聚丙烯共混改性的研究進(jìn)展

摘 要： 物理共混是材料改性的一種簡單有效的手段，也是實(shí)現(xiàn)聚合物改性和獲得高性能材料的重要途徑之一。通過高溫熔融將其他組成部分的聚合物引入到聚丙烯材料中，使得聚丙烯材料既可以保持自身性能，又可以綜合其他部分聚合物材料的性能從而獲得新的性能。文章對聚丙烯材料的共混改性研究進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：聚丙烯;共混改性;共混物

1 引言

聚丙烯（PP）屬于五大通用樹脂之一，具有優(yōu)良的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性、較高的耐熱性、無毒等優(yōu)異的性能，更由于制備聚丙烯的原料非常多，生產(chǎn)成本較低，使用溫度范圍大，因而應(yīng)用十分廣泛。我國對于聚丙烯的生產(chǎn)工藝的研究開始于1962年，從20世紀(jì)80年代開始，便發(fā)展迅速，到2007年，聚丙烯的生產(chǎn)產(chǎn)量更超過1000萬噸。但聚丙烯分子結(jié)構(gòu)中的側(cè)甲基導(dǎo)致聚丙烯的鏈柔韌性較差，而且由于工業(yè)上聚丙烯的結(jié)晶度一般在50%-80%，較高的結(jié)晶度導(dǎo)致其一些性能的缺陷如耐低溫性和抗沖擊性較差[1]、光學(xué)性能的不足等嚴(yán)重影響聚丙烯在包裝、醫(yī)療器械[2]等領(lǐng)域的應(yīng)用。作為非極性聚合物的聚丙烯，其親水性、染色性、抗靜電性及黏結(jié)性較差;由于加工成型過程中的聚丙烯材料具有較大的收縮率，導(dǎo)致以聚丙烯為原料制造出的產(chǎn)品尺寸不夠穩(wěn)定。因而，聚丙烯材料的改性研究引起國內(nèi)外研究者的關(guān)注。

為了改善聚丙烯性能，擴(kuò)大聚丙烯的應(yīng)用范圍，可以利用化學(xué)改性、物理改性的手段進(jìn)行聚丙烯性能的提升。化學(xué)改性是指利用化學(xué)反應(yīng)改變聚合物的物理、化學(xué)性質(zhì)的方法，即通過化學(xué)反應(yīng)調(diào)整聚丙烯的分子結(jié)構(gòu)從而改善其各方面性能。聚丙烯常用化學(xué)改性方法有共聚改性、接枝改性、交聯(lián)改性或者通過在聚丙烯的合成過程中添加成核劑的方法來進(jìn)行改性等。聚丙烯進(jìn)行化學(xué)改性時(shí)反應(yīng)時(shí)間較長、成本相對較高，且可能對溫度也會(huì)有較高的要求。而物理改性則是物理的方法改善聚合物的性質(zhì)，常用的物理改性方法有填充改性、共混改性等，相較于化學(xué)改性，物理改性對聚丙烯材料的改性方法操作手段相對簡單，成本較低。作為聚丙烯材料改性的一種簡單有效的手段，物理共混方法就是通過高溫熔融將其他組成部分的聚合物引入到聚丙烯材料中，使得聚丙烯材料在保有自身性能的同時(shí)，又獲得其他部分聚合物材料的性能。文章對聚丙烯材料的共混改性研究進(jìn)行介紹。

2 聚丙烯的共混改性

2.1 PP與聚乙烯的共混改性

聚乙烯是乙烯單體聚合而成的聚合物，與聚丙烯同為結(jié)晶性聚合物。聚乙烯根據(jù)分子量及鏈結(jié)構(gòu)的不同分為高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）和線性低密度聚乙烯（LLDPE）。不同結(jié)構(gòu)的聚乙烯與聚丙烯形成的共混體系，對聚丙烯性能的影響是不同的。HDPE與PP的共混體系中共混物的沖擊強(qiáng)度得到改善，由于高結(jié)晶度的HDPE加入后，PP鏈段活動(dòng)受到束縛，流動(dòng)性能減小[3]。LDPE引入到線形PP中后，提高PP的儲能模量，降低損耗因子，有效提高聚丙烯的可發(fā)性;當(dāng)LDPE含量增加，PP的可發(fā)性顯著提高[4]。

2.2 PP與彈性體的共混改性

彈性體包括橡膠和熱塑性彈性體。常用來共混改性聚丙烯的橡膠材料有順丁橡膠（BR）[5]、乙丙橡膠（EPR）[6]、三元乙丙橡膠（EPDM）[7]等。順丁橡膠在改性PP時(shí)，相容性的問題是影響性能的重要因素。乙丙橡膠和三元乙丙橡膠與PP共混改性后使得材料不僅保留塑料的特性，同時(shí)獲得了橡膠的性能，但橡膠在硫化時(shí)受溫度和設(shè)備的影響，材料性能不穩(wěn)定。

熱塑彈性體（TPE）材料是常溫下顯示橡膠高彈性，高溫又能塑化成型的一類新型材料，其彈性主要由軟段提供，硬段則起到熱可逆的物理交聯(lián)作用。典型的聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）熱塑性彈性體是通過活性陰離子聚合，由順序單體加入法合成的聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物，其軟段含有大量雙鍵，熱穩(wěn)定性差、生物相容性不好，但這些性能缺陷在與PP共混之后也并未得到解決，仍舊無法得到性能優(yōu)異的材料。而SBS催化氫化后得到的聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯（SEBS），催化氫化后中間軟段轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡偷囊蚁?、丁烯無規(guī)共聚物，更加提高了SEBS的熱穩(wěn)定性和生物相容性。SEBS 不但具有優(yōu)異的耐老化性能，且具有較好的力學(xué)性能，斷裂伸長率超過硫化橡膠，不僅對臭氧、紫外線、電弧具有良好的耐受性，還具有良好的耐油、耐化學(xué)品腐蝕性及優(yōu)異的耐低溫性，因此被廣泛應(yīng)用于黏合劑、涂料、塑料改性劑、汽車部件、電線電纜、食品、醫(yī)療等領(lǐng)域。近年來，國內(nèi)外也有很多研究人員對PP/SEBS共混進(jìn)行研究探索。

武增勇等人主要研究了SEBS彈性體加入后對PP力學(xué)性能的影響。研究表明，SEBS與PP共混后可以均勻分布于聚丙烯中，改善了PP的加工性能，使得PP球晶尺寸減小，共混體系的結(jié)晶度降低。隨著SEBS的逐漸加入，共混物的沖擊韌性有較大提高，而屈服強(qiáng)度略有降低。張德強(qiáng)從結(jié)晶性和動(dòng)態(tài)流變性對SEBS增透聚丙烯的機(jī)理進(jìn)行分析，SEBS的加入阻礙了PP的結(jié)晶，使其結(jié)晶溫度和結(jié)晶速率降低，且SEBS含量的增加，PP/SEBS有海島結(jié)構(gòu)逐漸演變?yōu)殡p連續(xù)相，結(jié)晶性能和微觀相結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變使得PP/SEBS的體系的霧度降低而透光率提高。李穎等人利用不同的螺桿組合研究PP/SEBS共混物的力學(xué)性能和微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)共混物顯示出來較高的彈性并出現(xiàn)雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)。王霞等人除了研究PP/SEBS的結(jié)晶及力學(xué)性能，更發(fā)現(xiàn)加工過程中PP/SEBS共混物的大分子鏈沿注塑成型方向取向，材料獲得各向異性。Jinghua Yin對比經(jīng)電子束輻射照射后的PP及PP/SEBS性能，發(fā)現(xiàn)輻照后PP的分子量因主鏈斷裂而明顯降低，且在較高的輻照劑量下發(fā)生鏈交聯(lián)或鏈支化;但SEBS的存在表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗輻射能力，聚丙烯的穩(wěn)定性提高。Vanda Ferreira Ribeiro 在PP/SEBS共混物中進(jìn)一步引入納米顆粒（CuNPs）作為抗菌劑，為共混物帶來了優(yōu)異的抗菌性能。

3 結(jié)語

聚丙烯材料的共混改性操作簡單，成本較低。與不同聚合物經(jīng)共混改性后，使得聚丙烯保持自身性能的同時(shí)獲得了新的性能。利用PE改性PP時(shí)盡管二者相容性較好，PP的結(jié)晶被破壞，但由于二者都屬于結(jié)晶型聚合物，共混體系仍存在大量結(jié)晶，材料的力學(xué)性能仍然受到限制。而橡膠在與PP共混時(shí)，二者的相容性是影響性能的最大因素。熱塑性彈性體SEBS結(jié)構(gòu)中既有與聚丙烯相似的部分，又有其他鏈段結(jié)構(gòu)，共混物中各組分相容性較好且性能優(yōu)異。通過高溫熔融將其他聚合物引入到聚丙烯材料中，使聚丙烯材料在保有自身性能的同時(shí)，又獲得其他聚合物材料的性能，從而擴(kuò)大聚丙烯材料的應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉娟，陳穎，汪國華.大力發(fā)展我國的非PVC大輸液包裝容器[J].中國藥業(yè)，2005，14（1）：15.

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[3]丁燕，張士澤，郭曉蘭.高流動(dòng)性等規(guī)聚丙烯與高密度聚乙烯共混改性[J].廣州化工，2014（24）：104-105.

[4]劉偉，劉本剛，王向東.線形聚丙烯/低密度聚乙烯共混體系的流變行為和發(fā)泡行為[J].塑料，2011（1）：36-39.

[5]龔長華.聚丙烯/順丁橡膠共混物結(jié)構(gòu)與性能的研究[D].天津：天津大學(xué)，2006.

[6]常平，洪重奎.乙丙橡膠增韌聚丙烯共混物中橡膠相形態(tài)[J].塑料科技，2002（1）：4-6.

作者簡介：

雒爭，女，1993年，山西運(yùn)城人，2018年畢業(yè)于北京化工大學(xué)，研究方向：功能高分子及生物醫(yī)用材料的合成改性.