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SEBS改性抗冲透明聚丙烯的研究
  浏览次数:12556  发布时间:2021年07月16日 10:02:51
[导读] 采用氢化聚苯乙烯-丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)改性抗冲透明聚丙烯(PP),经双螺杆熔融共混制备得到透明PP/SEBS共混物,研究了SEBS的添加量对抗冲透明聚丙烯力学性能和雾度的影响。

林茂青
(深圳市通产丽星科技集团有限公司,深圳 518117)

摘要:采用氢化聚苯乙烯-丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)改性抗冲透明聚丙烯(PP),经双螺杆熔融共混制备得到透明PP/SEBS共混物,研究了SEBS的添加量对抗冲透明聚丙烯力学性能和雾度的影响。结果表明,随着SEBS添加量增大,共混物的冲击强度显著提高,雾度变化较小,制备出了具有优异抗低温冲击性能的透明聚丙烯。
关键词:抗冲透明聚丙烯;SEBS;冲击性能;雾度

前言
透明聚丙烯是一种易加工、成本低、综合性能较好的透明高分子材料,广泛应用于食品饮料包装、整理箱、医疗器械等领域[1-2]。通常,获得透明聚丙烯主要通过引入无规共聚单体(如乙烯、丁烯)和添加透明成核剂[3-4]。对于透明均聚聚丙烯(PPH)或无规共聚聚丙烯(PPR),因玻璃化转变温度较高导致了其低温韧性较差,极大的限制了其在低温储存环境下的应用。为了改善透明聚丙烯低温韧性的问题,通常采用POE、EVA、EPDM、SEBS等热塑性弹性体作为改性剂解决聚丙烯低温冲击强度低问题[5-8]。但对于PPH或PPR体系,获得较高的低温冲击强度则需要热塑性弹性体改性剂添加量较大,导致了材料成本较高、弯曲模量下降明显。

近年来,随着新技术的出现,通过在聚丙烯的聚合阶段引入橡胶相,调节连续相和橡胶相的折光指数相近,减少光线通过两相所发生的散射和折射,在保证聚丙烯抗冲击性能的同时提高材料透明性,推出了具有良好抗冲性和透明性的透明抗冲聚丙烯(PPB)产品。相对于透明PPH或PPR体系,透明PPB体系的低温性能获得了明显改善,但在更苛刻的应用场景下仍显得不足。本文采用透明抗冲聚丙烯为基料,SEBS为增韧改性剂,通过双螺杆熔融混合,考察了SEBS用量对透明抗冲聚丙烯力学性能和光学性能影响,制备出了具有优异抗低温冲击性能的透明聚丙烯。

1实验部分
1.1原材料
抗冲透明聚丙烯(PPB-MT25),MFR为25g/10min(230℃,2.16kg),茂名石化公司;SEBS(Kraton® G1645),MFR为2.0~5.0 g/10min(230℃,2.16kg),美国科腾公司。

1.2实验设备
双螺杆挤出机: ZSE-35,德国Leistritze公司; 注塑机: K-TEC85,欧洲MILACRON; 多功能力学测试机: Instron1121,英国Instron公司; 简支梁冲击试验机: XJD-5.5,承德大华试验机有限公司;

1.3试样制备
将PP、SEBS按照一定的配比(100/0、95/5、90/10、85/15,质量分数,下同)经过挤出机共混造粒,于170-210℃下挤出造粒。根据测试标准要求,注塑成型标准样条,注塑温度为200℃。

1.4测试表征
冲击性能测试按照GB/T1043.1-2008,A型缺口,冲击速率2.9 m/s,摆锤能量4J,测试温度为23℃和0℃。弯曲性能测试按照GB/T 9341-2008,试样(80×10×4)mm,试验速度2mm/min。雾度按照GB/T 2410 1980 测定,试样厚度为1 mm和2mm。

2结果与讨论
2.1冲击性能
表1 SEBS改性抗冲透明聚丙烯的冲击性能
SEBS添加量 简支梁冲击强度(23℃,kJ/m2) 简支梁冲击强度(0℃,kJ/m2)
0 9.22 3.17
5% 29.98 5.36
10% 46.21 8.80
15% 57.27 11.29
纯聚丙烯由于其带甲基支链的结构决定其链柔性下降,导致其冲击强度低,尤其是低温冲击性能差,并且聚丙烯对缺口较为敏感。通常采用橡胶或者弹性体共混改性,可以改善聚丙烯的韧性,但对透明性有一定的影响。SEBS作为热塑性弹性体,其软段部分是乙烯-丁烯共聚物,与聚丙烯具有良好的相容性,且其折射率与聚丙烯相近,因此可以用来改善聚丙烯的韧性。

表1为SEBS改性抗冲透明聚丙烯的冲击性能,由表中可以看出,随着SEBS含量的增加,聚丙烯/SEBS共混物的常温和低温冲击强度都是逐步增加。当SEBS含量为5%时,共混物常温冲击只有部分断裂,0℃简支梁冲击强度从3.17KJ/m2提高到5.36 KJ/m2,能够满足大多数低温存储应用场景;当SEBS含量继续增大时,常温冲击强度显著增大,达到了高抗冲聚丙烯的抗冲级别;当SEBS含量达到15%时,低温冲击也只有部分断裂,表明少量添加SEBS能够有效地改善聚丙烯的冲击强度。这主要是由于SEBS作为分散相均匀分布再PP形成的连续相中,当收到外力冲击时,分散在聚丙烯树脂中的SEBS弹性体颗粒通过引发银纹和诱发剪切带,能够吸收大量的冲击能量,从而使共混物韧性增加。

2.2弯曲性能
图1为弯曲模量和弯曲强度随着SEBS含量的变化曲线。随着SEBS含量的增加,共混体系的弯曲模量和弯曲强度逐渐降低。SEBS含量为15%时,弯曲强度从28.2MPa下降至17.7MPa,弯曲模量从983.3MPa降至570.0MPa。这是由于SEBS是热塑性弹性体,其弯曲强度和弯曲模量本来就低于PP,因此共混体系弯曲强度和弯曲模量降低。
SEBS对抗冲透明聚丙烯弯曲性能的影响-17
图1 SEBS对抗冲透明聚丙烯弯曲性能的影响

2.3光学性能
SEBS对抗冲透明聚丙烯雾度的影响-18
图2 SEBS对抗冲透明聚丙烯雾度的影响

雾度是偏离入射光方向的散射光与透射光通量之比,衡量透明材料不清晰或浑浊的程度,反应材料内部或外部表面对光线的散射程度[9],是表征聚丙烯材料透明性的主要指标。由于聚丙烯是一种半结晶性聚合物,其内部同时存在晶区和非晶区,两者的折光率不匹配导致了入射光在其界面处发生折射与反射,从而增大了制品雾度。但当聚丙烯的球晶尺寸小于可见光的波长时,光可不穿过晶区直接从非晶区穿过,减小了光的折射和反射,因此晶粒尺寸越小,制品的透明度越好,其雾度也越低[10]。

图2是SEBS含量对抗冲透明聚丙烯雾度的影响曲线,从图中可以看,添加5%SEBS,抗冲透明聚丙烯的1mm和2mm片雾度变化较小;随着SEBS的添加量继续增大,抗冲透明聚丙烯的雾度稍微有所增大,整体上SEBS的加入对抗冲透明聚丙烯透明性影响较小,制备出了具有优异抗低温冲击性能的透明聚丙烯。

3结论
(1)SEBS的加入可以充当弹性体的应力集中中心从而引发更多银纹与剪切带,使抗冲透明聚丙烯冲击强度显著增加,弯曲模量和弯曲强度降低。
(2)SEBS的加入对抗冲透明聚丙烯的雾度影响较小,制备出了具有优异抗低温冲击性能的透明聚丙烯。

参考文献
[1]王波,杨金明,田小燕.高透明聚丙烯的发展与应用[J].合成材料老化与应用,2013,42(3):47-49.
[2]张建,王文,吴建东,等.高透明聚丙烯专用料的研究与制备[J].石油化工技术与经济,2015,(01):27-30.
[3]Katharina R,Wallner G M,Christian T,et al. Optical properties of highly transparent polypropylene cast films: influence of material structure, additives, and processing conditions.[J].Polymer Engineering&Science,2006,46(4):520-531.
[4]Resch K,Wallner G M,Teichert C,et a1.Highly transparent polypropylene cast films:relationships between optical properties,additives, and surface structure.[J].Polymer Engineering&Science,2007,47(7):1021-1032.
[5]赵红振,齐暑华,周文英,等.聚丙烯增韧改性最新进展[J].化学推进剂与高分子材料,2007,5(1):27-32.
[6]范吉昌,李莹莹.聚丙烯增韧改性研究[J].现代塑料加工应用,2006,18(4):8-10. [7]敖玉辉,周梦思,冯芳.不同弹性体增韧聚丙烯的研究[J].化工新型材料,2014,43(3):189-190. 
[8]赵海燕,丁锐.透明聚丙烯材料低温增韧的研究[J],工程塑料应用,2008,36(2):25-28.
[9]王文广.塑料改性实用技术[M].北京:中国轻工业出版社,2000. 
[10] Paul D R,Bucknall C B.Polymer Blends [M]. New York:Wiley-Interscience Publication,1999.