高刚性聚丙烯的开发及其性能研究
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２ ００
２ ２ 成核剂对聚丙烯结晶性能的影响
低ꎬ 不能满足对刚性要求较高的制品ꎮ 因此ꎬ 中韩
( 武汉) 石油化工有限公司通过调整生产工艺ꎬ 开发
了高刚性聚丙烯 ＷＨ￣Ｍ０３ꎬ 该产品弯曲模量最高达
到 １ ９００ ＭＰａꎬ 下游厂家反馈该产品挺度高且透明性
好ꎮ 为了进一步丰富中韩 ( 武汉) 武汉石油化工有
限公司的高附加值产品ꎬ 本文采用一种高效成核剂来
剂 ＮＡ 在 Ｔ０３ 中的饱和添加量约为 ０ ０６５％ ꎮ
与 ＷＨ￣Ｍ０３ 相 比ꎬ 添 加 ０ ０６５％ 成 核 剂 ＮＡ 后
Ｔ０３ 的刚性与之相当ꎬ 且韧性优于 ＷＨ￣Ｍ０３ꎮ 结果表
明ꎬ 成核剂 ＮＡ 能够显著提升 Ｔ０３ 的刚性ꎬ 且使其刚
韧平衡性较 ＷＨ￣Ｍ０３ 更好ꎮ
表 １ ＷＨ￣Ｍ０３ 和添加不同含量成核剂 Ｔ０３ 的力学性能数据
ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ Ｔ０３ ａｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄꎬ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｒｅｍａｉｎ ｕｎｃｈａｎｇｅｄꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ｉｓ ｌｏｗ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ: Ｈｏｍｏ￣ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅꎻ Ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇ Ａｇｅｎｔꎻ Ｒｉｇｉｄｉｔｙꎻ Ｈｅａｔ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
第 ４９ 卷第 ６ 期
２０２１ 年 ６ 月
塑料工业
ＣＨＩＮＡ ＰＬＡＳＴＩＣＳ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
１６５
高刚性聚丙烯的开发及其性能研究
陈云静 ∗ ꎬ 陈艺丹ꎬ 李 建ꎬ 张祖平ꎬ 周雪云
( 中韩 ( 武汉) 石油化工有限公司ꎬ 湖北 武汉 ４３００８２)
摘要: 采用高效成核剂对均聚聚丙烯 Ｔ０３ 进行增刚改性ꎬ 研究了高效成核剂含量对 Ｔ０３ 的力学性能、 结晶性能、 耐热性能
具有较大的发展空间ꎮ
提高聚丙烯刚性的方法主要分为反应釜内增刚和
反应釜外增刚ꎬ 反应釜内增刚主要是通过调整催化剂
中给电子体ꎬ 反应釜外增刚主要是添加填充物、 成核
剂和增刚剂ꎮ 其中反应釜外添加成核剂ꎬ 用量少、 增
刚效 果 明 显 且 工 艺 简 单ꎬ 常 被 用 来 提 高 聚 丙 烯 的
刚性 [５－１２] ꎮ
ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓꎬ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓꎬ ｈｅａｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｔ０３
ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｉｇｉｄｉｔｙ ｏｆ Ｔ０３ ｗｉｔｈ ０ ０６５％ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｉｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｅｘｕｒａｌ ｍｏｄｕｌｕｓ
分子链的排列更加规则ꎬ 降低了分子链的运动能力ꎬ
ＮＡ 后 Ｔ０３ 的结晶温度与之相近ꎬ 熔点和结晶度略低
于 ＷＨ￣Ｍ０３ (１６８ ７ ℃ ) ꎬ 表明二者的结晶速率相似ꎬ
但是 ＷＨ￣Ｍ０３ 中分子链的排列更加规则ꎬ 且结晶度
Ｔ０３ 的雾度大幅降低ꎬ 当成核剂质量分数为 ０ ０６５％
时ꎬ Ｔ０３ 的雾度约为 ２９％ ꎮ Ｔ０３ 雾度大幅降低的原因
性刀叉勺等食品包装领域ꎬ 部分取代丙烯腈－丁二烯
提高均聚聚丙烯 Ｔ０３ 的刚性ꎬ 并研究了高效成核剂
一方面ꎬ 高刚聚丙烯还可使产品薄壁化ꎬ 降低制品的
性能的影响ꎮ
－苯乙烯 ( ＡＢＳ) 、 聚苯乙烯 ( ＰＳ) 等工程塑料ꎻ 另
生产 成 本
[４]
ꎬ 因 此ꎬ 高 刚 性 聚 丙 烯 应 用 市 场 广 阔ꎬ
普通均聚聚丙烯的模量约为 １ ５００ ＭＰａꎬ 刚性偏
含量对 Ｔ０３ 力学性能、 结晶性能、 耐热性能及加工
１ 实验部分
１ １ 主要原料
均聚 聚 丙 烯 粉 料 ( Ｔ０３ ) 、 均 聚 聚 丙 烯 粒 料
(ＷＨ￣Ｍ０３) : 中韩 ( 武汉) 石油化工有限公司ꎻ 高
效成核剂 ( ＮＡ) ꎬ 市售ꎮ
因此力学强度不再增大ꎻ 同时由于成核剂和聚丙烯不
相容ꎬ 二者的界面结合能力较弱ꎬ 因此过量的成核剂
ｂ－二次升温熔融曲线
图 １ ＷＨ￣Ｍ０３ 和添加不同含量成核剂 Ｔ０３ 的 ＤＳＣ 曲线
Ｆｉｇ １ ＤＳＣ ｔｈｅｒｍｏｇｒａｍｓ ｏｆ ＷＨ￣Ｍ０３ ａｎｄ Ｔ０３ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ
１ ２ 仪器与设备
高速混合机: ＳＲＬ￣Ｚ２００ꎬ 亿塑机塑ꎻ 双螺杆挤
出机: ＫＴＥ２５ꎬ 南京科尔克挤出装备有限公司ꎻ 注塑
机: ９０５７１ꎬ Ｓｕｍｉｔｏｍｏ ＤＥＭＡＧꎻ 恒 温 恒 湿 箱:
∗ 联系人 ｃｈｅｎｙｕｎｊ ｚｈｓｈ＠ ｓｉｎｏｐｅｃ ｃｏｍ
作者简介: 陈云静ꎬ 女ꎬ １９８９ 年生ꎬ 博士研究生ꎬ 工程师ꎬ 主要从事聚烯烃树脂新产品开发及技术服务工作ꎮ
中图分类号: ＴＱ３２５ １ ＋ ４ 文献标识码: Ａ 文章编号: １００５－５７７０ (２０２１) ０６－０１６５－０４
ｄｏｉ: １０ ３９６９ / ｊ ｉｓｓｎ １００５－５７７０ ２０２１ ０６ ０３４
开放科学 ( 资源服务) 标识码 ( ＯＳＩＤ) :
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ￣Ｒｉｇｉｄｉｔｙ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ
长率和冲击强度分别为 ７０％ 和 ２ ３８ ｋＪ / ｍ２ ꎮ 进一步
增大成核剂添加量ꎬ Ｔ０３ 的弯曲模量、 拉伸弹性模量
和拉伸屈服强度不再增大ꎬ 反而略有下降ꎮ 这是由于
成核剂在聚丙烯中存在一个饱和添加量ꎬ 当成核剂的
含量达到饱和添加量时ꎬ 有效成核位点达到最大值ꎻ
进一步增加成核剂添加量ꎬ 有效成核位点不再增加ꎬ
美国 ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒꎮ
１ ３ 试样制备
称取一定量的 Ｔ０３ 粉料、 抗氧剂和卤素吸收剂ꎬ
高 效 成 核 剂 的 质 量 分 数 分 别 为 ０、 ０ ０４５％ 、
０ ０５５％ 、 ０ ０６５％ 、 ０ ０７５％ 、 ０ ０８５％ ꎬ 然后将各样
可能导致力学强度下降ꎮ 从上述结果可以看出ꎬ 成核
１６６
２０２１ 年
塑 料 工 业
ＫＭＦ７２０ꎬ 德国 Ｂｉｎｄｅｒꎻ 微机控制电 子 万 能 试 验 机:
Ｚ００５ꎬ Ｚｗｉｃｋ / Ｒｏｅｌｌꎻ 冲 击 测 试 仪: ９０５０ꎬ ＣＥＡＳＴꎻ
热变形 维 卡 软 化 点 测 定 仪: ６９２１ ０００ꎬ ＣＥＡＳＴꎻ 融
指仪: ７０２８ꎬ ＣＥＡＳＴꎻ 差示扫描量热仪: ＤＳＣ ６０００ꎬ
ＣＨＥＮ Ｙｕｎ￣ｊｉｎｇꎬ ＣＨＥＮ Ｙｉ￣ｄａｎꎬ ＬＩ Ｊｉａｎꎬ ＺＨＡＮＧ Ｚｕ￣ｐ ( Ｗｕｈａｎ) Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ. ꎬ Ｌｔｄ. ꎬ Ｗｕｈａｎ ４３００８２ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔｈｅ ｈｏｍｏ￣ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｎａｍｅｄ Ｔ０３ ｗａｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｂｙ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ. Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ
及加工性能的影响ꎮ 结果表明ꎬ 添加 ０ ０６５％ 高效成核剂时ꎬ Ｔ０３ 的刚性最好ꎬ 弯曲模量高达 １ ９７８ ＭＰａꎬ 与高刚聚丙烯 ＷＨ￣
Ｍ０３ 相当ꎬ 韧性比 ＷＨ￣Ｍ０３ 更好ꎮ 同时ꎬ 增刚后 Ｔ０３ 的结晶温度、 热变形温度升高ꎬ 且加工性能不变ꎬ 生产成本较低ꎮ
关键词: 均聚聚丙烯ꎻ 高效成核剂ꎻ 刚性ꎻ 耐热性能
第 ４９ 卷第 ６ 期
陈云静ꎬ 等: 高刚性聚丙烯的开发及其性能研究
１６７
℃ ꎬ 但是结晶度变化不大ꎬ 表明成核剂 ＮＡ 使聚丙烯
２ ４ 成核剂对聚丙烯光学性能的影响
从而使其熔点升高ꎮ 与 ＷＨ￣Ｍ０３ 相比ꎬ 添加成核剂
的雾度 图ꎮ Ｔ０３ 的 雾 度 约 为 ５４％ ꎻ 添 加 成 核 剂 后ꎬ
ｉｓ ａｂｏｕｔ １ ９７８ ＭＰａꎬ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ￣ｒｉｇｉｄｉｔｙ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｎａｍｅｄ ＷＨ￣Ｍ０３. Ｍｅａｎｗｈｉｌｅꎬ ｔｈｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ
ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ Ｔ０３ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ＷＨ￣Ｍ０３. Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅꎬ ｔｈｅ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｅａｔ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ
测试ꎮ
２ 结果与讨论
２ １ 成核剂对聚丙烯力学性能的影响
ＷＨ￣Ｍ０３ 和添加不同含量成核剂 ＮＡ 后 Ｔ０３ 的
ａ－降温结晶曲线
力学性能数据列于表 １ꎮ Ｔ０３ 的弯曲模量、 拉伸弹性
模量和拉伸屈服强度分别为 １ ３６２ ＭＰａ、 １ ５２３ ＭＰａ
和 ３４ ０ ＭＰａꎮ 添加成核剂 ＮＡ 后ꎬ Ｔ０３ 的弯曲模量、
测试ꎻ 弯曲性能按 ＧＢ / Ｔ ９３４１—２０００ 测试ꎻ 拉伸性
ＷＨ￣Ｍ０３
弯曲
拉伸弹性 拉伸屈
断裂
模量
模量
服强度
伸长
/％
/ ＭＰａ
/ ＭＰａ
/ ＭＰａ
率/ ％
简支梁缺口
冲击强度
/ ( ｋＪ / ｍ２ )
０
１ ３６２
１ ５２３
３４ ０
３８２
０ ０４５
１ ７３６
１ ７７８
３７ ０
９５
３ ７５
能按照 ＧＢ / Ｔ １０４０ ２—２００６ 测试ꎮ 熔融结晶性能采
用差 示 扫 描 量 热 仪 ( ＤＳＣ) 按 照 ＧＢ / Ｔ １９４６６ ３—
２００４ 测试ꎮ 热变形温度测试按照 ＧＢ / Ｔ １６３４—２００４
测试ꎮ 熔 体 质 量 流 动 速 率 按 照 ＧＢ / Ｔ ３６８２—２０００
拉伸弹性模量和拉伸屈服强度均大幅提升ꎬ 但是拉伸
断裂伸长率和简支梁缺口冲击强度有所降低ꎮ 当成核
剂 ＮＡ 的质量分数为 ０ ０６５％ 时ꎬ Ｔ０３ 的弯曲模量、
拉伸弹性模量和拉伸屈服强度达到最大值ꎬ 分别为
１ ９７８ ＭＰａ、 １ ８０２ ＭＰａ 和 ３７ ６ ＭＰａꎬ 分 别 提 高 了
４５ ２％ 、 １８ ３％ 和 １０ ６％ ꎻ 此时ꎬ Ｔ０３ 的拉伸断裂伸
Ｔａｂ １ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＷＨ￣Ｍ０３ ａｎｄ Ｔ０３ ｗｉｔｈ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ
品的物料置于高速混合机中搅拌均匀ꎮ 将混合均匀的
粉料加入双螺杆挤出机中熔融共混ꎬ 挤出机温度为
１７０ ~ ２００ ℃ ꎬ 螺杆转速为 １６０ ｒ / ｍｉｎꎮ 熔融挤出物料
图 １ 是 ＷＨ￣Ｍ０３ 和添加不同含量成核剂 ＮＡ 后
Ｔ０３ 的 ＤＳＣ 曲线ꎬ 相应的热力学参数列于表 ２ꎮ 添加
成核剂 ＮＡ 后ꎬ Ｔ０３ 的结晶温度由 １２０ ７ ℃ 逐渐升高
至 １２９ ８ ℃ ꎬ 表明成核剂 ＮＡ 能够促进聚丙烯结晶ꎬ
提高加工效率ꎻ Ｔ０３ 的熔点由 １６４ ２ ℃ 升高至 １６６ ９
经冷却、 干燥、 切粒获得粒料ꎮ 将粒料加入注塑机ꎬ
成核剂
聚丙烯 质量分数
Ｔ０３
制备性能测试样品ꎬ 并将制得的样品置于恒温恒湿
箱ꎬ 于温度为 (２３±１) ℃ 、 相对湿度为 (５０±５) ％ 的
条件下进行状态调节 ４８ ｈꎬ 然后进行各项性能测试ꎮ
１ ４ 测试与表征
简支 梁 缺 口 冲 击 强 度 按 照 ＧＢ / Ｔ １０４３ １—２００８
高刚性聚丙烯是指弯曲模量在 １ ７ ＧＰａ 以上的聚
丙烯ꎬ 通常具有较高的结晶度ꎬ 从而具有高强度、 高
模量、 高耐热变形性、 良好的抗刮痕性和抗蠕变性
能
[１－３]
ꎮ 高刚聚丙烯产品一方面可以用于对刚性和耐
热性能要求较高的领域ꎬ 例如散热风扇、 热水壶、 咖
啡机、 电饭煲等汽车和家电部件ꎬ 以及奶茶杯、 一次
０ ０５５
１ ７３２
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３７ ４
７２
２ ４３
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１ ９５２
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２ ２ 成核剂对聚丙烯结晶性能的影响
低ꎬ 不能满足对刚性要求较高的制品ꎮ 因此ꎬ 中韩
( 武汉) 石油化工有限公司通过调整生产工艺ꎬ 开发
了高刚性聚丙烯 ＷＨ￣Ｍ０３ꎬ 该产品弯曲模量最高达
到 １ ９００ ＭＰａꎬ 下游厂家反馈该产品挺度高且透明性
好ꎮ 为了进一步丰富中韩 ( 武汉) 武汉石油化工有
限公司的高附加值产品ꎬ 本文采用一种高效成核剂来
剂 ＮＡ 在 Ｔ０３ 中的饱和添加量约为 ０ ０６５％ ꎮ
与 ＷＨ￣Ｍ０３ 相 比ꎬ 添 加 ０ ０６５％ 成 核 剂 ＮＡ 后
Ｔ０３ 的刚性与之相当ꎬ 且韧性优于 ＷＨ￣Ｍ０３ꎮ 结果表
明ꎬ 成核剂 ＮＡ 能够显著提升 Ｔ０３ 的刚性ꎬ 且使其刚
韧平衡性较 ＷＨ￣Ｍ０３ 更好ꎮ
表 １ ＷＨ￣Ｍ０３ 和添加不同含量成核剂 Ｔ０３ 的力学性能数据
ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ Ｔ０３ ａｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄꎬ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｒｅｍａｉｎ ｕｎｃｈａｎｇｅｄꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ｉｓ ｌｏｗ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ: Ｈｏｍｏ￣ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅꎻ Ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇ Ａｇｅｎｔꎻ Ｒｉｇｉｄｉｔｙꎻ Ｈｅａｔ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
第 ４９ 卷第 ６ 期
２０２１ 年 ６ 月
塑料工业
ＣＨＩＮＡ ＰＬＡＳＴＩＣＳ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
１６５
高刚性聚丙烯的开发及其性能研究
陈云静 ∗ ꎬ 陈艺丹ꎬ 李 建ꎬ 张祖平ꎬ 周雪云
( 中韩 ( 武汉) 石油化工有限公司ꎬ 湖北 武汉 ４３００８２)
摘要: 采用高效成核剂对均聚聚丙烯 Ｔ０３ 进行增刚改性ꎬ 研究了高效成核剂含量对 Ｔ０３ 的力学性能、 结晶性能、 耐热性能
具有较大的发展空间ꎮ
提高聚丙烯刚性的方法主要分为反应釜内增刚和
反应釜外增刚ꎬ 反应釜内增刚主要是通过调整催化剂
中给电子体ꎬ 反应釜外增刚主要是添加填充物、 成核
剂和增刚剂ꎮ 其中反应釜外添加成核剂ꎬ 用量少、 增
刚效 果 明 显 且 工 艺 简 单ꎬ 常 被 用 来 提 高 聚 丙 烯 的
刚性 [５－１２] ꎮ
ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓꎬ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓꎬ ｈｅａｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｔ０３
ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｉｇｉｄｉｔｙ ｏｆ Ｔ０３ ｗｉｔｈ ０ ０６５％ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｉｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｅｘｕｒａｌ ｍｏｄｕｌｕｓ
分子链的排列更加规则ꎬ 降低了分子链的运动能力ꎬ
ＮＡ 后 Ｔ０３ 的结晶温度与之相近ꎬ 熔点和结晶度略低
于 ＷＨ￣Ｍ０３ (１６８ ７ ℃ ) ꎬ 表明二者的结晶速率相似ꎬ
但是 ＷＨ￣Ｍ０３ 中分子链的排列更加规则ꎬ 且结晶度
Ｔ０３ 的雾度大幅降低ꎬ 当成核剂质量分数为 ０ ０６５％
时ꎬ Ｔ０３ 的雾度约为 ２９％ ꎮ Ｔ０３ 雾度大幅降低的原因
性刀叉勺等食品包装领域ꎬ 部分取代丙烯腈－丁二烯
提高均聚聚丙烯 Ｔ０３ 的刚性ꎬ 并研究了高效成核剂
一方面ꎬ 高刚聚丙烯还可使产品薄壁化ꎬ 降低制品的
性能的影响ꎮ
－苯乙烯 ( ＡＢＳ) 、 聚苯乙烯 ( ＰＳ) 等工程塑料ꎻ 另
生产 成 本
[４]
ꎬ 因 此ꎬ 高 刚 性 聚 丙 烯 应 用 市 场 广 阔ꎬ
普通均聚聚丙烯的模量约为 １ ５００ ＭＰａꎬ 刚性偏
含量对 Ｔ０３ 力学性能、 结晶性能、 耐热性能及加工
１ 实验部分
１ １ 主要原料
均聚 聚 丙 烯 粉 料 ( Ｔ０３ ) 、 均 聚 聚 丙 烯 粒 料
(ＷＨ￣Ｍ０３) : 中韩 ( 武汉) 石油化工有限公司ꎻ 高
效成核剂 ( ＮＡ) ꎬ 市售ꎮ
因此力学强度不再增大ꎻ 同时由于成核剂和聚丙烯不
相容ꎬ 二者的界面结合能力较弱ꎬ 因此过量的成核剂
ｂ－二次升温熔融曲线
图 １ ＷＨ￣Ｍ０３ 和添加不同含量成核剂 Ｔ０３ 的 ＤＳＣ 曲线
Ｆｉｇ １ ＤＳＣ ｔｈｅｒｍｏｇｒａｍｓ ｏｆ ＷＨ￣Ｍ０３ ａｎｄ Ｔ０３ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ
１ ２ 仪器与设备
高速混合机: ＳＲＬ￣Ｚ２００ꎬ 亿塑机塑ꎻ 双螺杆挤
出机: ＫＴＥ２５ꎬ 南京科尔克挤出装备有限公司ꎻ 注塑
机: ９０５７１ꎬ Ｓｕｍｉｔｏｍｏ ＤＥＭＡＧꎻ 恒 温 恒 湿 箱:
∗ 联系人 ｃｈｅｎｙｕｎｊ ｚｈｓｈ＠ ｓｉｎｏｐｅｃ ｃｏｍ
作者简介: 陈云静ꎬ 女ꎬ １９８９ 年生ꎬ 博士研究生ꎬ 工程师ꎬ 主要从事聚烯烃树脂新产品开发及技术服务工作ꎮ
中图分类号: ＴＱ３２５ １ ＋ ４ 文献标识码: Ａ 文章编号: １００５－５７７０ (２０２１) ０６－０１６５－０４
ｄｏｉ: １０ ３９６９ / ｊ ｉｓｓｎ １００５－５７７０ ２０２１ ０６ ０３４
开放科学 ( 资源服务) 标识码 ( ＯＳＩＤ) :
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ￣Ｒｉｇｉｄｉｔｙ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ
长率和冲击强度分别为 ７０％ 和 ２ ３８ ｋＪ / ｍ２ ꎮ 进一步
增大成核剂添加量ꎬ Ｔ０３ 的弯曲模量、 拉伸弹性模量
和拉伸屈服强度不再增大ꎬ 反而略有下降ꎮ 这是由于
成核剂在聚丙烯中存在一个饱和添加量ꎬ 当成核剂的
含量达到饱和添加量时ꎬ 有效成核位点达到最大值ꎻ
进一步增加成核剂添加量ꎬ 有效成核位点不再增加ꎬ
美国 ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒꎮ
１ ３ 试样制备
称取一定量的 Ｔ０３ 粉料、 抗氧剂和卤素吸收剂ꎬ
高 效 成 核 剂 的 质 量 分 数 分 别 为 ０、 ０ ０４５％ 、
０ ０５５％ 、 ０ ０６５％ 、 ０ ０７５％ 、 ０ ０８５％ ꎬ 然后将各样
可能导致力学强度下降ꎮ 从上述结果可以看出ꎬ 成核
１６６
２０２１ 年
塑 料 工 业
ＫＭＦ７２０ꎬ 德国 Ｂｉｎｄｅｒꎻ 微机控制电 子 万 能 试 验 机:
Ｚ００５ꎬ Ｚｗｉｃｋ / Ｒｏｅｌｌꎻ 冲 击 测 试 仪: ９０５０ꎬ ＣＥＡＳＴꎻ
热变形 维 卡 软 化 点 测 定 仪: ６９２１ ０００ꎬ ＣＥＡＳＴꎻ 融
指仪: ７０２８ꎬ ＣＥＡＳＴꎻ 差示扫描量热仪: ＤＳＣ ６０００ꎬ
ＣＨＥＮ Ｙｕｎ￣ｊｉｎｇꎬ ＣＨＥＮ Ｙｉ￣ｄａｎꎬ ＬＩ Ｊｉａｎꎬ ＺＨＡＮＧ Ｚｕ￣ｐ ( Ｗｕｈａｎ) Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ. ꎬ Ｌｔｄ. ꎬ Ｗｕｈａｎ ４３００８２ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔｈｅ ｈｏｍｏ￣ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｎａｍｅｄ Ｔ０３ ｗａｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｂｙ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ. Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ
及加工性能的影响ꎮ 结果表明ꎬ 添加 ０ ０６５％ 高效成核剂时ꎬ Ｔ０３ 的刚性最好ꎬ 弯曲模量高达 １ ９７８ ＭＰａꎬ 与高刚聚丙烯 ＷＨ￣
Ｍ０３ 相当ꎬ 韧性比 ＷＨ￣Ｍ０３ 更好ꎮ 同时ꎬ 增刚后 Ｔ０３ 的结晶温度、 热变形温度升高ꎬ 且加工性能不变ꎬ 生产成本较低ꎮ
关键词: 均聚聚丙烯ꎻ 高效成核剂ꎻ 刚性ꎻ 耐热性能
第 ４９ 卷第 ６ 期
陈云静ꎬ 等: 高刚性聚丙烯的开发及其性能研究
１６７
℃ ꎬ 但是结晶度变化不大ꎬ 表明成核剂 ＮＡ 使聚丙烯
２ ４ 成核剂对聚丙烯光学性能的影响
从而使其熔点升高ꎮ 与 ＷＨ￣Ｍ０３ 相比ꎬ 添加成核剂
的雾度 图ꎮ Ｔ０３ 的 雾 度 约 为 ５４％ ꎻ 添 加 成 核 剂 后ꎬ
ｉｓ ａｂｏｕｔ １ ９７８ ＭＰａꎬ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ￣ｒｉｇｉｄｉｔｙ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｎａｍｅｄ ＷＨ￣Ｍ０３. Ｍｅａｎｗｈｉｌｅꎬ ｔｈｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ
ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ Ｔ０３ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ＷＨ￣Ｍ０３. Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅꎬ ｔｈｅ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｅａｔ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ
测试ꎮ
２ 结果与讨论
２ １ 成核剂对聚丙烯力学性能的影响
ＷＨ￣Ｍ０３ 和添加不同含量成核剂 ＮＡ 后 Ｔ０３ 的
ａ－降温结晶曲线
力学性能数据列于表 １ꎮ Ｔ０３ 的弯曲模量、 拉伸弹性
模量和拉伸屈服强度分别为 １ ３６２ ＭＰａ、 １ ５２３ ＭＰａ
和 ３４ ０ ＭＰａꎮ 添加成核剂 ＮＡ 后ꎬ Ｔ０３ 的弯曲模量、
测试ꎻ 弯曲性能按 ＧＢ / Ｔ ９３４１—２０００ 测试ꎻ 拉伸性
ＷＨ￣Ｍ０３
弯曲
拉伸弹性 拉伸屈
断裂
模量
模量
服强度
伸长
/％
/ ＭＰａ
/ ＭＰａ
/ ＭＰａ
率/ ％
简支梁缺口
冲击强度
/ ( ｋＪ / ｍ２ )
０
１ ３６２
１ ５２３
３４ ０
３８２
０ ０４５
１ ７３６
１ ７７８
３７ ０
９５
３ ７５
能按照 ＧＢ / Ｔ １０４０ ２—２００６ 测试ꎮ 熔融结晶性能采
用差 示 扫 描 量 热 仪 ( ＤＳＣ) 按 照 ＧＢ / Ｔ １９４６６ ３—
２００４ 测试ꎮ 热变形温度测试按照 ＧＢ / Ｔ １６３４—２００４
测试ꎮ 熔 体 质 量 流 动 速 率 按 照 ＧＢ / Ｔ ３６８２—２０００
拉伸弹性模量和拉伸屈服强度均大幅提升ꎬ 但是拉伸
断裂伸长率和简支梁缺口冲击强度有所降低ꎮ 当成核
剂 ＮＡ 的质量分数为 ０ ０６５％ 时ꎬ Ｔ０３ 的弯曲模量、
拉伸弹性模量和拉伸屈服强度达到最大值ꎬ 分别为
１ ９７８ ＭＰａ、 １ ８０２ ＭＰａ 和 ３７ ６ ＭＰａꎬ 分 别 提 高 了
４５ ２％ 、 １８ ３％ 和 １０ ６％ ꎻ 此时ꎬ Ｔ０３ 的拉伸断裂伸
Ｔａｂ １ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＷＨ￣Ｍ０３ ａｎｄ Ｔ０３ ｗｉｔｈ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ
品的物料置于高速混合机中搅拌均匀ꎮ 将混合均匀的
粉料加入双螺杆挤出机中熔融共混ꎬ 挤出机温度为
１７０ ~ ２００ ℃ ꎬ 螺杆转速为 １６０ ｒ / ｍｉｎꎮ 熔融挤出物料
图 １ 是 ＷＨ￣Ｍ０３ 和添加不同含量成核剂 ＮＡ 后
Ｔ０３ 的 ＤＳＣ 曲线ꎬ 相应的热力学参数列于表 ２ꎮ 添加
成核剂 ＮＡ 后ꎬ Ｔ０３ 的结晶温度由 １２０ ７ ℃ 逐渐升高
至 １２９ ８ ℃ ꎬ 表明成核剂 ＮＡ 能够促进聚丙烯结晶ꎬ
提高加工效率ꎻ Ｔ０３ 的熔点由 １６４ ２ ℃ 升高至 １６６ ９
经冷却、 干燥、 切粒获得粒料ꎮ 将粒料加入注塑机ꎬ
成核剂
聚丙烯 质量分数
Ｔ０３
制备性能测试样品ꎬ 并将制得的样品置于恒温恒湿
箱ꎬ 于温度为 (２３±１) ℃ 、 相对湿度为 (５０±５) ％ 的
条件下进行状态调节 ４８ ｈꎬ 然后进行各项性能测试ꎮ
１ ４ 测试与表征
简支 梁 缺 口 冲 击 强 度 按 照 ＧＢ / Ｔ １０４３ １—２００８
高刚性聚丙烯是指弯曲模量在 １ ７ ＧＰａ 以上的聚
丙烯ꎬ 通常具有较高的结晶度ꎬ 从而具有高强度、 高
模量、 高耐热变形性、 良好的抗刮痕性和抗蠕变性
能
[１－３]
ꎮ 高刚聚丙烯产品一方面可以用于对刚性和耐
热性能要求较高的领域ꎬ 例如散热风扇、 热水壶、 咖
啡机、 电饭煲等汽车和家电部件ꎬ 以及奶茶杯、 一次