有机成核剂的复配及其在聚丙烯中超细化分散的研究

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本论文主要采用微乳液法将有机成核剂及其复合成核剂用于改性聚丙烯,也研究了通过喷雾干燥法制备的复合成核剂改性聚丙烯。通过四种不同的微乳液体系和喷雾干燥方法控制成核剂的粒径及其在聚丙烯中的分散,研究了成核剂改性聚丙烯的性能。主要工作和结论如下:1.将成核剂苯甲酸钠溶解于水中作为水相,与油相Marcol-52、表面活性剂吐温60和助表面活性剂正己醇共混,得到含有苯甲酸钠的微乳液。苯甲酸钠微乳液和成核剂粉末分别加入聚丙烯中熔融共混后进行测试。采用力学性能测试、小角X射线散射、偏光显微镜和示差扫描量热法等进行表征。结果表明,与苯甲酸钠粉末比较,采用微乳液法将成核剂分散到聚丙烯中,能够使聚丙烯获得更高的取向度、弯曲弹性模量和弯曲强度。而且成核剂分散程度提高,能形成更多的晶核,提高聚丙烯的结晶度。2.有机成核剂2,2’-亚甲基-双(4,6-二叔丁基苯酚)磷酸钠(NA11)及苯甲酸钠(SB)是应用最广泛的两种聚丙烯熔融非敏感型成核剂。采用微乳液方法促进其超细分散和复配。首先选择了由丁酸乙酯、吐温80、乙醇、水所构成的微乳液体系,通过将NA11与苯甲酸钠这两种有机成核剂分别溶解于乙醇和水中,成功制备出一系列NA11和/或SB成核剂的微乳液。采用低温透射电镜和动态光散射法对微乳液的微观结构进行分析,发现NA11成核剂微乳液的分散相为几十纳米,溶于乙醇相中的NA11成核剂应分散于微乳液中微液滴的界面处。NA11和SB复合成核剂微乳液中,分散相的直径更小。通过偏光显微镜和示差扫描量热仪对成核剂改性聚丙烯的结晶行为进行研究。发现与成核剂粉末比较,采用微乳液法可使NA11在聚丙烯中更好地分散,并进一步提高了成核效率。对成核剂改性PP的力学性能的研究发现,当NA11微乳液添加量为250ppm(百万分之一份)时,PP的力学性能尤其是刚性可以进一步提高。但是微乳液中的油相和表面活性剂会在最终的PP基体中残留,并会对PP的结晶和力学性能带来负面影响。NA11/SB复合成核剂微乳液对于促进PP的结晶和改善力学性能的效果最为显著,这种协同效果可能与该复合成核剂微乳液体系拥有最小的分散相尺寸和复合成核剂的特殊微晶形态有关。3.在丁酸乙酯、吐温80、乙醇、水所构成的微乳液体系中,首次尝试了采用具有功能性的液体加工助剂(液体抗氧剂组分)来取代丁酸乙酯用于帮助成核剂实现超细化分散。以两种液体抗氧剂1135和1520为油相成功制备出具有抗氧剂功能的成核剂微乳液。更换了油相的微乳液也能使复合成核剂NA11/SB产生协同效应,改善其分散效果,提高成核剂的成核效率,并获得了力学性能优异的改性聚丙烯。氧化诱导期的实验结果表明,微乳液中的液体抗氧剂组分,能为聚丙烯提供抗氧性能。4.采用液体光稳定剂取代由丁酸乙酯、吐温80、乙醇、水所构成的微乳液体系中的丁酸乙酯油相组分,成功制备出了分别基于液体光稳定剂GW508以及GW1402的成核剂/液体光稳定剂微乳液。一方面,以光稳定剂为油相的微乳液,也能使NA11成核剂超细化分散,成核效率提高,并使NA11/SB复合成核剂产生协同效应;另一方面,光稳定剂作为油相加入聚丙烯,可使其具有耐老化性能,提高综合性能。5.通过喷雾干燥技术制备了一系列无机纳米粒子(凹凸棒土和/或二氧化硅)与NA11复配的复合成核剂,并用于改性聚丙烯。结果表明,成核剂复配后,对聚丙烯力学性能,尤其是刚性提高明显。其中三元成核剂在0.2%用量下对聚丙烯力学性能的改善效果,与同等含量纯NA11的改性效果相当。采用透射电镜、扫描电镜、偏光显微镜观察微观形态,发现三元复合成核剂体系中,三组分形成了相互隔离的分散状态,使有机成核剂和无机纳米粒子可以在聚丙烯基体中实现良好分散。
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