聚烯烃弹性体对普通塑料的改性主要是研究其作为增韧剂对硬质普通塑料进行改性,提高硬质普通塑料的韧性或通过共混改善普通聚乙烯的性能。国内外对聚乙烯/聚烯烃弹性体体系的研究很少,对聚烯烃弹性体增韧刚性聚丙烯的研究越来越多。

一个

聚乙烯/聚烯烃弹性体系统

近年来,木塑复合材料因其成本低、性能好、重量轻、加工设备磨损小等优点而受到广泛关注。然而,热塑性塑料填充木粉后,复合材料变脆,限制了木塑复合材料的应用和推广。

用废弃木粉填充高密度聚乙烯制备木塑复合材料。采用茂金属聚乙烯和聚烯烃弹性体对复合材料进行增韧,并综合评价了这两种增韧剂的增韧效果。当两者用量小于12份时,两者增韧效果相差不大;但当用量超过12份后,用聚烯烃弹性体增韧的复合材料的冲击强度和断裂伸长率迅速增加,而用聚烯烃弹性体增韧时,增加幅度相对平缓,聚烯烃弹性体的增韧效果明显优于聚烯烃弹性体。研究了高密度聚乙烯和聚烯烃弹性体共混物的力学性能和热性能。热分析结果表明,高密度聚乙烯和聚烯烃弹性体之间存在一定的相互作用。当POE含量≥5%时,材料在室温下超韧。

用POE改性PE制备的发泡材料具有良好的韧性、弹性和强度,可用作胶带。将30份含有离子结构的聚乙烯和6.5份偶氮二甲酰胺加入到100份含有30% POE和70%亲和PL 1845的混合物中,将其挤出成片材,通过辐射交联并在250℃发泡。厚度为1毫米的泡沫板具有良好的韧性,其横向和纵向弯曲强度分别为30.2兆帕和24.3兆帕。

POE/PE复合材料可制成微孔膜,可用作电容器、尿布、卫生巾、包装膜等的绝缘层。

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聚丙烯/聚烯烃弹性体体系

众所周知,聚丙烯作为一种大型通用塑料品种,具有低温韧性差、缺口敏感性高的缺点。因此,为了提高聚丙烯的性能,弹性体增韧改性被认为是最有效的方法。三元乙丙橡胶虽然对PP有很好的增韧效果,但EPDM价格昂贵,不易破胶,流动性不理想。随着聚烯烃弹性体的出现,它在增韧改性聚丙烯方面具有传统弹性体无法比拟的优势。聚烯烃弹性体增韧聚丙烯不仅可以克服三元乙丙橡胶增韧聚丙烯的缺点,而且可以赋予聚丙烯更高的韧性、高透明性和高性能价格比。与EPDM增韧PP相比,无论是普通PP、共聚PP还是高流动性PP,POE的增韧效果都优于EPDM,弯曲模量和拉伸强度的下降幅度较小。POE中辛烯的含量影响POE对PP的增韧效果,随着POE中辛烯含量的增加,POE的结晶度、熔点和密度降低,柔韧性增加,从而提高POE对PP的增韧效果。

商用POE本身是颗粒状的,可以直接添加到PP等材料中进行改性。因此,POE比EPDM橡胶改性剂加工更简单,可以大大降低生产成本。研究了聚丙烯/聚烯烃弹性体共混体系,并与聚丙烯/三元乙丙橡胶共混体系进行了比较。结果表明,两种共混物具有相似的结晶行为和力学性能,但聚丙烯/聚烯烃弹性体共混物具有较低的扭矩和较好的加工性能。聚烯烃弹性体作为聚丙烯的抗冲改性剂,与三元乙丙橡胶相比,在价格和性能上具有明显优势。

研究了聚丙烯/聚烯烃弹性体共混物的相结构、增韧机理和力学性能。结果表明,在相同条件下,聚烯烃弹性体的含量低于三元乙丙橡胶,当聚烯烃弹性体的含量为20份时,共混合金可以实现脆韧性转变。在聚丙烯/聚烯烃弹性体共混体系中,聚烯烃弹性体在聚丙烯连续相中形成均匀的“海岛”结构。聚烯烃弹性体对聚丙烯的增韧改性符合银粒剪切机理,能有效提高常温和低温下聚丙烯的冲击强度。

研究了聚烯烃弹性体对等规聚丙烯的增韧效果。当聚烯烃弹性体含量在15%至25%之间时,共混物的冲击强度缓慢增加。随着聚烯烃弹性体质量分数的增加,冲击强度迅速增加。当POE含量为40%时,冲击强度最高。形态结构分析表明,随着聚烯烃弹性体质量分数的增加,分散相尺寸增大;共混组分的协同效应可以显著提高冲击强度。

通用塑料/聚烯烃弹性体/无机填料系统

如何在不影响增韧效果的情况下,减少增韧剂POE的用量以降低成本,是通用塑料/POE体系研究开发的热点和方向。在共混物中加入无机或有机填料可以降低产品的原料成本,提高产品的性能。近年来,据报道,无机填料被添加到普通塑料/聚烯烃弹性体共混物中。

针对回收高密度聚乙烯环刚度不足的问题,采用滑石粉和自制改性聚烯烃弹性体对RDPE进行改性,研究了滑石粉和MPOE含量对共混体系力学性能的影响。

结果表明,当RDPE/MPOE/滑石粉的质量比为50/10/40时,体系的综合力学性能最好。当滑石含量为40%时,制备的RDPE管的环刚度比未改性的RDPE管高54%。同时,他们还研究了聚氯乙烯/聚环氧乙烷/无机填料体系的力学性能。结果表明,当填料母料中滑石粉或碳酸钙的质量分数为70%时,三元复合体系的综合性能最佳。

国内外对聚丙烯/弹性体和聚丙烯/无机纳米粒子体系进行了研究。这两个系统的韧性和刚性是以牺牲其他性能为代价而增加的。因此,将弹性体的增韧与无机纳米粒子的增韧增强相结合,形成聚丙烯/弹性体/无机纳米粒子的多相复合体系,逐渐成为一个新的研究热点。

采用合金化技术和填充复合技术制备了高性能聚丙烯/聚烯烃弹性体/纳米高岭土三元复合材料。结果表明,纳米高岭土和弹性体聚烯烃弹性体对聚丙烯有协同增韧作用,但不是两者独立增韧效果的简单叠加,纳米高岭土的最佳用量为5%。用扫描电镜观察了聚丙烯/聚烯烃弹性体/纳米高岭土的冲击断面。可见,高岭土颗粒被基体包覆,分散在层状结构的共混基体中,界面结合牢固。

通过对聚丙烯/聚烯烃弹性体/纳米二氧化硅复合材料的研究,发现聚烯烃弹性体和二氧化硅通过熔融共混法均匀分散在聚丙烯基体中。当聚丙烯/聚烯烃弹性体/纳米二氧化硅的比例为100/15/4时,复合材料的综合性能最佳。纳米二氧化硅颗粒在PP中的分散虽然是以颗粒聚集体的形式存在,但是纳米二氧化硅颗粒的粒径与自身二次颗粒的粒径相等,小于临界粒径,因此在受到冲击时可以吸收能量,阻碍裂纹扩展,从而提高材料的韧性。

对聚丙烯/弹性体/纳米碳酸钙复合材料进行了研究,发现该材料的冲击强度较好。聚烯烃弹性体比高密度聚乙烯具有更好的增韧效果,材料的拉伸强度随着弹性体含量的增加而降低。透射电镜观察表明,纳米碳酸钙在聚丙烯基体中已达到纳米分散。结果表明,纳米碳酸钙改善了聚烯烃弹性体引起的硬度降低带来的不足,提高了拉伸强度和弯曲强度。活化纳米碳酸钙的改性效果比未活化纳米碳酸钙好得多,当用量为8份左右时,改性效果最好。复合材料同时增强和增韧。

PP/POE体系具有优异的综合性能,已经开发了许多产品,尤其是汽车保险杠具有广阔的市场前景。一般要求PP保险杠专用料缺口冲击强度大于500J/m,在-40℃缺口冲击强度≥ 50 J/m,以PP为基础树脂,POE为增韧剂,滑石粉为增强填料,制备出性能满意的汽车保险杠专用料。改性聚丙烯具有超高的冲击强度,缺口冲击强度高达723J/m,柔韧性增强,耐热性、耐低温性和耐老化性优异。以小本体聚丙烯为基料,通过与CPP、POE、硅灰石等添加剂共混,制备保险杠和门板专用料。试验分析表明,聚丙烯/氯化聚丙烯/聚烯烃弹性体/硅灰石共混体系配方设计合理,工艺路线和参数正确。当PP: CPP: Poe:硅灰石的质量比为45 ~ 48: 26 ~ 29: 19 ~ 22: 4 ~ 6时,共混物完全可以满足汽车保险杠的性能要求;当PP: CPP: POE:硅灰石的质量比为45 ~ 50: 27 ~ 29: 3 ~ 6: 17 ~ 20时,共混物完全能够满足汽车门板的性能要求。发现聚烯烃弹性体改性聚丙烯的综合性能优于传统增韧剂。硅灰石也有一定的增韧作用,部分起到短玻璃纤维的作用。

热塑性硫化橡胶可以通过用弹性体交联聚丙烯来获得。TPV在实际生产中有很高的应用价值。用乙烯基硅烷接枝聚烯烃弹性体,分散在聚丙烯和TPV中;通过混合物的水解和水交联获得。获得的TPV易于加工成产品并具有优异的表面性能。产品具有高的断裂强度和断裂伸长率,宽范围的肖氏硬度,非常低的雾度,使用无气味的聚烯烃弹性体,可广泛应用于汽车领域。

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