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β晶型聚丙烯具有优异的韧性,可以代替工程塑料用于家居电器、汽车专用料、蓄电池外壳及热水管等方面,其日益广泛的应用受到人们的重视。由于β晶型在热力学上是准安定的、动力学上是不利于生成的一种晶型,在通常的条件下难以得到,需在特殊条件或工艺下获得。而添加β晶型聚丙烯成核剂,是目前生产商品化β晶型聚丙烯最有前景的方式,所以开发高性能、高稳定、低成本的β晶成核剂将成为必然的趋势。
本文合成了一系列稀土有机羧酸盐化合物,对其在等规均聚聚丙烯(iPP)中的β晶成核性能进行了考察,筛选出抗冲击性能改善效果最突出的HPA—La(六氢邻苯二甲酸镧),应用热重分析(TG)、元素分析(EA)、傅立叶红外光谱分析(FTIR)进行初步表征,确定了HPA—La的分子式并对其稳定性进行了研究。
同时考察了HPA—La的添加量对均聚聚丙烯(iPP)和嵌段共聚聚丙烯(PPB)的力学性能的影响。结果表明随HPA—La添加量的提高,iPP常温抗冲强度首先提高,随后趋于稳定,当HPA—La添加量为0.5wt%时,抗冲击强度从37.8 J/m提高到121.0 J/m,提高幅度达2.2倍;弯曲模量和拉伸强度也随着成核剂添加量的提高而提高。HPA—La添加量为0.2wt%时对PPB的抗冲击性能常温下从615 J/m提高到968 J/m,提高了57%,低温下从81.2 J/m提高到179 J/m,提高了120%。
选取六氢邻苯二羧酸镧(HPA—La)、甲基六氢邻苯二甲酸镧(mHPA—La)、硬脂酸镧(St—La)、硬脂酸钇(St—Y)四种有β晶成核效果的成核剂,通过差示扫描量热(DSC)分析方法和广角X射线衍射(WAXD)分析法考察了结晶温度和降温速率对其β晶成核效应的影响。结果表明降温速率和结晶温度显著地影响了成核剂的β晶成核能力,这也解释了mHPA—La、St—La、st—Y三种成核剂具有β晶成核效果但不能提高聚丙烯力学性能的矛盾现象。
最后通过DSC分析方法利用Avrami理论研究了iPP和成核iPP的等温结晶动力学。结果表明:成核剂HPA—La的加入起到了成核质点的作用,但晶体生长方式未发生改变;同时成核剂的加入使得结晶速率常数Zt增大,半结晶时间t1/2降低,结晶速率加快。偏光显微镜(POM)的结果表明HPA—La的加入明显减小了聚丙烯的球晶尺寸。通过电子扫描电镜(SEM)分析研究了空白共聚聚丙烯PPB和成核共聚聚丙烯断裂面形貌,对成核剂增韧共聚聚丙烯的机理进行了初步探讨。