聚丙烯與苯乙烯馬來(lái)酸酐無(wú)規(guī)共聚物共混性能及影響因素研究

唐 麗，彭粉成

(江蘇索普(集團(tuán))有限公司, 江蘇 鎮(zhèn)江 212006)

聚丙烯與苯乙烯馬來(lái)酸酐無(wú)規(guī)共聚物共混性能及影響因素研究

唐 麗，彭粉成

(江蘇索普(集團(tuán))有限公司, 江蘇 鎮(zhèn)江 212006)

運(yùn)用雙螺桿擠出機(jī)制備PP/SMA二元和PP/SMA/ PP-g-(MAH-co-St)三元共混物，分析共混物性能及其影響因素，得出三元共混物的優(yōu)化配方。

PP；SMA樹脂；PP-g-(MAH-co-St)；二元共混物；三元共混物；力學(xué)性能；水接觸角；熱變形溫度；TG

SMA樹脂具有較高的熱變形溫度，且隨MAH含量增加，SMA樹脂的玻璃化溫度(Tg)、耐熱變形溫度(HDT)和維卡軟化溫度(Vicat)都提高。另外SMA樹脂分子結(jié)構(gòu)中含有極性的酸酐基團(tuán)，賦予了其較強(qiáng)的極性。因此本文中運(yùn)用雙螺桿擠出機(jī)制備PP/SMA二元和PP/SMA/ PP-g-(MAH-co-St)三元共混物，希望提高PP的耐熱變形溫度和極性，同時(shí)測(cè)定共混物的負(fù)載熱變形溫度和TG來(lái)評(píng)價(jià)共混物的熱性能，最后對(duì)沖擊試樣缺口進(jìn)行掃描電鏡(SEM)分析觀測(cè)其斷面形貌。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品

實(shí)驗(yàn)化學(xué)試劑見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)化學(xué)試劑表

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備表

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 共混物的制備

⑴ PP與SMA二元共混物的制備:將PP和SMA按一定比例混合均勻，加入到雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行共混，擠出，造粒，干燥后用注塑機(jī)制成測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)樣條。

不幸的是，我們?cè)诠芾頂?shù)據(jù)所有權(quán)方面沒有多少經(jīng)驗(yàn)，這本身就是比管理土地或機(jī)器更困難的任務(wù)。數(shù)據(jù)隨處可見，同時(shí)也無(wú)處可尋，它們可以光速移動(dòng)，你可以隨心所欲復(fù)制它們。收集的關(guān)于我的DNA、大腦和生活的數(shù)據(jù)是屬于我、政府、公司、還是全體人類？

⑵ PP、SMA和接枝PP三元共混物的制備:將PP、SMA和接枝PP按一定比例混合均勻，加入到雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行共混，擠出，造粒，干燥后用注塑機(jī)制成測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)樣條。

1.3.2 共混物的測(cè)定和表征

⑴ 力學(xué)性能測(cè)定:按照GB/ T 1040 - 1992測(cè)定試樣的拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率。按照GB/T 1843-1996測(cè)試樣品的無(wú)缺口試樣懸臂梁沖擊強(qiáng)度及缺口試樣懸臂梁沖擊強(qiáng)度。

⑵ 水接觸角測(cè)定:將樣品熱壓成膜，選取光潔度較高的部分，在接觸角測(cè)量?jī)x中，采用盛有蒸餾水的針狀進(jìn)樣器在樣品膜表面緩慢滴加液體，形成座滴，液滴體積為1μL。然后保存液滴圖像，用擬合分析法在液滴上選取5個(gè)點(diǎn)，讀取角度。

⑶ 負(fù)載熱變形溫度測(cè)定:按照GB/ T 1634.2 - 2004在熱變形、維卡軟化點(diǎn)溫度測(cè)定儀上測(cè)定試樣的熱變形溫度，負(fù)載0.45MPa，變形量0.32mm。

⑷ TG測(cè)試:將樣品放入熱分析儀中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，從室溫升溫到600℃，升溫速率10℃/min，記錄試樣的熱失重曲線。失重率為20%和50%的兩點(diǎn)連線后與起始平臺(tái)外延線的交點(diǎn)定義為起始分解溫度(Te)，TG曲線上切線斜率最大處所對(duì)應(yīng)的溫度為最快分解溫度(Tp)[1]。

⑸ 試樣沖擊缺口掃描電鏡(SEM)分析:將沖擊斷裂后的試樣缺口表面噴金，用掃描電鏡觀察共混物沖擊斷裂后缺口的斷面形貌。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

表3為不同SMA含量對(duì)共混物的力學(xué)性能和水接觸角的影響。由表3可以發(fā)現(xiàn)，隨著SMA含量的不斷增加，共混物的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和水接觸角都在減小。當(dāng)SMA含量為5%時(shí)，共混物的力學(xué)性能降低幅度較小，當(dāng)超過(guò)10%時(shí)，力學(xué)性能下降明顯。主要原因是兩種聚合物的相容性變差，導(dǎo)致其力學(xué)性能嚴(yán)重下降。同時(shí)對(duì)比水接觸角可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SMA含量為5%時(shí)，水接觸角下降幅度很大，由純PP時(shí)的98.5°下降到87.6°；而當(dāng)超過(guò)10%時(shí)，隨著SMA加入量的增加，水接觸角減小緩慢。相比純的PP，SMA為極性很大的聚合物，但共混物的極性并沒有隨著SMA加入量的增多而明顯變化。由此推測(cè)，共混物的相容性也是影響材料親水性的一個(gè)重要因素。共混體系相容性變差，制膜時(shí)SMA鏈段很難遷移到膜表面，因此膜表面極性下降。

通過(guò)上述分析，在盡可能少降低PP力學(xué)性能的前提下，而又足夠大的增加其極性，我們選擇SMA的加入量為5%時(shí)的共混物。

表3 不同SMA含量的共混物的力學(xué)性能和水接觸角

2.2 不同PP-g-(MAH-co-St)含量對(duì)共混物性能的影響

表4為固定SMA的加入量為5%時(shí)，改變PP-g-(MAH-co-St)的加入量觀察其對(duì)共混物性能的影響。表中也給出了純PP的力學(xué)性能和水接觸角的大小。由表4可以發(fā)現(xiàn)，加入PP-g-(MAH-co-St)作為增容劑后，共混物的力學(xué)性能和水接觸角均改變。當(dāng)加入量為5%時(shí)，共混物的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均達(dá)到最大值；隨著PP-g-(MAH-co-St)加入量的增多，共混物的力學(xué)性能又開始逐漸降低。其主要原因可能是，雖然PP-g-(MAH-co-St)的引入起增容作用，但其加入量的增多反而會(huì)影響共混物的性能。水接觸角隨著PP-g-(MAH-co-St)加入量的增多也在明顯降低，在5%時(shí)下降明顯。由此推測(cè)，引入增容劑后，共混物的相容性變好，材料的極性變強(qiáng)。

通過(guò)上述分析，在引入PP-g-(MAH-co-St)作為增容劑后，共混物的性能變化明顯，與純PP相比，其力學(xué)性能降低緩慢，而極性卻顯著增強(qiáng)。同時(shí)考慮到增容劑的加入量以總質(zhì)量的5%為宜，所以選擇PP-g-(MAH-co-St)加入量為5%的共混物。

表4 不同PP-g-(MAH-co-St)含量的共混物的力學(xué)性能和水接觸角

2.3 PP共混改性前后性能對(duì)比分析

2.3.1 力學(xué)性能和水接觸角分析

表5為PP共混改性前后材料的力學(xué)性能和水接觸角的變化。對(duì)比表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，三元共混物材料的力學(xué)性能和極性均比二元共混物要高。這主要是由于引入了PP-g-(MAH-co-St)作為增容劑后，共混物的相容性變好，材料的力學(xué)性能和極性得到增強(qiáng)。與純PP相比，三元共混物的拉伸強(qiáng)度略微提高，其沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均有所降低，但其水接觸角明顯減小，其極性顯著增強(qiáng)。

表5 PP共混改性前后的力學(xué)性能和水接觸角

2.3.2 熱變形溫度和TG分析

表6為PP共混改性前后材料的熱變形溫度的變化。對(duì)比表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，共混后材料的負(fù)載熱變形溫度升高，這是因?yàn)樵诠不爝^(guò)程中引入了玻璃化溫度高的SMA樹脂，使得共混后材料的熱變形溫度升高。另外在引入PP-g-(MAH-co-St)作為增容劑后，共混物的相容性變好，使得材料的熱變形溫度進(jìn)一步提高。

表6 PP共混改性前后的熱變形溫度

A.純PP;B.二元共混物 C)三元共混物

圖1 PP共混改性前后的TG圖

圖1為PP共混改性前后材料熱分解過(guò)程的曲線。圖中三種材料的熱分解都只有一個(gè)失重階段，純PP的起始分解溫度為315℃，最快分解溫度為403℃，在417℃時(shí)分解完全；二元共混物的起始分解溫度為370℃，最快分解溫度為440℃，在462℃時(shí)分解完全；而三元共混物的起始分解溫度為386℃，最快分解溫度為445℃，在465℃時(shí)分解完全。主要原因是SMA的玻璃化溫度高，耐熱性好，將其與PP共混，可以提高材料的分解溫度，使材料的耐熱性提高。二元共混物與三元共混物材料的分解溫度差別不大，原因可能是，增容劑的引入提高了共混物的相容性，使其分解溫度升高，但由于PP-g-(MAH-co-St)的耐熱性不高，又反過(guò)來(lái)影響了材料的耐熱性。

2.3.3 缺口斷裂形貌分析

圖2為添加增容劑PP-g-(MAH-co-St)前后共混物沖擊斷面的SEM圖。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩種材料的斷口形貌均呈韌性斷裂；圖A為不加接枝物PP-g-(MAH-co-St)時(shí)的電鏡照片，SMA粒子清晰可見，并且兩相之間的斷裂面上存在空洞；當(dāng)共混物中加入PP-g-(MAH-co-St)時(shí)，共混物界面層變得模糊，相容性變好，如圖B所示。由此可以得出，接枝物的存在促進(jìn)了PP與SMA的界面粘合，將其兩相緊密結(jié)合，加入PP-g-(MAH-co-St)較好的改善了共混體系的相容性。

A.不加增容劑;B.添加增容劑

圖2 共混物斷面的SEM圖

3 結(jié)論

⑴ SMA樹脂與PP共混，可以明顯提高PP的耐熱性以及極性，同時(shí)材料自身的力學(xué)性能影響較小。

⑵ PP-g-(MAH-co-St)的加入，提高了共混物的相容性，使得材料的極性和耐熱性得到增強(qiáng)。SEM分析證明PP-g-(MAH-co-St)的引入確實(shí)起到增容的作用，使共混物的相容性變好，從而性能提高。

⑶ 得出制備三元共混物的優(yōu)化配方：PP為100phr，SMA為5phr，自制PP-g-(MAH-co-St)為5phr。所制得的共混物材料的拉伸強(qiáng)度為30.9MPa，Izod無(wú)缺口沖擊強(qiáng)度為65.3 kJ/m2，斷裂伸長(zhǎng)率426%，水接觸角83.4°。

[1] 張美珍，柳百堅(jiān),谷曉昱.聚合物研究方法[M]．北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2000:125-126.

(本文文獻(xiàn)格式：唐 麗，彭粉成.聚丙烯與苯乙烯馬來(lái)酸酐無(wú)規(guī)共聚物共混性能及影響因素研究[J].山東化工，2017，46(08)：47-49.)

Study on Blending Performance and Influencing Factors of Polypropylene and Styrene- Maleic Anhydride Random Copolymer

TangLi,PengFencheng

(Jiangsu Sopo (Group) Corporation Ltd., Zhenjiang 212006, China)

PP / SMA binary and PP / SMA / PP-g- (MAH-co-St) ternary blend were produced by the twin screw extruder. The performance and influencing factors of the blend were analyzed to optimize the composition of the ternary blend.

PP；SMA resin；PP-g- (MAH-co-St)； binary blend, ternary blend； mechanical property；water contact angle； heat distortion temperature； TG

2017-03-01

唐 麗(1982—)，女，江蘇徐州人，工程師，主要從事化工領(lǐng)域的研究和開發(fā)應(yīng)用。

O631.3

A

1008-021X(2017)08-0047-03