聚丙烯增韧改性的研究
翟志威
[摘 要]系统论述近年国内外关于聚丙烯（PP）增韧改性的研究进展，介绍橡胶或弹性体、热塑性塑料、β成核剂以及刚性粒子协同弹性体对PP增韧改性的研究。
[关键词]聚丙烯；增韧；弹性体；热塑性塑料；β成核剂；协同增韧
中图分类号：TM215.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0311-01
前言
聚丙烯是五大通用塑料之一，其产量仅次于聚乙烯、聚氯乙烯塑料，与其他的通用的热塑性塑料相比，聚丙烯塑料的密度小，力学性能优良，电绝缘性好，而且还易于加工，价格低廉，因此被广泛应用于机械，化工，电力和运输等领域。但PP存在低温韧性差、成型收缩率大、缺口冲击强度低等缺点。为改善PP性能上的不足，国内外对PP的改性尤其是PP增韧改性进行了大量的研究，并取得较好的进展。聚丙烯（PP）增韧改性可通过化学改性和物理改性实现，化学改性的增韧效果好，但限制条件较多；与之相比，物理改性具有收效快、操作简单等特点。本文将重点论述近年关于聚丙烯（PP）物理增韧改性的研究进展，介绍橡胶或弹性体、热塑性塑料、β成核剂以及刚性粒子协同弹性体增韧对PP的改性研究。
1.橡胶或弹性体增韧改性PP
在PP中加入橡胶或弹性体是PP常用的增韧方法，加入适量的橡胶或弹性体后，PP的抗冲击性能能得到较大幅度的提高。其主要增韧原理是“银纹-剪切带”理论、“多重银纹”理论及两者共同作用。其增韧过程为：橡胶或弹性体以分散相的形式分散于集体树脂中，当材料受到外力作用时，弹性体粒子成为应力集中点，在拉伸、压缩等作用下发生形变，产生大量银纹和剪切带而消耗能量；银纹、剪切带和弹性体粒子相互作用又可以终止银纹、剪切带进一步转化为破坏性裂纹，使材料韌性明显提高[1]。
1.1 橡胶增韧PP
用于PP增韧的橡胶主要有：三元乙丙橡胶（EPDM）、二元乙丙橡胶（EPR）、顺丁橡胶、异丁橡胶等。EPDM、EPR是PP常用的增韧剂，与PP的相容性好，具有高弹性和优异的耐低温性能，可明显改善PP的低温冲击性能。
李蕴能等[2]研究了乙丙橡胶/PP共混改性的性能，通过实验发现，乙丙橡胶能有效提高PP的冲击性能，在相同橡胶含量下EPR的增韧效果比EPDM好，且当橡胶含量为30%时，PP冲击性能达到最大值；EPR的结晶度越低，对PP的增韧效果越好。
1.2 弹性体增韧PP
用于PP增韧的热塑性弹性体主要有聚烯烃弹性体（POE）、TPV、SBS等。由于其溶解度参数以及粘度与PP相近，所以增韧PP的效果最好。
采用茂金属催化的聚烯烃类弹性体（POE），其结构中结晶的乙烯链段为交联点，承受负荷，非晶段的乙烯、锌烯具有良好的高弹性。POE与PP的相容性非常好，增韧效果显著。周琦等[3]研究了POE对聚丙烯增韧改性的性能。实验发现，随着PIE含量的增加共混物的冲击强度、断裂伸长率明显提高，添加量为10%时，共混物达到脆韧转化点；添加量达到15%时，冲击强度显著提高。
2.热塑性塑料增韧PP
增韧PP的热塑性塑料分为柔性聚合物（如LDPE、LLDPE、HDPE等）、刚性聚合物（如聚碳酸酯、尼龙等）及超高分子量聚乙烯。柔性聚合物的增韧机理与弹性体增韧相似，增韧效果比弹性体差；刚性聚合物的增韧机理主要是“冷拉”机理，玻璃态的刚性聚合物在冷拉形变时吸收大量的能量，从而使材料的韧性提高。某些树脂与PP相容性不好，需要添加一些助剂或相容剂才能获得较好的增韧效果。一般相容剂多为马来酸酐接枝PP或PE，添加量一般为5%-10%。高俊刚等[4]研究了PE/PP共混的力学性能，发现PE添加量达到25%-40%时，共混物具有良好的韧性和机械强度。
3.β成核剂增韧PP
PP具有α、β、γ、δ和拟六方态5种晶型，其中α和β晶型最常见。与α晶相比，β晶PP具有较好的室温和低温冲击性能。一般成型条件下，PP主要形成α晶型，β晶型为亚稳态结构，形成条件荷刻，目前添加β成核剂是得到高β晶型含量PP的最有效方法，β成核效果较好的是酰胺类β成核剂和稀土类β成核剂。
张世鑫等[5]研究了酰胺类成核剂对嵌段聚丙烯（PP-B）的β成结果表明核作用和力学性能的影响。研究表明，TMB-5和N，N′-二环己基对苯二甲酰胺DCHT对PP-B有显著的β成核作用，且都能明显地提高PP-B的力学性能。当TMB-5和DCHT添加质量分数分别为0.10%和0.05%时，其β晶型相对含量都超过了60%，常温缺口冲击强度提高了100%，-15℃的缺口冲击强度提高了50%，拉伸强度提高了60%，断裂伸长率提高了55%。
4.纳米刚性粒子、弹性体协同增韧PP
刚性粒子能保持PP较高的拉伸强度同时提高其的刚性，但对PP增韧效果有限；弹性体对PP具有较好的增韧效果，但明显降低PP的拉伸强度和刚性。将刚性粒子和弹性体与PP复合，得到良好的增韧效果同时较好保持PP的刚性和拉伸强度。
解磊等[6]研究了PP/POE/纳米CaCO3复合材料的力学性能。研究发现纳米CaCO3与弹性体POE具有协同增韧作用，当POE用量为10份，不含纳米CaCO3的缺口冲击强度为13.6kJ/m2，含4份纳米CaCO3的缺口冲击强度为47.2kJ/m2，提高247%。
5.结语
目前对PP增韧技术的研究正处于高速发展时期，并取得一系列成果。在众多增韧改性方法中，物理改性具有成本低，见效快等特点，成为最常用的增韧方法。化学改性虽然能获得稳定的结构和优异的性能，但对技术要求高、成本大使其发展缓慢。今后关于PP增韧改性可以将物理改性和化学改性结合起来，充分发挥各自优势，提高PP韧性。所以PP的增韧改性 研究还有很大的潜力有待发展。
参考文献
[1] 李跃文，罗承友.聚丙烯增韧改性的方法及机理[J].工程塑料应用200735（10）：69-72.
[2] 李蕴能，孟丽萍，等.聚丙烯共混改性的研究进展[J].工程塑料应用，1996，24（3）：51-54.
[3] 周琦，王勇，等.POE与EPDM对聚丙烯增韧改性研究[J].弹性体，2007，17（4）：44-47.
[4] 高俊刚，王东，等.PE弹性体/PP共混物的流变行为与力学性能[J].塑料工业，2003，31（3）：45-48.
[5] 张世鑫，王益龙，等.酰胺类成核剂对PP-B的β成核作用和力学性能的影响[J].现代塑料加工应用.2014，26（2）：9-12.
[6] 解磊，王国全，等.PP/POE/纳米CaCO3复合材料力学性能研究[J].中国塑料.2006，20（1）：36-39
