高光泽低气味聚丙烯的结构与性能研究

发布时间：2020-08-20 22:08

【摘要】：聚丙烯(PP)具有质轻、比强度高、耐热与耐腐蚀等优异的性能,是替代金属基外壳材料的首选。然而,其光泽度较低,挥发性有机化合物(VOC)含量较高,阻碍了其在家电、汽车装饰、日用品等领域的应用。因此,迫切需要开发一种环境相容的、适应不同应用环境的、高光泽低气味的聚丙烯材料,以满足其在家电、汽车装饰、日用品等领域的应用需求。本文采用熔融共混和纳米复合技术,以聚丙烯EPZ30R为基料,采用向基体中引入相容性好、成核效果优异的α成核剂以及吸附、光解作用较好的除味剂等功能填料,制备出了具有高光泽低气味性能的聚丙烯材料,在有效提高其力学性能的基础上,大幅度改善材料的光泽度与气味性能,并赋予聚丙烯材料的结构和光泽气味性能的智能可控性。研究了成核剂和除味剂对聚丙烯微观结构和性能的影响,考察了聚丙烯材料在不同制备工艺条件下微观结构和性能的变化,揭示了基础树脂的微观结构与光泽性能之间的关系,结合成核剂的成核机理与除味剂的吸附、光解效应,分析了影响PP光泽度与气味的物理机制。在此基础上,从聚丙烯材料的结构设计入手,发展了几种高光泽低气味及性能智能可控的聚丙烯材料,提高我国在该领域的国际竞争力,满足了我国家电、汽车装饰、日用品等领域对高性能聚丙烯材料的迫切需求。主要研究内容与研究结果如下:(1)采用EPZ30R与EP548N为基础树脂,研究了连续相与分散相的相容性与光泽度的相关关系。结果表明:EPZ30R中连续相与分散相的分子量分布(MWD)较窄,玻璃化转变温度(Tg)之差较小,橡胶相尺寸较小与分布较均匀,乙烯含量与橡胶相含量低,使得光泽度较高,综合性能优于EP548N。基础树脂中的连续相与分散相的相容性好,有助于PP表面平整度的提高,进而改善PP的光泽度。(2)采用α成核剂HPN-20E、EPX715与NX8000对PP的光泽度进行改性研究,制备了光泽度较高的EPZ30R材料。结果表明:HPN-20E改性EPZ30R的晶核密度较大,结晶速率最快,结晶度较大,光泽度较高,模量大,热变形温度高,气味较低,综合性能良好。成核剂可以细化PP的球晶尺寸,使得球晶的尺寸小于可见光波长,减弱了PP对光的散射与折射作用,提高了反射光的光通量,从而提高PP的光泽度。再采用上一步实验优选的HPN-20E,按照0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%与0.08%的添加配方,制备了高光泽EPZ30R材料。结果表明:当HPN-20E的用量为0.07%时,PP的晶核密度大、晶粒尺寸小,结晶速率快,结晶度大,光泽度高,模量大,热变形温度高。适量的HPN-20E在PP基体中分散得更加均匀,对PP光泽度的提升效果更佳的显著。(3)首先采用表面改性剂KH570对nano-ZnO进行表面改性处理,制备了改性nano-ZnO粉体。结果可知:改性nano-ZnO的接触角为151.35°,基本未出现二次团聚现象,-OH峰也明显减弱,说明改性效果明显。改性nano-ZnO的极性越低,在PP基体中的分散得越均匀,有利于PP光泽度的改善。其次,采用自制改性nano-ZnO除味剂、硅酸盐除味剂与商品分子筛除味剂,制备了低气味EPZ30R材料。结果表明:自制改性nano-ZnO除味剂改性PP的气味等级降低了1.50,光泽度也较高,改性效果较佳。改性nano-ZnO的比表面积较大时,可以吸附更多的VOC(Volatile Organic Compounds)小分子,同时将小分子光解成CO_2和H_2O等基本无害的物质,通过自然挥发或者抽真空等方式使其排出PP基体,达到永久去除PP中气味的目的。最后,采用HPN-20E与nano-ZnO复配的改性剂,按照一定的比例与用量,制备了高光泽低气味EPZ30R材料。结果表明:当HPN-20E与改性nano-ZnO的比例为2/3,总用量为0.10%时,EPZ30R的VOC、雾度(FOG)值较小,气味等级低,晶核密度大、晶粒尺寸小,结晶速率快,光泽度高,力学性能基本不变。HPN-20E与改性nano-ZnO对PP光泽度与气味性能的改善具有协同作用。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ325.14
【图文】：

关系图,附生结晶,成核剂,关系图

[62]使用磷酸锂成核剂（NA03）改性 iPP，机理图见图 1.2，当用PP 的结晶峰温度从 113.8℃增加到 127.4℃，球晶尺寸显著降低，5.26%，成核速率增大，改善 PP 的光泽度与透光率性能。主要由于过 Li-O 键形成聚合物链，晶体结构通过分子间氢键作用变得更加3 晶胞内的 a 轴长度约为 iPP 晶胞胞棱长度的 2 倍（如图 1.2 所的低失配率，处于主相与客相晶格匹配的上限范围之内[59]，可以匹配性能，PP 的光泽度性能改善效果较好。ang 等[63]采用 0.20%的磷酸盐成核剂（NA-21）改性 iPP，结果表，添加 NA-21 可以显著提高 PP 的结晶速率，且结晶活化ol 降低到 369.00 kJ/mol，对 PP 具有较好的成核作用，有效改善。[64]等采用磷酸盐成核剂改性 PP 的雾度，结果可得：成核剂对 PP图 1.1 成核剂 NA-11 与等规PP 之间的附生结晶关系图[61]图 1.2 成核剂 NA03 与等规PP 之间的附生结晶关系图[62]

关系图,附生结晶,成核剂,关系图

谱图,谱图,分散相,损耗角正切

EP548N 的玻璃化转变温度对比图。图 2.1 EPZ30R 与 EP548N 的 tan 对温度的响应对比谱图图 2.1 表示 EPZ30R 与 EP548N 的损耗角正切对温度的响应关系。在玻璃化转变范围内，损耗角正切呈现一个极大值，此温度为玻璃化转变温度（Tg）。如图 2.1 所示，EPZ30R 与 EP548N 的曲线均出现两个 Tg，低温为分散相的 Tg，高温为连续相的 Tg。两相的△Tg 大小反映相容性的优劣，同时，△Tg 越小，连续相与分散相的界面粘接力大，两相的相容性好，材料对光的反射作用较明显，因而光泽度提高。分散相的尺寸更小

【参考文献】