自组装成核剂的制备及其调控聚丙烯刚性和耐热性的研究

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聚丙烯因其优良的力学性能、较高的化学稳定性和容易加工等优点,在市场上被广泛应用。现阶段国内很多家电制品:电冰箱、电饭煲等,正在向轻便、大容量、环保发展。传统的聚丙烯原料已很难在此基础上兼顾刚性和耐热性的双重需求。且由于PP本身的刚性略低,在家电和汽车等领域的应用越发受到限制。通过成核剂对PP改性是一种普遍采用的有效手段,现阶段市场上应用最广的成核剂NA-11可以显著增强聚丙烯的刚性和耐热性,但对聚丙烯的韧性破坏较明显且在使用过程中易发生团聚现象。本文设计制备了磷酸酯/分子筛自组装成核体系,通过分子筛的隔离和分散作用实现磷酸酯在聚丙烯体系中的分散,并通过其与分子筛的相互作用形成自组装成核体系,改善聚丙烯的性能。  本文从分子筛/磷酸酯自组装成核体系的思想出发,首先,通过直接混合方式制备了分子筛/磷酸酯自组装成核体系,确定了其对于PP结晶性能、机械性能和耐热性能的促进作用。当分子筛与磷酸酯的重量比为6∶4时,总添加量为0.2wt%时,结晶温度达到最大值128.6℃,力学性能和耐热性能同样达到最大值:弯曲模量达到1587.9MPa、弯曲强度达到47.0MPa、拉伸强度达到37.4MPa、热变形温度达到102.3℃,比空白聚丙烯分别提高了33.6%、41.6%、11.3%、31.3%,明显提高了聚丙烯体系的刚性和耐热性。冲击强度达到38.3J/m,相比单独添加NA-11的PP体系(34.9J/m)而言下降较少,适当保留了聚丙烯体系的韧性。  随后,为增加成核体系内的相互作用力,通过浸渍方式制备了分子筛/磷酸酯自组装成核体系,对比直接混合的体系发现对于PP各方面性能的提升并不明显。相比直接混合而言,在浸渍时达到最佳效果的体系所需的磷酸酯更多,这是由于浸渍过程中更强的分子间作用力,会使得一些磷酸酯分子被吸附进入分子筛Z13X的内表面孔道,不能有效地调控PP结晶。综合各方面对比发现直接混合的制备方式更加方便快捷,且效果良好。  接着,以直接混合的自组装成核体系作为研究对象,为满足市场的耐热需求且考虑到近来无机粒子的复配趋势,考察了自组装成核体系协同分子筛对聚丙烯性能的影响。研究结果发现:当0.2wt%的自组装成核体系与10wt%的分子筛复配时,可以更加有效地促进PP的结晶过程,在结晶性能最佳时,力学性能和耐热性能同样达到最大值:弯曲模量达到2038.5Pa、弯曲强度达到529MPa、冲击强度达到49.1J/m,热变形温度达到106.1℃,比空白聚丙烯分别提高了50.0%、29.6、29.2%、31.2%,明显提高了聚丙烯体系的机械性能和耐热性能。对比发现,在与分子筛进行复配时,自组装成核体系可以表现出较强的协同作用,且与工业成核剂NA-11的效果基本持平,表明自组装成核剂在单独使用及与无机粒子协同使用时均能表现出很好的成核效果,具有进一步探究的价值。  最后,探索了对分子筛进行钠基改性后协同磷酸酯制备的自组装成核体系对聚丙烯性能的影响,研究结果发现:在确定自组装成核体系中分子筛比重(4∶6)的前提下,当改性溶液醋酸钠水溶液浓度为15wt%,钠基改性自组装成核体系总添加量为0.2wt%时,结晶温度达到最大值131.2℃,结晶焓达到102.3J·g-1,二次熔融焓达到97.4J·g-1。当结晶效果最佳时,力学性能和耐热性能同样达到最大值:弯曲模量达到1742.5MPa、弯曲强度达到50.8MPa、拉伸强度达到39.4MPa、热变形温度达到102.3℃,比空白聚丙烯分别提高了37.7%、25.4%、19.0%、29.7%,明显提高了聚丙烯体系的刚性和耐热性。冲击强度达到38.7J/m,相比单独添加NA-11的聚丙烯体系(35.7J/m)而言下降较少,适当保留了聚丙烯体系的韧性。
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