高模量聚丙烯专用料的开发

  关键词 : 弯曲模量 ; 聚丙烯 ; 纳米蒙脱土 ; 冲击强度 ; 加工性能

  采用纳米蒙脱土对聚丙烯 ( PP) 进行改性 , 是 近年发展起来的一项新技术 。由于纳米蒙脱土粒子的 片层结构 , 使 PP 改性专用料呈现出高模量的特性 , 同时 PP 专用料的冲击强度 、形变性能得到了改善 。 本文研究开发的高模量 PP 专用料 , 主要是针对家电底 座 、建筑模壳 、机械零部件等领域中的性能需要 。采 用纳米蒙脱土粉体分散新技术方法 , 其特点是填充量 小 、专用料模量提高幅度大 、生产的基本工艺简单 、成本 低 , 加工成型性好 。实验采用复合牵引插层技术 , 以 PP 为基础树脂 , 蒙脱土为改性剂 , 通过蒙脱土活化 配方设计 、用量实验及加工工艺优化等工作 , 开发出 的高模量 PP 专用料在蒙脱土质量分数为 4 %时 , 弯 曲模量达到 2 500 MPa , 超过 PP 的弯曲模量 160 % , 且冲击强度提高 110 % , 回缩率降低 35 % , 其它各项 性能较好 。

  7 为加工温度对专用料弯曲模量和回缩率的影 图 响 。从图 7 中能够正常的看到 , 相同配方情况下 , 随着加工 温度的提高 , PP 专用料弯曲模量增大 , 当加工温度 达到 180 ～ 190 ℃时 , PP 专用料弯曲模量达到最大 值 , 进一步提升加工温度则 PP 专用料弯曲模量下降 。 而 PP 专用料的回缩率则随着加工温度的提高呈降低趋 势 , 当加工温度达到 180～190 ℃ , PP 专用料回缩率 时 达到较低值 , 进一步提升加工温度则回缩率上升。 8 为工艺路线对 PP 专用料弯曲模量及专用料 图 回缩率的影响 。从图 8 中能够正常的看到 , 相同配方情况 下 , 工艺路线不同 , 专用料的弯曲模量 、回缩率均有 较大区别 。采用一步法 ( 蒙脱土活化后直接与聚丙烯 混合混炼) 加工时 , 专用料的弯曲模量较低 , 回缩率 较大 ; 而采用二步法 ( 蒙脱土活化后先与聚丙烯制成 母料 , 然后进一步与聚丙烯混合混炼) 加工时 , 专用 料的弯曲模量高 , 回缩率低 。说明二步法工艺有利于

  基体中才能阻断其团聚倾向 , 保持其一维纳米尺寸状 态并发挥纳米效应 。由于 PP 为非极性聚合物 , 将其 与牵引剂处理蒙脱土直接共混存在热力学不相容问

  题 [2 ] , 最后导致加工产生相分离而影响产品性能 。活 化剂与牵引剂起协同作用 , 主要解决相容性问题 , 提 高蒙脱土片层分散效果 。 实验中 , 采用相同蒙脱土用量 、加工条件 、牵引 剂用量 , 不同活化剂与牵引剂配合时 , PP 专用料的 模量 、回缩率及力学性能不同 , 结果见图 3～图 6 。 由图 3～图 6 可见 , 不同活化剂配合牵引剂使用 时 , PP 专用料的性能区别较大 。随着活化剂用量增 加 , PP 专用料的弯曲模量 、拉伸强度 、冲击强度提 高 , 回缩率降低 , 其中活化剂 K 的效果最好 ; 专用 料的弯曲模量高达 2 309 MPa , 拉伸强度 、断裂伸长 率 、回缩率等性能较好 。这主要是由于活化剂分子与 蒙脱土表面羟基形成桥联结构并包覆蒙脱土片层表 面 , 形成有机化层 , 大幅度的降低了片层团聚力 , 提高了 蒙脱土与 PP 的热力学相容性 , 因此提高了蒙脱土的 纳米分散效果 , 使专用料性能大幅提高 。

  从图 1 能够正常的看到 , 专用料模量和回缩率呈相反变 化规律 , 随着牵引剂 FQ21 用量增加 , 专用料模量增 加 , 当其用量达到 1 %～ 115 %时 , 专用料模量达到 最大值 , 进一步增加用量则专用料弯曲模量有所下 降 ; 专用料回缩率则随着牵引剂 FQ21 用量增加呈降 低趋势 , 当其用量达到 115 % 时 , 回缩率达到较低 值 , 进一步增加用量则回缩率上升 。 从图 2 可见 , 专用料的拉伸强度和冲击强度均随 FQ21 的用量增加而增加 ; 当 FQ21 增加到一定值后 , 专用料的拉伸强度略呈下降 , 冲击强度降低明显 。

  有机化 , 进而达到良好的聚丙烯改性效果 。本实验在 相同原料和加工工艺条件情况下 , 采用不一样用量 FQ2 1 牵引剂处理蒙脱土 , 复合专用料的性能见图 1 、2 。

  用插层牵引剂就可以实现这一目标 。插层牵引剂要具备 两个要点 : 一是合适的分子尺寸 ; 二是必须带有可与 片层起一定作用力的官能团[1 ] 。FQ21 是一个具有一 定摩尔质量且端基带有活性基团的有机物 , 它可与蒙 脱土片层发生化学作用而使其层间距加大且表面充分 纳米粉的巨大相互作用力 , 使剥离后的蒙脱土片 层极易团聚 , 需要将其表面充分有机化并分散在 PP

  摘要 : 通过在聚丙烯中添加纳米蒙脱土的改性方法 , 开发了高模量聚丙烯专用料 。着重研究了蒙脱土活化处理及 加工条件等对专用料性能的影响 。根据结果得出 , 在采用蒙脱石质量分数为 75 %的普通蒙脱土时 , 专用料弯曲模量提高

  Ξ 作者简介 : 邹恩广 , 男 , 高级工程师 , 主任 , 从事聚烯烃加工应用研究 、新产品及助剂开发 、改性研究等多项工作 。 zoung303 @sohu1com

  图4 活化剂用Байду номын сангаас对专用料回缩率的影响

  由于聚丙烯分子的非极性和蒙脱土片层间距较 小 , 直接混合时 PP 分子链没办法进入蒙脱土层间而使 土层剥离 , 需要将其层间距扩大并使片层有机化 。利