聚丙烯的增韌改性研究現(xiàn)狀

孫洪濤

摘要：聚丙烯（PP）是一種性能優(yōu)良的熱塑性合成樹脂，是五大通用熱塑性樹脂中發(fā)展歷史最短、增長最快的品種。它具有綜合性能優(yōu)良。

關(guān)鍵詞：聚丙烯；增韌改性；研究；現(xiàn)狀

1聚丙烯增強、增韌改性研究現(xiàn)狀

1.1聚丙烯性能的特點

聚丙烯（PP）是一種結(jié)構(gòu)規(guī)整的結(jié)晶性聚合物，為白色粒料、無味、無毒、質(zhì)輕的熱塑性樹脂，它的物理機械性能主要取決于分子鏈的立體等規(guī)結(jié)構(gòu)和晶型。它的力學(xué)性能較為優(yōu)異，并有突出的耐應(yīng)力開裂性和剛性。它的耐熱性較好，熔點高達164℃，軟化點高于低壓聚乙烯和ABS，可在100～120℃下長期使用。聚丙烯幾乎無毒。

1.2聚丙烯增強、增韌的改性方法

聚丙烯的改性方法多種多樣，總體上可劃分為化學(xué)改性和物理改性。化學(xué)改性主要是改變聚丙烯的分子鏈結(jié)構(gòu)，從而改進材料性能。物理改性是通過改變聚丙烯材料的高次結(jié)構(gòu)，以達到改善材料性能的目的。聚丙烯本身就是一種化學(xué)合成材料，也就易于通過化學(xué)的方法進行改性。嵌段和接枝的方法在聚合物改性中應(yīng)用廣泛。在接枝共聚物中，丙烯與乙烯等共聚得到的無規(guī)共聚物，其結(jié)晶度、剛性、熔點均低于均聚物，但透明性得到改進，韌性和沖擊強度會明顯提高。

2物理改性

2.11共混改性

共混改性是指將其他種類塑料或熱塑性彈性體（TPE）與PP采用機械共混的方法進行共混，以此改變PP的大球晶結(jié)構(gòu)，從而改善聚丙烯的韌性和低溫脆性。共混改性時應(yīng)注意不同聚合物之間的相容性，相容性差的聚合物需要加入相容劑進行共混。

2.1.1橡膠或彈性體增韌PP

利用銀紋-剪切帶屈服理論、剪切屈服理論、空穴化理論、多重銀紋理論、逾滲理論等機理，用橡膠（乙丙橡膠、順丁橡膠、彈性體POE和SBS等）加入到PP中，可以明顯提高PP的常溫、低溫韌性。周夢思等將五種不同的彈性體（POE、SBS、SEBS、EPDM、OBC）與聚丙烯共混，發(fā)現(xiàn)當(dāng)彈性體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時，PP/SEBS的缺口沖擊強度最高（圖1）；當(dāng)彈性體含量達到20%和25%時，PP/SEBS、PP/POE和PP/SBS的抗沖擊強度都分別超過了15KJ/m2和30KJ/m2。

結(jié)果表明：PP/POE和PP/SBS的抗沖擊性能和拉伸性能均優(yōu)于其他三種，所以利用POE和SBS增韌PP時，所得PP的綜合性能最好。

2.1.2熱塑性塑料增韌PP

目前常用于PP共混體系的熱塑性塑料有三種，即柔性聚合物體系、剛性聚合物體系和超高分子量聚乙烯（UHMWPE）體系。第一種體系增韌效果不是很理想，后兩種體系均可提高PP的缺口沖擊性能，同時不會降低拉伸強度。

2.2填充改性

填充改性是指在聚合物加工過程中為了降低原料成本、改善制品性能、達到增量和增強的目的，加入無機填料或有機填料。采用橡膠或彈性體能夠達到增韌PP的目的，但是同時往往會降低其他性能，比如共混物的熱變形溫度、模量和強度。

2.2.1無機剛性粒子增韌PP

常用于PP增韌改性的無機填料包括重晶石、硅灰石、云母粉、滑石粉等。無機粒子因復(fù)合效應(yīng)將其本身性質(zhì)轉(zhuǎn)移到復(fù)合材料中，同時還會改變聚丙烯的結(jié)晶行為，進而改善材料的性能。阮錦泉等人通過對PP/硅灰石體系的研究發(fā)現(xiàn)：體系模量隨硅灰石含量的增加而不斷增加。當(dāng)硅灰石含量為40Phr時，彎曲模量提升了66.3%，拉伸模量提升了31.5%。同時共混體系的彎曲強度、拉伸強度以及斷裂強度表現(xiàn)出先升后降的趨勢。其缺口沖擊強度也是先升后降，當(dāng)硅灰石含量為30Phr時，達到最大，提升了17.7%。采用甜菜堿對硅灰石進行表面處理后，提高了其在PP基體中的均勻性，PP/表面處理硅灰石體系的缺口沖擊強度隨含量的增大而大大增強。

2.2.2β晶型成核劑增韌PP

α晶型晶粒粗大，當(dāng)材料產(chǎn)生形變時，易產(chǎn)生脆性斷裂。然而β晶型具有優(yōu)良的抗沖擊性能，因此被廣泛用于增韌聚丙烯。付一政等人按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的成核劑加入到PP中，進行力學(xué)性能測試結(jié)果表明：由于β晶型成核劑的加入，PP的力學(xué)性能顯著提高，同時改善了材料的韌性。在均聚聚丙烯（PPH）和無規(guī)共聚聚丙烯（PPR）中加入成核劑后，缺口沖擊強度分別提高了1.28倍和0.42倍。由此得出，β晶型成核劑對PPH的增韌效果更好。

2.2.3納米材料增韌PP

無機納米粒子具有高的比表面積和較強的吸附性能，通過粒子效應(yīng)可以影響聚丙烯的結(jié)晶行為、力學(xué)行為和結(jié)晶結(jié)構(gòu)，因此既能夠增韌又能夠增強PP。從而納米材料改性PP得到廣泛應(yīng)用。常用的納米材料有：納米二氧化硅、凹凸棒土（ATP）、有機蒙脫土（OMMT）等。周中玉等預(yù)先將納米SiO2分散在增塑劑LP中制得納米溶膠，然后將其與PP進行熔融共混，從而得到增塑增韌PP。研究結(jié)果表明：隨著納米SiO2用量的增加，增塑增韌PPR的沖擊性能逐漸提高，當(dāng)納米SiO2的含量為0.6%時，增塑增韌PPR沖擊強度由112.6J/m增高到229.0J/m，當(dāng)納米SiO2的含量為0.2%時，增塑增韌PPH的沖擊強度由38.9J/m增高到9.4J/m。納米SiO2還可以提高PP的結(jié)晶速率、減小其晶球尺寸。

2.2.4纖維填料改性

玻璃纖維是一維結(jié)構(gòu)的無機填料，它具有高模量和強度，當(dāng)其加入到PP中，作為骨架能夠優(yōu)異的承擔(dān)載荷和應(yīng)力，從而顯著增強PP的力學(xué)性能和耐熱性能。畢冬冬等在W針狀硅灰石含量一定的情況下，加入不同含量的玻璃纖維制得聚丙烯/硅灰石/玻纖復(fù)合材料，然后通過材料力學(xué)性能測試了解玻纖填料對PP剛性、韌性的影響。

3結(jié)語

近年來我國聚丙烯工業(yè)等到了蓬勃發(fā)展，已具有了較好的工業(yè)基礎(chǔ)，具備了一定的市場競爭力。但與發(fā)達國家相比不論是在品種、數(shù)量還是質(zhì)量等方面仍存在很大差距。

參考文獻

[1]王磊，劉存鵬，熊祖菁.劍麻纖維增強珊瑚混凝土力學(xué)性能試驗研究[J].河南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，33（6）：826-830.

（作者單位：青海大美煤業(yè)股份有限公司）