聚丙烯成核剂的筛选及分子筛作为辅助成核剂的研究

摘要

聚丙烯属于半结晶性树脂，具有来源丰富、力学性能好、密度小等优点，在各个行业中都获得了广泛的应用。通过在聚丙烯中添加少量的成核剂，选择性地控制其结晶形态，来实现聚丙烯刚性、韧性、热变形温度、透明性及制品表面光泽度等物理机械性能与加工性能的改善是聚丙烯改性的一个重要途径。迄今市售和应用最广泛的聚丙烯成核品种以a晶型成核剂为主，β晶型成核剂研究的历史较短，是聚丙烯成核剂开发的新领域。 本文在阅读大量文献的基础上，选用三十多种不同结构的化合物作为聚丙烯成核剂，对制品的色泽，加工性能，成型收缩率等几方面考察，并通过WAXD、PLM和DSC三种手段进行表征，筛选出等规聚丙烯a晶型成核剂和B晶型成核剂各一种。其中a晶型成核剂可使聚丙烯的结晶温度提高10℃，结晶度提高5％；β晶型成核剂可以改善其结晶形态，且使结晶度提高4％。 纳米粒子具有纳米尺度效应、大的比表面积、表面原子处于高度活化状态等独特性质，使得纳米无机粒子在聚合物改性的实际应用和理论研究引起了国内外广泛瞩目，对聚丙烯的改性研究是热点之一，而关于成核剂与无机粒子之间的协同作用研究却很少。分子筛是一种具有独特晶体结构的无机粒子，其表面性质的可调变性为研究无机粒子与成核剂的协同性以及无机粒子的表面性质与聚丙烯链的亲和性提供了便利。 本文首次选用了表面性质可调的不同类型的分子筛及不同表面性质的纳米CaCO3无机粒子，利用WAXD、PLM和DSC等表征方法，考察了聚丙烯/成核剂/无机粒子复合材料的晶体形态和结晶形貌及结晶行为。 研究结果表明：在聚丙烯/β晶型成核剂体系中，表面酸性较强的5A分子筛具有明显的促进聚丙烯形成β晶型的作用。在聚丙烯/TMB-5/5A体系中，5A分子筛不仅使晶粒细化均匀，而且β晶型的相对百分含量由79.65％提高到97.97％结晶温度提高5℃，加快了结晶进程；在聚丙烯/30＃/5A体系中，结晶温度同样提高了5℃。 利用共聚聚丙烯制备了PP/5A和PP/13X等复合材料，5A分子筛同样体现了优良的辅助成核作用，B晶型的相对百分含量也随着分子筛质量分数的增加而增大。与纯PP相比，PP/5A复合材料的拉伸强度基本不变，而抗冲击强度有32.03kJ/M2提高到81.02kJ/M2。 由此可见，无机粒子在聚丙烯/成核剂体系中是否起到辅助成核作用，重要的影响因素是其表面性质。5A分子筛之所以具有优良的促进B晶型生成的作用，是因为其表面酸性较强，与聚丙烯链之间的亲和性比较差，这样在聚丙烯/B晶型成核剂体系中，与B晶型成核剂竞争成核作用就弱，这种特殊的表面性质只起到分散粒子的作用。 同样，表面用硬脂酸改性的n-CaCO3在PP/TMB-5和PP/30＃成核剂体系中也只起到了分散粒子的作用，与B晶型成核剂竞争作用较弱，因此表现了良好的促进β晶型生成的作用。

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述及选题

1.1聚丙烯材料简介

1.2聚丙烯结晶概述

1.3聚丙烯成核剂的研究现状及发展

1.3.1无机成核剂

1.3.2有机成核剂

1.3.3高分子成核剂

1.4成核剂作用机理

1.5聚丙烯结晶行为的相关理论

1.5.1结晶成核理论

1.5.2处理方法

1.6无机粒子对成核剂的辅助作用

1.7分子筛的特殊结构

1.8研究目的及主要工作

第二章成核剂的筛选

2.1实验部分

2.1.1实验原料

2.1.2实验设备及测试仪器

2.1.3实验步骤

2.2结果与讨论

2.2.1 WAXD确定PP和改性PP的晶型

2.2.2 PLM观测

2.2.3 DSC测试

2.2.4新开发的β晶型成核剂(30#)与TMB-5的效果比较

2.3小结

第三章分子筛作为等规聚丙烯辅助成核剂的研究

3.1实验部分

3.1.1主要原料

3.1.2实验设备及测试仪器

3.1.3聚丙烯试样的制备

3.2结果与讨论

3.2.1分子筛在PP/TMB-5体系中的辅助成核作用

3.2.2 5A型分子筛在PP/30#体系中的辅助成核作用

3.3小结

第四章分子筛对共聚聚丙烯的晶型及力学性能的影响研究

4.1试验部分

4.1.1试剂及原材料

4.1.2仪器及设备

4.1.3样品制备

4.2结果及讨论

4.2.1不同的PP/分子筛复合材料力学性能比较

4.2.2表面改性分子筛对聚丙烯晶型的影响

4.2.3 SEM对冲击断面的分析

4.3小结

第五章CaCO3在PP/TMB-5体系中的辅助成核作用

5.1实验部分

5.1.1主要原料

5.1.2实验设备及测试仪器

5.1.3聚丙烯试样的制备

5.2结果与讨论

5.3小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文