氫化石油樹脂對聚丙烯結晶動力學的研究
2019-04-10 12:27:48費宇星
科學與技術 2019年8期
費宇星
摘要：本文主要研究氫化石油樹脂對聚丙烯結晶行為的影響以及聚丙烯的光學性能。結果表明：氫化石油樹脂抑制了厚片物質的形成，降低了聚丙烯的結晶性;阻止了聚丙烯形成β晶體，使晶體顆粒更加松散;隨著氫化石油樹脂逐漸增加，球晶尺寸逐漸減小，球晶數量逐漸增加。
關鍵詞：石油樹脂;聚烯烴;結晶
石油樹脂與聚烯烴相容性極好，具有優異的耐水性，良好的電氣性能，石油樹脂改性聚丙烯就是基于上述優點。之前的研究中，石油樹脂對聚丙烯結晶行為的影響仍不清楚，已經限制了石油樹脂的科學應用。因此，本文的目的是研究石油樹脂對聚烯烴結晶行為的影響，詳細介紹了聚丙烯共混石油樹脂的性質及其相互關系。
1實驗
1.1試劑
聚丙烯樹脂為雙取向聚丙烯薄膜樹脂，由中國蘭州石化股份有限公司生產，熔體流動指數3.0 g/10min（2.16 kg），數均分子量120000，平均分子量為37萬，分子量分布為3.08;聚合加氫石油樹脂由伊德米蘇石油化工公司（日本）生產，數均分子量為880，軟化點125℃。
1.2儀器
采用瑞士Mettler Toledo DSC1差示掃描量熱計進行量熱實驗，采用蔡司MC-80（德國）偏振光顯微鏡對樣品進行結晶形貌的研究，采用中國昊源儀器公司的DX-1000衍射儀進行WAXD實驗。
1.3實驗步驟
首先，將樣本在氮氣下以10℃/min的溫度從30℃加熱到200℃并保持5min以消除之前的熱量。然后，將樣品以50℃/min迅速冷卻至所需溫度。最后，將樣品等溫保存完成結晶所需的時間。
2結果與討論
2.1DSC的冷卻和熔化行為
DSC的冷卻和加熱曲線的速率為10℃/min。熔化和冷卻得到的參數列在表1中，Tmendset - Tmonset（其中，Tmendset和Tmonset分別為最終溫度和初始溫度）為Tm的評價樣品范圍。Tmendset - Tmonset越大，試樣的熔融溫度越寬。表1顯示了添加氫化石油樹脂后的Tc開始和結束結晶溫度（分別為Tconset和Tcendset）均呈現減小趨勢同時，Tmonset、Tmendset、Tm以及Xc逐漸減小，這表明氫化石油樹脂抑制了厚片物質的形成，降低了聚丙烯的結晶性，另一方面，熔融范圍隨著氫化石油樹脂的增加而逐漸增加，這說明片層厚度的分布更加廣泛。
2.2?廣角X光衍射（WAXD）
得到晶體衍射圖樣的參數（d-間距，L-相對度，X-結晶度）列于表2及表3。請注意在Xc的計算中應該減去氫化石油樹脂。
如表2、表3所示，對于純聚丙烯在16°的峰表示β晶體的形成，kβ為16.1%。然而，當添加氫化石油樹脂后，16°處的峰消失，這可能表明氫化石油樹脂阻止了聚丙烯的形成β晶體。另一方面，隨著氫化石油樹脂的增加，聚丙烯晶面的間距d幾乎全部增大，L和X減小。這表明氫化石油樹脂的加入使晶體顆粒更加松散。
2.3偏光顯微鏡觀察
通過POM直接觀察樣品的球晶形態。樣品被加熱到200℃保溫5min以除去熱歷史，然后以5℃/min的冷卻速度冷卻至室溫。樣品的POM顯微圖如圖1所示。
圖1為樣品的結晶形貌，彼此之間有很大的不同。對于純聚丙烯樣品，觀察到存在一些直徑約為100 μm的大球晶。對于含5% 氫化石油樹脂的聚丙烯樣品，觀察到的球晶尺寸明顯小于純樣品，球晶的數目也更多。隨著氫化石油樹脂逐漸增加，球晶尺寸逐漸減小，球晶數量逐漸增加。
POM結果表明，氫化石油樹脂有效降低L值，增加了聚丙烯的球晶數量。從結晶動力學的角度來看，造成這一結果的原因可能是在結晶過程中，成核速率的顯著增加或者是G值的明顯降低。成核速率的增加本應導致更高Tc。然而，本項研究中沒有觀察到這一點。因此，POM結果顯示氫化石油樹脂顯著降低了聚丙烯的G值，與之前DSC動力學研究的結果一致。
3結論
本文詳細研究了氫化石油樹脂對聚丙烯的結晶行為和光學性能的影響。得出的結論如下：DSC和WAXD的研究表明氫化石油樹脂降低了聚丙烯分子間的相互作用，降低了聚丙烯的結晶性，促使薄層的形成。偏光顯微鏡POM的研究表明氫化石油樹脂使聚丙烯的成核率略有降低，G顯著降低。聚丙烯加入氫化石油樹脂后降低了Go。聚丙烯中球晶的尺寸明顯降低，球晶數量顯著增加。
參考文獻
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（作者單位：江蘇省昆山中學）
