HDPE_EVOH高阻隔性材料的形态结构_陈永芬

HDPE/EVOH高阻隔性材料的形态结构

陈永芬　向　明　孙杨宣　陈克强

(四川大学高分子研究所,成都610065)

采用层状分散形态共混技术制备了HDPE/EV OH高阻隔性材料,研究了增容剂的制备及其用量对材料形态结构的影响。结果表明采用EVOH/相容剂和HDPE、EVOH制备的母粒能明显改变材料的流变性能,当采用EV OH/增容剂为4/1的阻隔母粒,所得材料的结构为大而均匀的片状形态,具有优异的阻隔性。所得材料应在较小的剪切速率下加工成型,以利于EV OH形成较大的相区。

关键词:高阻隔性材料　增容剂　层状结构

目前已开发了新的阻隔性聚合物,具有良好阻氧性和对烃类等有机溶剂良好的阻隔性,为了制备性能优异的包装材料,需将各种材料复合〔1,2〕。本文采用层状分散状态共混技术研究了HDPE与EV OH共混配方和工艺

1　实验部分

1.1　主要原材料

EVOH:乙烯含量30%～35%,日本クケラレ公司或自制。HDPE:市售,MI<0.1。增容剂:LDPE-g-MAH自制。

1.2　主要设备及仪器

HAAKE90型转矩流变仪:德国HAKKE公司制造。RHEOGRAPH2002型毛细管流变仪:德国Got-tfert公司制造。AH-2型扫描电子显微镜(SEM):日本OLYPUS公司制造。

2　结果与讨论

2.1　增容剂制备方法对阻隔材料形态结构的影响

由于EV OH的熔体粘度,熔体弹性与基体树脂(HDPE)相差很大,为此,采用特殊的方法通过增容剂与EVOH较好的相容性来调整EVOH的流动行为以及与HDPE的界面相互作用。研究结果表明,通过改变EV OH与相容剂的比例可在较宽范围内调整阻隔材料母粒流变行为。图1为EVOH和EVOH/相容剂在220℃下的流变曲线。由图可见,采用这种方法所制备的阻隔材料母粒,其流变性能与纯EV OH相比有较大改变,改变其中的相容剂用量可在一定范围内调整其熔体粘度和熔体的弹性。

2.2　增容剂用量对阻隔材料形态结构的影响

表1为不同增容剂含量的几种阻隔母粒在220℃,100s-1剪切速度下的熔体粘度与HDPE B的熔体粘度比

。

图1　EV OH和EVOH/相容剂在220℃时的流变曲线

Fig1Rheology curves of EV OH and

曲线1-EVO H;曲线2-EV OH/CO M(4/1);

曲线3-EVOH/COM(2/1);曲线4-EVOH/COM(1/3);

曲线5-EVOH/COM(1/1)

表1　阻隔材料母粒与HDPE B的熔体粘度比

T ab1M elt viscosity ratio of barrier material

masterbatch and HDPE B

阻隔材料EVOH

EVOH/相容剂

5∶14∶12∶11∶11∶3

熔体粘度比0.150.320.380.430.500.70

由此可见,增容剂的加入能较大地改变EVOH与HDPE B熔体粘度比,使之更容易分散于HDPE中,并有利于发生形变而形成层状分布形态。对于熔体弹性而言,阻隔材料母粒由于含有增容剂,而增容剂在制备过程中形成微交联结构,能大大地提高EVOH的熔体弹性,使阻隔母粒表现出比基体树脂更大的熔体弹性,因此有利于基体树脂将其包覆并发生形变形成所需的形态结构。但当阻隔母粒中含增容剂太多时,虽有利于调整分散相与基体相的熔体比接近1;但由于分散相的熔体弹性较大也不利于层状形态结构的形成,反而还会使共混体系的流变性能受到影响。

第27卷第3期1999年5月 塑料工业

CHINA PLAS T ICS IN DU ST RY

Vol27N o3

M ay1999

作者简介:陈永芬,女,副教授,目前主要从事高分子材料方面的研究工作,已发表论文数篇。

图2　HDP E B 和阻隔共混材料的流变曲线(220℃)Fig 2Rheolo gy curves of HDPE B and barrier material (220℃)

曲线1-EV OH /相容剂(4/1);曲线2-HDP E B

将HDPE B 与阻隔母粒在200～230℃经双螺杆挤出机共混造粒,对该共混体系物的流变测量表明,在毛细管流动过程中,共混材料的流变行为对阻隔母粒

中增容剂含量有明显的依赖。在保持共混体系中EVOH 含量一定时,母粒中增容剂含量高,共混物易出现熔体破碎。采用EVOH /增容剂为4/1的阻隔母粒与HDPE B 共混时,共混物具有与HDPE B 的相似的流变行为(图2),因此,在正常的成型加工剪切速率范围内不发生熔体破碎。与HDPE B 相比,共混物发生周期熔体破碎的周期较短,并在更低剪切速率下出现熔体破碎。这说明,阻隔母粒具有较大的熔体弹性。这对阻隔母粒与HDPE 共混或加工时对层状形态分布于基体中是有利的。因此将这种阻隔母粒加入

HDPE 中不需要专门设备而在普通吹塑设备上进行加工实验,生产工艺稳定,产品厚薄均匀,型坯质量好。将所制备的容器壁在液氮中冷却后脆断。以水/异丙醇混合物作溶剂刻蚀后用扫描电镜观测其形态结构,

得知EVOH 呈大而且均匀的片状形态结构,基本遍布于整个聚乙烯基体中。因此,用这种材料制得的容器将具有优异的阻隔性。2.3　阻隔材料的制备方法对形态结构的影响

要制备高阻隔容器,特别是汽车油箱,须采用高分子量的HDPE 作为基础树脂(HDPE A ,HDPE B ,前者分子量较后者高),对HDPE A 而言,采用EVOH /相容剂为1∶1的阻隔材料母粒与之共混以制备隔阻专用料,经双螺杆挤出机造粒,将所得粒子经注射成型后取样进行形态分析表明,注射样品中心部分EVOH 是颗粒状分散,而在边缘部分EVOH 发生较大形变而成为纤维形态。

这说明隔母粒与HDPE 共混时,剪切速率的大小对共混物的形态同样有较大的影响,剪切速率小,有利于EVOH 形成较大的相区。

参

考文献

1　Rellmann J ,Schcnck H .Kunststoffe G erman Plastics ,1992,

82:9

2　秦功夫.プラスチツクス,1992,9:50

(本文于1998-09-02收到)

Morphological Structure of HDPE /EV OH Barrier Material Chen Yo ngfen Xiang M ing Sun Yangxuan Chen Keqiang

(Polymer Research Institute of Sichuan U niversity )

Abstracts

HDPE /EVOH barrier material was prepared by means of layer dispersing blending .The effects of the prepara -tion and content of compatibilizer on the mo rphological structure of the prepared material w ere studied .The results showed the masterbatch prepared from EVOH /compatibilizer ,HDPE and EVOH /compatibilizer (4:1)w as used as barrier m asterbatch ,the prepared material had an obvious and homogeneous too th -like structure ,having good barrier

property .The prepared m aterial should be processed under small shearing rate so as to be favouralbe for the fo rming of obvious phase in EVOH .

Keywords :Barrier Material Compatibilizer Layer Structur

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41·第27卷第3期陈永芬等:HDPE /EVO H 高阻隔性材料的形态结构