透明成核剂对无规共聚聚丙烯性能的影响

透明成核剂对无规共聚聚丙烯性能的影响
雷佳伟，李建，陈艺丹，邓起垚，吴希
（中韩（武汉）石油化工有限公司，湖北武汉430082）
摘要：为了满足市场需求，中韩（武汉）石油化工有限公司（简称“中韩石化”）在STPP装置开发
了透明聚丙烯（PP）。

研究了透明成核剂NA1及NA2对无规共聚PP性能的影响。

结果表明，
加入透明成核剂，无规共聚PP的透明性能、力学性能、耐热性能及结晶性能均得到改善。

当
透明成核剂含量在0.15%~0.2%时，NA1对无规共聚PP透明性能的改善作用优于NA2；当透
明成核剂含量在0.25%时，NA2对无规共聚PP透明性能的改善作用优于NA1。

此外，NA2对
无规共聚PP的结晶性能及黄色指数的改善作用均优于NA1。

关键词：无规共聚聚丙烯；透明成核剂；结晶；力学性能
中图分类号：TQ325.1+4文献标识码：A文章编号：1671-4962（2023）01-0019-03
Effect of transparent nucleating agent on the properties of
random copolymer polypropylene
Lei Jiawei，Li Jian，Chen Yidan，Deng Qiyao，Wu Xi
（ZHSH（Wuhan）Petrochemical Company，Wuhan430082，China）
Abstract:In order to meet the market demand,ZHSH(Wuhan)Petrochemical Company developed transparent polypropylene(PP) in the STPP plant.The effect of transparent nucleating agents NA1and NA2on random copolymerization of PP was studied.The results showed that the transparent properties,mechanical properties,heat resistance and crystallization properties of random copolymerized PP were improved by adding transparent nucleating agent.When the content of transparent nucleating agent was 0.15%-0.2%,NA1had better effect on the transparency of random copolymerization PP than that of NA2.When the content of transparent nucleating agent was0.25%,NA2had better effect on the transparency of random copolymerization PP than that of NA1. In addition,NA2had better effect on the improvementof the crystallization property and yellow index of random copolymerization PP than NA1.
Keywords：random copolymerization polypropylene；transparent nucleating agent；crystallization；mechanical property
聚丙烯具有重量轻、耐热性、耐腐蚀性好和易成型加工等特点［1］，广泛应用于汽车、家电、包装及医疗器材等领域。

然而，普通PP透明度不高，光泽度不好，限制了聚丙烯应用领域的扩大。

目前，市场上透明PP需求量不断增加（相比于普通PP总增长率高出3%），透明PP专用料产量也不断增加；日本透明PP年产量可达90×104t以上，美国透明PP 增长速度比普通PP高出7%~10%，中国对透明PP 的需求量也越来越大［2］。

为了抢占国内透明PP市场，中韩石化在STPP装置先后开发了透明聚丙烯M080N及M150N，该产品具有优异的透明性能、良好的光泽度且无气味，广泛用于医疗制品、文具用品、家庭用品等绿色制品，取得了良好效益。

通常，生产透明聚丙烯有2种途径［3］。

（1）采用茂金属催化剂直接合成；（2）在聚丙烯中加入透明成核剂。

大多数透明聚丙烯采用加入透明成核剂的途径。

文中以中韩石化STPP装置生产的无规共聚聚丙烯M150N的粉料为基体树脂，研究了透明成核剂NA1和NA2对无规共聚PP性能的影响。

1实验部分
1.1主要原料
无规共聚聚丙烯M150N粉料：中韩石化STPP 装置生产；透明成核剂NA1及NA2：市售；抗氧剂1010：市售；抗氧剂168：市售；硬脂酸钙：市售。

1.2仪器设备
差式扫描量热仪（DSC），型号DSC6000，PE公司生产；注塑机，型号Systec80/420-310，德国Demag公司生产；恒湿恒温箱，型号KMF720，德国Binder公司生产；雾度计，型号4725，德国BYK公司生产；聚合物颜色测定仪，型号LabScan XE，美国Hunterlab生产；万能材料试验机，型号Z005TE，Zwick/Roell公司生产；冲击测试仪，型号7614，意大利CEAST公司生产；全自动冲缺口机，型号6899，意大利CEAST公司生产；维卡热变形试验仪，型号6970，意大利CEAST公司生产。

1.3测试表征
雾度按照GT/T2410-2008测试，黄色指数按照HG/T3862-2006测试。

拉伸性能按照GB/T 1040.2-2006测试；弯曲模量按照GB/T9341-2008测试；简支梁缺口冲击强度按照GB/T1043.1-2008测试；负荷变形温度按照GB/T1634-2004测试。

采用DSC测试聚丙烯熔融结晶情况，升温速率10℃/min，氮气氛围，100%完全结晶的聚丙烯熔融焓为209J/g［4］。

2结果讨论
为研究透明成核剂对无规共聚PP性能的影响，文中分别从透明性能、力学性能、耐热性能、熔融结晶性能等方面进行了对比分析。

2.1透明性能
雾度是透过试样而偏离入射光方向的散射光通量与透射光通量之比，雾度可直接表征聚丙烯的透明性能；黄色指数是在标准C光源下氧化镁标准白板作基准，从试样对红、绿、蓝三色光的反射率计算所得的表示黄色深浅的1种量度，见图1。

从图1可知，加入透明成核剂后，无规共聚PP 的透明性能明显改善，其雾度及黄色指数明显低于纯PP。

随着透明成核剂NA1含量增加，无规共聚PP 雾度及黄色指数先减小后增加；当NA1含量为0.2%时，无规共聚PP雾度最小，透明性能最佳。

而随着透明成核剂NA2含量增加，无规共聚PP雾度及黄色指数逐渐减小；当NA2含量为0.25%时，无规共聚PP雾度最小，透明性能最佳。

当透明成核剂含量在0.15%或0.2%时，NA1对无规共聚PP 透明性能改善作用优于NA2；当透明成核剂含量在0.25%时，NA2对无规共聚PP透明性能改善作用优于NA1。

同时，NA2对无规共聚PP黄色指数的改善作用优于NA1。

(
1
m
m
)
/
%
/%
2
图1无规共聚聚丙烯透明性能情况
不同的透明成核剂对无规共聚PP透明性能的影响存在差异，可能是由于透明成核剂与无规共聚PP的相容性不同导致；当透明成核剂含量较高（0.25%）时，NA1可发生团聚而不能分散于PP中，可见光穿过PP时，受到团聚透明成核剂及PP基体的散射或反射，导致光学性能下降；而NA2仍能良好地分散于PP中，从而形成更多的小球晶，透明性能进一步提升，故可加入较高含量透明成核剂NA2，开发超高透明PP。

此外，雾度与黄色指数之间存在较为明显的规律。

即随着透明成核剂含量增加，无规共聚PP 的雾度与黄色指数呈现相同的变化趋势；可见，黄色指数可间接反映PP透明性能的变化趋势。

2.2力学性能及耐热性能
当透明成核剂NA1及NA2的含量为0.2%时，M150N具有较好的透明性能，按此加入了对其力学性能及耐热性能进行了研究，无规共聚聚丙烯力学性能情况见表1。

表1无规共聚聚丙烯力学性能情况
牌号
拉伸屈服应力/MPa
拉伸模量/MPa
弯曲模量/MPa
简支梁缺口冲击强度（23℃）/（kJ·m2）负荷变形温度（Tf0.45）/℃纯PP
24.7
828.8
937
4.2
67.1
PP+0.2%NA1
28.2
977.4
1074
5.2
71.9
PP+0.2%NA2
28.0
969.0
1076
5.2
72.9
2023年第1期
雷佳伟，等.透明成核剂对无规共聚聚丙烯性能的影响
从表1可见，2种透明成核剂对力学性能的改善程度相当，在拉伸模量及弯曲模量提升的同时，聚丙烯的简支梁缺口冲击强度也得到提升，故2种透明成核剂使其具有良好的刚韧平衡性能。

NA1和NA2分别使无规共聚PP 的负荷变形温度提高了4.8℃、5.8℃，可见，NA2对耐热性能的改善作用较好。

2.3熔融结晶性能
研究透明聚丙烯的熔融结晶性能，对制品的加工成型具有重要意义。

文中采用DSC 表征透明聚丙烯的熔融结晶性能，见表2和图2。

表2无规共聚聚丙烯熔融结晶情况
牌号结晶度/%熔融温度/℃结晶温度/℃起始温/℃△T/℃
纯PP 35.55146.04104.44110.235.79
PP+0.2%NA1
35.46151.86121.23126.735.50
PP+0.2%NA2
38.97151.70121.74126.234.49
/
6080100
120140
160180
PP
PP 02NA1
+.%PP 02NA2
+.%图2无规共聚聚丙烯结晶过程中的DSC 曲线
从表2及图2可以看出，加入2种成核剂后，无规共聚PP 的结晶温度、熔融温度均明显提高，初始结晶温度（Tonset ）与结晶温度（Tc ）的差值△T （△T =Tonset-Tc ）均降低；NA1和NA2分别使无规共聚PP 的结晶温度分别提高了16.79℃、17.30℃，熔融温度分别提高了5.82℃、5.66℃，△T 分别降低了0.29℃、1.3℃。

无规共聚PP 的结晶温度提高后，在较高温度下高分子链段运动能力较强，使PP 结晶更加完善；聚丙烯的熔融温度增加是由于成核剂降低了成核
自由能，使聚丙烯在高温下结晶，晶体更加完善，晶体熔点更高；△T 值的大小代表结晶速率的快慢，△T 数值越小表明结晶速率越快，△T 的降低及结晶温度的提高表明PP 的结晶进程加快，制品固化时间变短，进而有效缩短加工周期［5］。

可见NA2比NA1对无规共聚PP 结晶性能的改善作用更好。

3结论
（1）当透明成核剂含量在0.15%~0.2%时，NA1对无规共聚PP 透明性能的改善作用优于NA2；当透明成核剂含量在0.25%时，NA2对无规共聚PP 透明性能的改善作用优于NA1对于同种透明成核剂，当NA1含量为0.2%时，无规共聚PP 的透明性能最佳；当NA2含量为0.25%时，无规共聚PP 的透明性能最佳。

NA2对无规共聚PP 黄色指数的改善作用优于NA1。

（2）加入透明成核剂NA1和NA2，无规共聚PP 的力学性能及耐热性能得到改善且改善程度相当，并使其具有良好的刚韧平衡性能；无规共聚PP 的结晶性能也得到改善，且NA2对无规共聚PP 结晶性能的改善作用优于NA1。

（3）在无规共聚PP 中加入0.25%含量透明成核剂NA2，可开发综合性能优良的高透明PP。

参考文献：
［1］洪定一.聚丙烯—原理、工艺与技术［M ］.北京：中国石化出版
社，2011：538.
［2］薛毅.透明聚丙烯的开发应用及发展趋势探析［J ］.中小企业
管理与科技，2018（11）：119-120.
［3］董莉，李丽，段宏义，等.α成核剂对聚丙烯力学性能与结晶性
能的影响［J ］.合成树脂与塑料，2019，36（02）：53-56.
［4］姜凯，张凤波，娄立娟，等.透明聚丙烯的结晶行为［J ］.合成树
脂与塑料，2014，31（02）：65-67.
［5］董莉，李丽，王帆，等.高光泽透明聚丙烯的研究进展［J ］.合成
树脂与塑料，2018，35（03）：90-95.收稿日期：2023-01-14
作者简介：雷佳伟，男，工程师，2014年硕士研究生毕业于北京化工研究院材料科学与工程专业，现从事聚烯烃树脂新产品开发及技术服务管理工作。

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