聚丙烯的优点在于密度小、透明性及表面光泽好, 有较好的耐热性、稳定性、电绝缘性和加工性能;其缺点在于成型收缩率大、低温脆性高、缺口冲击强度低等。所以普通的聚丙烯产品通常被当作通用型树脂加以使用, 但在一些对力学性能要求较高的场合聚丙烯就力不能及了。因此人们对聚丙烯的改性研究多集中于对其增韧、增强, 即提高其力学性能, 使其能满足更多条件下的使用要求。
1 弹性体增韧改性
目前利用弹性体来增韧改性聚丙烯是最成熟同时也很有效的一种途径。将弹性体与聚丙烯在熔融状态下进行共混, 使其分散于聚丙烯基体中即可以达到增韧的目的, 此时聚丙烯的冲击强度和断裂伸长率都可以获得增强, 但此时材料的刚度、强度及加工性能却产生一定程度的降低。在这类工艺中, 乙丙橡胶是最常用的弹性体增韧剂, 根据相似相容的原理, 由于其与聚丙烯都含有丙烯链段, 且溶解度参数相近, 所以两种材料在共混时能获得不错的相容性, 尤其是在冲击性能和低温脆性方面取得了较大的增强;另一类常用的增韧剂是乙烯-辛烯共聚物, 在对其共混之后的性能测试中发现共混物的断裂伸长率和冲击强度两项性能都获得了明显的改善, 韧性增强效果明显。此外, 1-丁烯热塑性弹性体、苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物等多种材料经试验都可作为聚丙烯增韧剂加以使用并取得了较好的效果。
2 刚性粒子增韧改性
在向聚丙烯当中加入各类弹性体进行共混改性后虽然可以显著增加其韧性, 但其模量、强度和热变形温度却降低了, 然而人们发现向共混体系中加入无机刚性体可以很好地弥补这一缺陷, 在改善材料各项力学性能、提高加工性能的同时还可以降低成本, 提高经济效益。目前常用的刚性粒子有蒙脱土、碳酸钙、滑石粉等。蒙脱土主要由氧化硅和氧化铝组成, 一片铝氧八面体夹在两片硅氧四面体之间靠共用氧原子而形成的层状结构, 独特的晶格结构和结晶化学性质使其具有独特的层状结构的同时还赋予其阳离子交换性、膨胀性、吸水性、分散性和润滑性等特质, 因此在将聚丙烯与蒙脱土进行共混时聚丙烯分子链能插入到蒙脱土的层状结构当中, 进而形成良好的共混结构, 同时对聚丙烯起到了较好的增韧、增强效果;关于碳酸钙改性聚丙烯的研究主要集中在表面改性, 由于碳酸钙表面极性强, 易结合成团不易分散, 所以改性方法为表面涂覆和接枝等, 所谓涂覆是指将碳酸钙与偶联剂混合后凃布于材料表面并与其产生较好的附着性, 而接枝则是在聚合阶段就通过偶联反应将无机基团和烯烃基团直接聚合, 已达到改性的目的;滑石粉是一种由层状硅酸盐晶体组成的混合物, 作为改性剂加入聚丙烯之后能增强其耐热性、尺寸稳定性和硬度, 并降低其成型收缩率, 因此采取滑石粉改性的聚丙烯材料已广泛应用于汽车部件及部分日常用品的生产中。
3 β成核剂改性
在不同的条件下聚丙烯可以形成五种晶型, 其中α晶型为单斜晶系, 具有良好的热稳定性;β晶型属于六方晶系, 具有优异的力学性能, 但只能通过诸如剪切诱导结晶或添加成核剂等特殊途径才能获得;γ晶型很不稳定, 且目前尚未发现明确的实用价值;δ和拟六方晶型更少见。所以在五种晶型中最适宜用作材料的无疑是β晶型, 但β晶型成核剂的研究和开发远不如ɑ晶型成核剂, 所以通过晶型进行聚丙烯改性的关键便在于β晶型成核剂, 主要分为稠环芳烃类、有机羧酸及其盐类、芳香酰胺类和稀土类。稠环芳烃类成核剂是最早被发现的β晶型成核剂, 尽管在实验过程中发现其合成困难、成核效率不高等缺点, 但却为之后的研究指明了方向;有机羧酸及其盐类成核剂于1981 年被首次发现, 其后证实了其具有较高的成核效率, 但缺点是合成困难、成本高、且热稳定性较差;芳香酰胺类成核剂问世后历经数年的研究已实现了商品化, 我国山西化工研究院开发的TMB系列成核剂在将ɑ晶型转变为β晶型后能使其抗冲强度提高6~7倍, 热变形温度提高20℃, 但此类成核剂在使用当中对生产环境的要求较为苛刻;作为最新型的β晶型成核剂, 稀土类成核剂对均聚聚丙烯和共聚聚丙烯都具有很好的改性效果, 在提高其抗冲击强度的同时也能提高其热变形温度, 但与此同时, 聚丙烯的拉伸和弯曲性能却有所下降。
综上所述, 经过几十年的研究和生产实践, 关于聚丙烯改性的研究依旧十分活跃, 包括聚合阶段在内的新方法、新技术层出不穷, 但无论采取哪种途径优势都与劣势并存, 都需要后续的完善和改进。所以在今后的研究与生产中我们都应该注重多种方式的复合应用, 取长补短, 并根据产品的实际需要进行适当的取舍, 最终开发出适宜市场, 满足社会经济发展的优质产品。
摘要：作为五大通用合成树脂之一, 聚丙烯由于其充足的来源、低廉的成本、成熟的工艺和广泛的用途在各个领域都实现了普及和应用, 在材料科学的研究与发展方面也具有重要的地位。目前聚丙烯的产量占合成树脂四份之一的份额, 但聚丙烯本身的一些固有缺陷却限制了其进一步的应用, 所以关于聚丙烯改性的研究在国内外都受到了广泛的关注。
关键词：聚丙烯,树脂,改性
参考文献
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