study on the Reactive Blending of PE/PP/PS

Xie Yun
(GUANGZHOU LINJUN CO.,LTD.Guangzhou,Guangdong,511365)

Reactive action of aluminum chloride(AlCl3)on PE/PP/PS blending progress was examined.The in fl uences of AlCl3content on mechanic properties of PE/PP/PS alloy and crystallization behavior of PP were studied,too.The results show that,there has an effective compatibilization with adding moderate content of AlCl3in PE/PP/PS blending progress,and the alloy’s mechanical properties were improved.

Polyethylene；Polypropylene；Polystyrene；Compatibilization