乙烯-辛烯共聚物熔體流動速率的測定

孫文秀，隋 軍，金春玉，陶 杰，王 萍，陶青海

(1.中國石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021；2.中國石油吉林石化公司 有機合成廠，吉林 吉林 132021；3.中國石油吉林石化公司 聯(lián)力公司，吉林 吉林 132021)

乙烯-辛烯共聚物(POE)是以乙烯、辛烯為原料制備的新型聚烯烴彈性體[1]，其分子鏈段結(jié)構(gòu)中既有樹脂相，又有橡膠相，將合成橡膠的柔曲性、韌性與塑料的易加工性結(jié)合在一起。這種特殊的形態(tài)結(jié)構(gòu)使得POE既可用做橡膠，又可用做熱塑性彈性體。POE將成為替代傳統(tǒng)橡膠和塑料的極具發(fā)展前景的新型材料而廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。另外，POE對聚丙烯(PP)優(yōu)異的增韌改性效果[2]也是現(xiàn)階段增韌劑[3]——三元乙丙橡膠(EPDM)無法比擬的，因此它對傳統(tǒng)的增韌劑也構(gòu)成了強有力的沖擊[4]。POE的研究是高分子材料科研領(lǐng)域的一個新熱門[5]。

在POE的研發(fā)中，熔體流動速率(MFR)是一項控制分析指標。通常MFR是對顆粒狀樹脂產(chǎn)品進行測定[6]，對小試樣品直接測定MFR存在一系列問題：測試過程樣品黏裹加料桿、加料時反復(fù)往外帶料、擠出樣條有大量氣泡等。本文介紹了一種樣品預(yù)處理方法，解決了制約測試過程中的瓶頸問題，樣品測試時黏裹加料桿的現(xiàn)象消失，加料順暢，擠出樣條無氣泡，使MFR的測定順利進行。為了考察加熱處理樣品過程是否改變樣品原有的MFR，用2個不同牌號已知MFR值的進口POE產(chǎn)品做了對照實驗，結(jié)果表明，加熱處理過程對樣品性能指標無影響，試樣預(yù)處理過程是可行的。

1 實驗部分

1.1 原料

POE：牌號8150、7467，美國DOW化學(xué)公司。

1.2 儀器設(shè)備

平板硫化機：型號XLB-400×400，中國青島錦九州橡膠機械有限公司；全自動熔融指數(shù)試驗機：型號GT-7100-MIBH，臺灣高鐵檢測儀器有限公司；分析天平：型號JA3003A，精度為1 mg，上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.3 樣品處理

平板硫化機啟動后，上、下模溫度分別設(shè)定為120 ℃，合模，升溫。到達設(shè)定溫度后，開模，將待處理試樣放入兩片聚酯膜中間，再放進平板硫化機的上、下模之間，合模，試樣加熱時間為10～20 s。如此反復(fù)多次，直至壓實試樣，除去氣泡。取出處理后的試樣。待壓實的試樣片冷卻到室溫后，剪成長約3 mm的小方塊待用。

1.4 MFR的測定

MFR按ASTM D 1238—2013進行測定。熔體流動速率儀在190 ℃下恒溫不少于15 min，將電木進料漏斗放置于試料進口，稱取2.5～3.0 g處理后的POE試樣，分3次倒入漏斗內(nèi)。裝料時，用裝料桿壓實樣料。裝完料預(yù)熱7 mim后[7]，在2.16 kg負荷作用下擠出樣條。待活塞砝碼碰到位移檢測器探桿時，會依據(jù)設(shè)定切段時間自動切斷樣條，機器自動切取5段樣條后結(jié)束測試。丟棄有肉眼可見氣泡的樣條，冷卻后將保留下的切段(至少3個)逐一稱重，準確至1 mg，計算它們的平均質(zhì)量。如此操作3次，記錄測試結(jié)果[8]。MFR計算如式(1)所示：

MFR(θ,mnom)=trelm/t

(1)

式中：θ為實驗溫度，℃；mnom為標稱負荷，kg；m為切段的平均質(zhì)量，g；trel為參比時間，s；t為切段的時間間隔，s，計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字[9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 平板硫化機溫度的確定

小試合成的POE樣品呈蜂窩狀松散態(tài)，如圖1a所示。為便于進樣，將其剪成小碎塊，如圖1b所示。在測熔體流動速率時，既使把試樣剪成小塊，進樣加料過程中也存在試樣粘裹加料桿，樣品不易被壓實，擠出的樣條含有大量氣泡等問題，如圖1c所示。分析產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因是蜂窩狀松散的樣品形態(tài)造成的。因此，在測試前必須對試樣進行加熱、壓實和除泡處理。

圖1 處理前的POE樣品及擠出的樣條

平板硫化機既能對試樣加熱，又能對試樣施加負荷，所以選用平板硫化機處理試樣。為確定處理試樣所需溫度，加熱溫度實驗從80 ℃做到150 ℃。結(jié)果表明，處理試樣時，能達到理想狀態(tài)的最低溫度為120 ℃。所以，處理試樣時平板硫化機的設(shè)定溫度為120 ℃。經(jīng)過處理后的試樣如圖2a所示。

圖2 處理后的POE樣品及擠出的樣條

2.2 對照實驗

處理樣品的理想狀態(tài)是既能壓實樣品、趕除氣泡，又不造成POE結(jié)構(gòu)變化，保持其原有的MFR不變。但在試樣加熱過程中存在試樣因高溫而降解，或者因熱輻射而發(fā)生交聯(lián)作用，2種情況都能使POE結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致試樣MFR值發(fā)生變化。用2個不同牌號已知MFR值的進口POE產(chǎn)品作為“標準樣品”，對它們進行與小試樣品同樣條件的加熱處理，再測定它們的MFR值。這種以“標樣”參加全流程實驗，分析測試中也叫對照實驗[10]。結(jié)果表明，2個進口牌號POE產(chǎn)品的MFR值處理前后結(jié)果相同，說明這種處理試樣的方法對試樣的性能指標MFR值無影響。進口POE樣品處理后的測試結(jié)果如表1所示。

表1 進口POE樣品處理后MFR的測定結(jié)果

2.3 樣品測試

小試POE樣品經(jīng)過加熱、壓實和除泡處理后，剪成小塊，如圖2b所示。對3個小試樣品進行MFR測定，擠出樣條無肉眼可見氣泡，如圖2c所示，測試結(jié)果見表2。

表2 POE小試樣品測試結(jié)果

3 結(jié) 論

(1) 通過實驗確定了用平板硫化機處理POE樣品最適合的溫度為120 ℃。

(2) 通過用平板硫化機對試樣進行預(yù)處理，解決了試樣黏裹加料桿、加料時反復(fù)往外帶料、擠出樣條有氣泡的問題，使POE小試樣品MFR的測定順利進行。

(3) 對2個不同牌號已知MFR值的進口POE樣品在同樣加熱處理后測定它們的MFR，結(jié)果表明，POE樣品的MFR保持不變。說明處理過程不會改變試樣的性能指標，處理試樣的方法安全有效可行。

(4) 建立了POE小試樣品MFR的測定方法，已應(yīng)用于科研分析測試，解決了POE小試樣品一段時間內(nèi)無法測定MFR的瓶頸問題。

參 考 文 獻：

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