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聚烯烴彈性體（POE）對通用塑料的改性
時間：2017-02-14 來源：信息員 點擊：10850次
POE彈性體對通用塑料的改性主要是研究其作為增韌劑改性剛性通用塑料，提高剛性通用塑料的韌性或通過共混提高通用聚乙烯(PE)的性能。國內(nèi)外對PE/POE體系研究較少，越來越多的研究是關(guān)于POE增韌剛性PP的報道。
1、PE/POE體系
近年來，木塑復(fù)合材料因其成本低、性能好、質(zhì)量輕、對加工設(shè)備的磨損小等優(yōu)點受到普遍關(guān)注。但熱塑性塑料在填充木粉后復(fù)合材料變脆，限制了木塑復(fù)合材料的應(yīng)用和推廣。
采用廢木粉填充高密度聚乙烯(HDPE)制備木塑復(fù)合材料，采用茂金屬聚乙烯(mPE)和POE對復(fù)合材料進(jìn)行增韌，并綜合評價了這兩種增韌劑的增韌效果。在兩者用量小于12份時，兩者的增韌效果相差不大;但在用量大于12份以后，用POE增韌的復(fù)合材料的沖擊強度和斷裂伸長率增加十分迅速，而用mPE增韌時增加幅度比較平緩;POE的增韌效果明顯優(yōu)于mPE。研究HDPE與POE共混物的力學(xué)性能和熱性能，熱分析結(jié)果表明HDPE和POE有一定的相互作用;當(dāng)POE含量≥5%時，材料在室溫下超韌。
POE改性PE制備的發(fā)泡材料具有良好的韌性、彈性和強度，可用于作粘合膠帶。將30份含離子結(jié)構(gòu)的PE和6.5份偶氮二甲酰胺加入到100份含30%的POE和70%的Affinity PL 1845組成的混合物中，擠出成片材，輻射交聯(lián)，在250℃下發(fā)泡，所得1mm厚的泡沫片材具有良好的韌性，橫、縱方向的彎曲強度分別為30.2MPa和24.3MPa。
POE/PE復(fù)合材料可制成微孔薄膜，用于電容器的隔離層、尿布、衛(wèi)生巾、包裝膜的隔離層等。
2、PP/POE體系
眾所周知，作為大宗的通用塑料品種，聚丙稀(PP)存在低溫韌性差和缺口敏感性大的缺點，因此，為了改善PP性能上的不足，彈性體增韌改性一直被視為最有效的途徑。雖然三元乙丙膠(EPDM)對PP有良好的增韌效果，但EPDM價格高，碎膠有一定困難，流動性也不太理想。POE的問世，使其在用于PP的增韌改性方面具有傳統(tǒng)彈性體無法比擬的優(yōu)勢。POE增韌PP不僅可以克服EPDM增韌PP的不足，而且還賦予PP更高的韌性、高透明性、高性能/價格比等特點。研究指出，與EPDM增韌PP相比，無論是對于普通PP、共聚PP還是高流動性PP，POE的增韌效果都優(yōu)于EPDM，而且彎曲模量及拉伸強度降低小。POE中的辛烯含量影響POE對PP的增韌效果，隨著POE中辛烯含量的增加，POE的結(jié)晶度、熔點和密度均降低，柔順性增加，對PP的增韌效果提高。
商品化的POE本身呈顆粒狀，可以直接加入到PP等其它材料中實行改性。因此POE比EPDM橡膠改性劑加工操作上更為簡便，這樣可大大降低生產(chǎn)成本。研究了PP/POE共混體系并與PP/EPDM共混體系進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，兩種共混體系具有相似的結(jié)晶行為，其力學(xué)性能相似，但PP/POE共混物具有更低的轉(zhuǎn)矩，加工性能較好。作為PP沖擊改性劑，POE較EPDM具有明顯的價格、性能優(yōu)勢。
研究PP/POE共混體系的相態(tài)結(jié)構(gòu)、增韌機理以及共混體系的力學(xué)性能。研究結(jié)果表明在相同條件下，POE加入量比EPDM少，POE用量為20份時就可使共混合金實現(xiàn)脆韌轉(zhuǎn)變。在PP/POE共混體系中，POE在PP連續(xù)相中形成均勻的“海-島”結(jié)構(gòu);POE對PP增韌改性符合銀紋剪切機理，可有效提高PP的常溫、低溫沖擊強度。
研究POE對等規(guī)聚丙烯的增韌作用。當(dāng)POE質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15%~25%之間，共混物沖擊強度緩慢增加;繼續(xù)增加POE質(zhì)量分?jǐn)?shù)，沖擊強度迅速增加;當(dāng)POE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%時，沖擊強度最大。形態(tài)結(jié)構(gòu)分析表明，隨著POE質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，分散相尺寸增加;共混物組分的協(xié)同作用使沖擊強度顯著提高。
3、通用塑料/POE/無機填料體系
如何減少增韌劑POE的用量來降低成本又不影響到增韌效果，這是通用塑料/POE體系研究開發(fā)的熱點與方向。在共混物中添加無機或有機填料可使制品的原料成本降低達(dá)到增量的目的，或使制品的性能有明顯的改善，近年來可見在通用塑料/POE共混體系中加入無機填料的報道。
針對回收高密度聚乙烯(RHDPE)制得的管材環(huán)剛度不足的缺點，采用滑石粉和自制的改性POE(MPOE)對RHDPE進(jìn)行了改性，研究了滑石粉和MPOE用量對共混體系力學(xué)性能的影響。
結(jié)果表明，當(dāng)RHDPE/MPOE/滑石粉的質(zhì)量配比為50/10/40時，體系的綜合力學(xué)性能最好。當(dāng)滑石粉用量為40%時，制得的RHDPE管材的環(huán)剛度比非改性RHDPE管材提高54%。同時他們還研究PVC/MPOE/無機填料體系的力學(xué)性能，結(jié)果表明：當(dāng)填充母料中滑石粉或碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%時，三元復(fù)合體系的綜合性能最好。
國內(nèi)外對PP/彈性體和PP/無機納米粒子體系進(jìn)行了研究，這兩種體系所表現(xiàn)出的韌性的提高或剛性的增加都是以犧牲其他性能為代價的，因此，將彈性體的增韌和無機納米粒子的增韌增強同時結(jié)合起來，生成一種PP/彈性體/無機納米粒子的多相復(fù)合體系正逐漸成為研究的新熱點。
采用合金化技術(shù)和填充復(fù)合工藝，制得高性能的PP/POE/納米高嶺土三元復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，納米高嶺土和彈性體POE對PP增韌具有協(xié)同作用，呈現(xiàn)的并不是二者獨立增韌作用的簡單加和;納米高嶺土的最佳用量為5%，用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察PP/POE(20%)/納米高嶺土(5%)的沖擊斷面，可以看到高嶺土粒子被基體所包覆以層狀結(jié)構(gòu)分散于共混物基體中，界面結(jié)合牢固。
研究PP/POE/納米SiO2復(fù)合材料后得出結(jié)論：熔融共混法使POE與SiO2均勻分散在PP基體中，當(dāng)PP/POE/納米SiO2比例為100/15/4時，復(fù)合材料的綜合性能最佳。雖然納米SiO2粒子在PP中的分散呈微粒團聚體分布，但與其本身的二次粒子粒徑相當(dāng)且小于臨界粒徑，因此在受到?jīng)_擊時起到了吸收能量阻礙裂紋擴展的作用，從而提高了材料的韌性。
對 PP/彈性體/納米CaCO3復(fù)合材料進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)材料沖擊強度良好;選用POE比HDPE增韌效果好，材料拉伸強度隨彈性體的含量增大而下降。透射電子顯微鏡(TEM)觀察顯示，納米CaCO3在PP基體中已達(dá)到納米分散。研究得出納米CaCO3改善了因POE使材料硬度降低所造成的不足，拉伸強度和彎曲強度都得以提高;活化納米CaCO3的改性效果大大優(yōu)于未活化的，用量為8份左右增強效果最佳;復(fù)合材料同時實現(xiàn)了增強和增韌。
PP/POE體系具有優(yōu)異的綜合性能，現(xiàn)已開發(fā)出多種產(chǎn)品，特別是汽車保險杠具有廣闊的市場前景。通常要求PP保險杠專用料的缺口沖擊強度(常溫)大于500J/m，-40℃的缺口沖擊強度≥50J/m。采用PP為基礎(chǔ)樹脂，POE為增韌劑，滑石粉為增強填料，制得性能符合要求的汽車保險杠專用料。改性過的PP具有超高抗沖擊強度，其缺口沖擊強度高達(dá)723J/m，且具有增強的柔軟性、優(yōu)良的耐熱、耐低溫及耐老化性能。以小本體聚丙烯(PP)為基料，通過與共聚丙烯(CPP)、POE、硅灰石以及其它助劑共混改性，制得保險杠、門板汽車專用料。檢測分析表明，PP/CPP/POE/硅灰石共混體系配方設(shè)計合理、工藝路線、參數(shù)正確。當(dāng)PP：CPP：POE：硅灰石質(zhì)量比為45~48：26~29：19~22：4~6時，共混料完全可以滿足汽車保險杠性能要求;當(dāng)PP：CPP：POE：硅灰石質(zhì)量比為45~50：27~29：3~6：17~20時，共混料完全可以滿足汽車門板性能要求。研究中發(fā)現(xiàn)，POE改性PP的綜合性能好于傳統(tǒng)增韌劑;硅灰石也有一定的增韌功能，部分起到了玻璃短纖維的作用。
通過PP與彈性體交聯(lián)的方法可以得到熱塑性硫化膠(TPV)，TPV在實際生產(chǎn)中有很高的應(yīng)用價值。將POE接枝乙烯基硅烷并分散于PP中，共混物經(jīng)水解水交聯(lián)得到TPV;所得TPV易于加工成制品，并具有優(yōu)秀的表面性能。制品具有高斷裂強度和斷裂伸長率，寬范圍的邵氏硬度，非常低的霧度，使用了POE而無氣味，可以廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。
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