增容劑對(duì)聚丙烯共混物性能改進(jìn)的研究進(jìn)展

申小蘭

摘要：聚丙烯具有質(zhì)輕，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但硬度低，力學(xué)性能差等特點(diǎn)限制了其在工業(yè)上的應(yīng)用。一般常采用添加其他硬度高、力學(xué)性能好的高聚物來(lái)提升聚丙烯性能。然而聚丙烯和其他高聚物由于結(jié)構(gòu)不同常為不相容體系，導(dǎo)致聚丙烯共混物的綜合性能較差，因此通常采用增容劑改善兩者的相容性。本文綜述了常見(jiàn)的聚丙烯共混物，及近年來(lái)增容劑對(duì)聚丙烯混物各項(xiàng)性能的影響，并展望了聚丙烯共混物的研究趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：聚丙烯;高聚物;共混;增容;性能

引言

聚丙烯（簡(jiǎn)稱PP）因具有價(jià)格便宜、輕質(zhì)、熱穩(wěn)定性及抗腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而作為原材料廣泛應(yīng)用于交通工具、電器、電動(dòng)工具等行業(yè)，另一方面，聚丙烯又具有硬度低，力學(xué)性能差等缺點(diǎn)，這些性能極大限制了聚丙烯的應(yīng)用。工程上常通過(guò)對(duì)聚丙烯和其他的高聚物，如聚酰胺-6（簡(jiǎn)稱PA6）、聚苯乙烯（簡(jiǎn)稱PS）、聚乳酸（簡(jiǎn)稱PLA）、聚對(duì)苯二甲酸丁二脂等，進(jìn)行共混改性可以改善聚丙烯的力學(xué)性能差、低溫顯脆性等缺點(diǎn)，從而制備綜合性能優(yōu)異的復(fù)合材料。但聚丙烯與其他高聚物是典型的不相容體系，當(dāng)聚丙烯共混物不加增容劑或不做處理時(shí)，兩相界面粘接不良從而影響共混材料的綜合性能。因此通常在聚丙烯共混物中加入增容劑，改善共混的分布及相界面張力，最終獲得性能優(yōu)異的復(fù)合材料。

1 常見(jiàn)的聚丙烯共混物

1.1聚丙烯/聚酰胺-6共混物

聚酰胺-6工程上也成為尼龍6，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、電子電器、機(jī)械等行業(yè)。其抗溶解性和抗沖擊性能優(yōu)異，但吸濕性也強(qiáng)，而聚丙烯具有吸水性小的特點(diǎn)。將二者共聚相容能克服PA6的強(qiáng)吸濕性。根據(jù)相容性原理，聚丙烯屬于非極性聚合物，PA6屬于極性聚合物，PP/PA6共混體系屬典型的不相容體系。伍玉嬌等[1]研究了聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐（PP-g-MAH）對(duì)PP/PA6共混體系的增容作用，研究發(fā)現(xiàn)未采用增容劑時(shí)，聚丙烯與PA6形成明顯“海島”結(jié)構(gòu)。共混體系中添加PP-g-MAH后，相界面變得更加模糊，PA6相更均勻的分散在聚丙烯連續(xù)相中，且粒徑大幅度減小。這說(shuō)明增容劑可以提高兩相黏結(jié)力，降低相界面張力，從而明顯改變了共混的微觀結(jié)構(gòu)，提高了分散相的分散效果，使得PA6與PP兩相的相容性得到明顯的改善。隨后，聚丙烯的接枝物不再局限于馬來(lái)酸酐，聚丙烯接枝衣糠酸、丙烯酸丁酯和馬來(lái)酸二丁酯等接枝共聚物被研制出來(lái)作為增容劑，用于改善PP/PA6共混體系的相容性。研究發(fā)現(xiàn)，這些增容劑的添加效果顯著，均大大提升了PP/PA6共混物力學(xué)性能及穩(wěn)定性能。

1.2聚丙烯/聚苯乙烯共混物

聚苯乙烯廣泛應(yīng)用于家電、辦公設(shè)備等行業(yè)，與聚丙烯相反，聚苯乙烯韌性、耐熱性及抗化學(xué)腐蝕性較差，但力學(xué)性能好，模量高、收縮率低。若能將這兩種工程材料結(jié)合，則可克服二者的缺點(diǎn)，發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，然而，聚丙烯與聚苯乙烯為典型的不相容高聚物，主要因?yàn)槎咝再|(zhì)不同，前者為半晶型，或者為無(wú)定型。工程上采用增溶劑來(lái)改善混合體系的相容性，對(duì)于PP/PS共混物來(lái)說(shuō)，常用的增溶劑有馬來(lái)酸酐、接枝共聚物、嵌段共聚物等，通過(guò)引入增溶劑，PP/PS共混物的性能得到大幅提升。尹朝清等[2]研究了不同的嵌段共聚物及接枝共聚物對(duì)PP/PS相容性能的影響，如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐等。此外，還研究了增溶劑含量對(duì)PP/PS共聚物力學(xué)性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)增溶劑對(duì)于改變沖擊韌性、界面的相容性和分散性尺寸都有積極意義，其中以二嵌段共聚物苯乙烯-乙烯/丙烯這種增溶劑的改善效果最佳。可見(jiàn)，增溶劑的添加可同時(shí)發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢(shì)。

1.3聚丙烯/聚乳酸共混物

聚乳酸力學(xué)性能好，且可完全生物降解，但價(jià)格昂貴，且脆性低，熱穩(wěn)定性及抗化學(xué)腐蝕性差，與聚乳酸相反，聚丙烯難以生物降解。從環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)型的角度出發(fā)，將聚丙烯和聚乳酸共混可增加材料的生化降解性能、改善力學(xué)、脆性等性能，提高穩(wěn)定性并降低成本。通常加入聚乙二醇作為增容劑來(lái)實(shí)現(xiàn)二者的共混。例如張愛(ài)玲等[3]在聚丙烯和聚乳酸共混物中添加聚乙二醇作為增容劑，并分析了聚乙二醇含量對(duì)共混物力學(xué)性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)增容劑添加量為9%時(shí)，共混效果最佳，相應(yīng)地，共混物的降解性能、力學(xué)性能和熱學(xué)性能都得到大幅提高。因此，增容劑的添加對(duì)于聚丙烯/聚乳酸共混物性能的改善至關(guān)重要。

1.4聚丙烯/聚對(duì)苯二甲酸丁二脂共混物

聚對(duì)苯二甲酸丁二脂常用來(lái)制備纖維類物質(zhì)，與聚丙烯相反，聚對(duì)苯二甲酸丁二脂為熱塑性聚合物，具有優(yōu)異的力學(xué)和熱學(xué)性能，但抗化學(xué)腐蝕性差，且對(duì)缺口敏感性大。聚丙烯與聚對(duì)苯二甲酸丁二脂結(jié)構(gòu)不同，因而二者的共混物也為不相容體系。曹亞南等[4]研究了三種不同的接枝共聚物增容劑對(duì)聚丙烯/聚對(duì)苯二甲酸丁二脂共混物的性能的提升，研究發(fā)現(xiàn)，添加增容劑后，共混物性能改善明顯，力學(xué)性能和流變性能均得到大幅提升。

2 增容劑對(duì)聚丙烯/聚酰胺-6共混物性能的改進(jìn)

2.1 增容劑對(duì)共混物力學(xué)性能的改進(jìn)

共混物的力學(xué)性能是決定其應(yīng)用范圍的主要因素。以PP/PA6共混體系為例，聚丙烯與PA6的相容性不好，通常加入增容劑或第三組分的方法來(lái)改善體系相容性，從而提高共混物的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等力學(xué)性能。伍玉嬌等[1]研究發(fā)現(xiàn)，未加增容劑的PP/PA6共混物的兩相間界面張力大，界面黏結(jié)力弱，隨著PA6含量的增加，PP/PA6共混物的拉伸強(qiáng)度明顯降低，而沖擊強(qiáng)度先略有增加然后緩慢降低。Boucher等[5]發(fā)現(xiàn)一定條件下，高分子量的PP-g-MAH使體系的斷裂韌性比含有低分子量PP-g-MAH的體系提高大約四倍。Liu[6]等在PP/PA6共混物中加入了增容劑PP-g-MAH和納米黏土，發(fā)現(xiàn)增容劑能顯著提高彈性模量和拉伸強(qiáng)度，而納米黏土的加入能明顯提高復(fù)合材料的強(qiáng)度。可見(jiàn)，增容劑可有效提升共混物的力學(xué)性能。

除了PP-g-MAH外，其他增容劑也被開(kāi)發(fā)出來(lái)用來(lái)改進(jìn)共混的力學(xué)性能。Kusmono等[7]研究了增容劑SEBS-g-MAH和改性黏土對(duì)PP/PA6共混物力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)增容劑顯著提高共混物的斷裂伸長(zhǎng)率，但降低共混物的拉伸模量;而黏土的加入則會(huì)提高復(fù)合材料的拉伸模量，但顯著降低了復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率。Mazidi[8]等采用乙丙橡膠接枝馬來(lái)酸酐（EPDM-g-MA）來(lái)改性PA6/PP共混物，發(fā)現(xiàn)共混體系的沖擊韌性普遍提高，但其他力學(xué)性能相對(duì)下降。

2.2 增容劑對(duì)共混物吸水性能的改進(jìn)

通過(guò)添加增容劑，共混物的吸水性能也能得到提升，其中以聚丙烯/尼龍類共聚物最為典型。以聚丙烯/尼龍6共聚物為例，PP/PA6共混中物PA6大分子長(zhǎng)鏈中含有親水性的酰胺基團(tuán)，因此吸水率很高，導(dǎo)致共混物的強(qiáng)度下降，尺寸穩(wěn)定性變差。孫莉等[9]發(fā)現(xiàn)聚丙烯的加入能使試樣吸水率變小，而自制增容劑PP-g-（St-co-GMA）、PP-g-（St-co-MAH）和PP-g-（St-co-MMA）的加入能明顯改善材料的耐水性。這是因?yàn)镻A6的氨基和接枝物的酸酐基團(tuán)會(huì)發(fā)生反應(yīng)，削弱了PA6和H2O的相互作用，也改善了聚丙烯與PA6的界面粘接，從而阻滯了H2O的滲透。顧書(shū)英等[10]也發(fā)現(xiàn)加入聚丙烯或改性聚丙烯后PA/PP共混物的吸水率明顯降低，而且改性聚丙烯對(duì)共混物吸水性的影響更大，得出了類似的結(jié)論。

2.3 增容劑對(duì)共混物流變性能的改進(jìn)

聚丙烯共混物的流變性能直接影響共混物的加工性能，決定其加工的難易程度。林明德等[11]研究發(fā)現(xiàn)PP-g-MAH/PA6共混物的熔體粘度比純PA6高、而其粘流活化能和非牛頓指數(shù)卻更低，改善了成型加工性能。謝續(xù)明等[12]將用多組分熔融接枝法制備的增容劑PP-g-（St-co-MAH）加入到PP/PA6共混物中，發(fā)現(xiàn)加入聚丙烯接枝物的共混物的熔體流動(dòng)速率MFR均低于未加增容劑的共混，這說(shuō)明增容劑與PA6發(fā)生了化學(xué)作用。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，聚丙烯由于其低廉的價(jià)格及優(yōu)異的穩(wěn)定性能得到廣泛應(yīng)用，但其硬度低，力學(xué)性能差。常通過(guò)添加其它力學(xué)性能優(yōu)異的高聚物來(lái)進(jìn)行改善。但聚丙烯與其他高聚物由于結(jié)構(gòu)不同，相容性差，增容劑能顯著改善聚丙烯共混物的相容性，從而改善復(fù)合材料的綜合性能。雖然目前對(duì)增容劑的研究已經(jīng)取得了一些成果，但是還不能滿足某些領(lǐng)域?qū)Σ牧狭W(xué)、生物可降解性、穩(wěn)定性、流變性等各方面性能的苛刻要求。因此可以對(duì)增容劑的分子結(jié)構(gòu)及對(duì)共混物改性的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行深入的研究，探索新型的官能基團(tuán)和制備方法開(kāi)發(fā)新的增容劑，更好地實(shí)現(xiàn)反應(yīng)性增容，從而進(jìn)一步改善聚丙烯共混物各方面的性能。

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