抗冲聚丙烯的结构与性能

抗冲聚丙烯的结构与性能
柴子斌
【摘要】The structure and properties of MFR similar commercial impact polypropylene was studied by FTIR and Cryst-EX.Import PP had lower ethylene fraction but higher Charpy impact strength, as ethylene in PP chain was better distributed and more rubber can be formed.MFR of domestic PP was 34.1 g/10 min, mass fraction of ethylene in PP was 11.3%, rubber phase content was 19.7%, ethylene fraction in rubber was 36.9%, charpy impacted strength was 11.2 kJ/m2 at room temperature, 6.5 kJ/m2 at low temperature.MFR of import PP was 33.2 g/10 min, mass fraction of ethylene was 9.2%, rubber phase content was 27.7%, the rubber phase ethylene content was 26.2%, charpy impacted strength of 15.3 kJ/m2 at normal temperature, 7.5 kJ/m2 at low temperature.%用FTIR， Cryst－EX对MFR相近的两种市售抗冲聚丙烯结构与性能进行表征，发现乙烯含量更低的进口产品常温和低温抗冲击性能更佳。

通过分析认为，乙烯链段在聚丙烯链上分布更加均匀，能生成更多的橡胶相，所以产品抗冲性能更好，综合性能更优。

其中，国产料MFR为34.1 g／10 min，乙烯质量分数为11.3％，橡胶相含量为19.7％，橡胶相中乙烯含量为36.9％，常温简支梁冲击强度为11.2 kJ／m2，低温简支梁冲击强度为6.5 k／m2。

进口料MFR为33.2 g／10 min，乙烯质量分数为9.2％，橡胶相含量为27.7％，橡胶相乙烯含量为26.2％，常温简支梁冲击强度为15.3 kJ ／m2，低温简支梁冲击强度为7.5 kJ／m2。

【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2015(000)006
【总页数】2页(P114-115)
【关键词】聚丙烯;熔体流动速率;乙烯含量;橡胶相
【作者】柴子斌
【作者单位】中国石化扬子石油化工有限公司研究院，江苏南京 210048
【正文语种】中文
【中图分类】O631
近年来，国内在抗冲聚丙烯催化剂及生产工艺方面都取得了很大进步。

但是在与国外产品竞争中，大多由于综合性能不佳处于劣势地位[1]。

对聚丙烯结构与性能进行研究，有利于提高产品综合性能。

熔体流动速率(MFR)与乙烯含量对于抗冲聚丙烯产品性能影响较大。

一般认为MFR越低，产品抗冲击性能越好，但是MFR过太低，对材料的加工与成型不利。

随着抗冲聚丙烯中乙烯含量的逐渐增加，产品的冲击强度也增加，拉伸强度、杨氏模量、弯曲强度、弯曲模量、热变形温度、洛氏硬度等逐渐降低[2-3]。

工业生产上，对于熔体流动速率接近的产品，通常以乙烯含量高低来评价其抗冲击性能，通常乙烯含量高的产品抗冲击能力更好。

但有研究表明乙烯含量高的抗冲聚丙烯抗冲击性能不一定就由于乙烯含量低的材料，其抗冲性能还取决于乙烯在聚合物链的分布状态[4-5]。

本工作对熔体流动速率相近的两种市售抗冲聚丙烯产品结构与性能进行表征，研究了乙烯含量、橡胶相含量、乙烯链段在橡胶相中分布对抗冲聚丙烯性能的影响。

1.1 样品来源
市售高熔指嵌段共聚聚丙烯，主要用于汽车内饰料。

1.2 结构与性能测试
1.2.1 测试仪器
MFR：使用德国Göttfert MI-4熔指仪测试；
乙烯含量：使用布鲁克ɑ-T红外光谱仪测试；
橡胶相含量及橡胶相乙烯含量：使用西班牙Cryst-EX仪器测试；
简支梁冲击试验：使用意大利Ceast公司生产的冲击强度试验机测试；
拉伸和弯曲试验：使用Reger公司生产的RG-2000-10型万能电子试验机测试。

1.2.2 测试方法与参数
MFR测试：温度230 ℃，负载2.16 kg，按DIN ISO 1133方法进行。

红外光谱测试乙烯含量：分辨率4 cm-1，扫描次数为16次。

粉末压片仪使用天
津市科器高新技术公司769YP-24B，使用参数：180 ℃，10 MPa。

乙烯含量及橡胶相含量测试：溶解溶剂：100 mL；高温：150 ℃；低温：35 ℃；顶部温度：150 ℃；红外探测器温度：150 ℃；升温速率：20 ℃/min；降温速率20 ℃/min；取样体积：2.5 mL；溶剂清洗体积：20 mL; 清洗温度：160 ℃；样
用量：(200±5) mg。

力学性能测试：测弯曲模量及抗冲性能的样条按国标GB/T9341-2008和GB/T 1043-2008制样。

简支梁冲击试验用2 J 的冲击锤，冲击速度为2.9 m/s。

弯曲性能按GB/T9341-2008测试。

拉伸性能测试按GB/T 1040.2-2006进行。

2.1 基本指标
工业装置上对抗冲聚丙烯产品质量的控制，主要通过控制聚合过程中产品的MFR
和乙烯含量来实现。

MFR升高，聚丙烯链均分子量减小，屈服拉伸强度升高，冲
击强度下降；当MFR降低时，聚丙烯的断裂伸长率增大，冲击强度下降增加。

因此，在生产中应控制好MFR的分布，从而提高聚丙烯的质量和加工性能。

催化剂的性能、工艺过程参数、原料配比、操作的氢调手断等都是影响MFR的主要因素。

抗冲共聚聚丙烯是均聚聚丙烯和二聚物的原位共混物，其中均聚聚丙烯呈多空球状，表面有许多孔隙，二聚物在这些孔隙中生成。

二聚物主要是由乙丙嵌段共聚聚丙烯和乙丙无规共聚聚丙烯。

二聚物的含量直接影响抗冲共聚聚丙烯的冲击强度，其含量由键合乙烯量决定，键合乙烯含量增加，一方面可以增加产品的韧性，同时也会降低产品的刚性，这就必须要根据产品性能要求寻找一个平衡点，在生产抗冲共聚聚丙烯时键合乙烯量是通过调整乙烯与均聚物进料比的设定值来控制的。

如表1所示，两种抗冲聚丙烯产品MFR非常接近，国产料中乙烯含量较进口产品高18.6%。

2.2 力学性能
MFR及乙烯含量对抗冲聚丙烯产品的性能影响较大。

对于MFR接近的抗冲聚丙
烯产品，工业上通常用乙烯含量来评价其抗冲击性能，一般认为乙烯含量高的产品抗冲性能较好。

对上述两种产品进行力学性能测试，通过对比发现乙烯含量进口料虽然较低，但具有更加优异的常温、低温抗冲击性能，其常温简支梁冲击强度较国产料高36.6%，低温简支梁冲击强度较国产料高15.4%，结果如表2所示。

总体
而言，进口料韧性较好，同时能保持较好的刚性，综合性能更加优越。

为了找到进口料冲击性能更加优异的原因，我们对上述两抗冲聚丙烯产品可溶物进行进一步表征。

2.3 可溶物及可溶物乙烯含量
抗冲共聚聚丙烯的抗冲击韧性由聚丙烯基体和乙丙橡胶相的含量和各组分的分子量、橡胶相在聚丙烯基体中的分散、尺寸和尺寸分布，橡胶相与聚丙烯基体间的界面相容以及剪切等多种因素决定。

其中乙丙橡胶的组成和链结构直接影响其增韧性能的发挥。

利用Cryst-EX对上述两种抗冲聚丙烯进行分析，发现进口料虽然乙烯含量较低，但二甲苯可溶物(橡胶相)含量却更高。

与国产料相比，进口料的总乙烯含量低
18.6%，但可溶物含量较国产料高28.9%。

这表明进口料中乙烯链段分布更为均衡，能更多地生成橡胶相，橡胶相的分布更加均匀，这有利于获得刚韧性能更加平衡的抗冲聚丙烯产品。

(1)与国产料相比，进口料乙烯含量低18.6%，可溶物乙烯含量低29%，但可溶物含量高28.9%，常温冲击强度高36.6%，低温冲击强度高15.4%。

进口料乙烯在聚丙烯链段中的分布更加均衡，能更多地形成橡胶相，从而使产品抗冲性能更好、综合性能更优。

(2)在开发或者优化抗冲聚丙烯产品时，考虑乙烯含量高低的同时还需要综合考虑到橡胶相含量，橡胶相的分布对产品性能的影响。

不仅可以从提高乙烯含量角度优化抗冲聚丙烯产品性能，还可以从提高橡胶相含量，均匀橡胶相分布的角度出发得到综合性能更优的产品。

【相关文献】
[1] 王重,李旭日,王良.抗冲聚丙烯的结构与性能[J].高分子材料科学与工程,2008,28(5):52-55.
[2] 吴炳印.抗冲聚丙烯管材专用树脂的结构与性能[J].合成树脂基塑料,2006,23(3):51-55.
[3] 王秀丽,李丽,孙丽朋.抗冲共聚聚丙烯刚韧平衡调节措施[J].齐鲁石油化工,2007,35(2):24-26.
[4] 胡焱. 抗冲聚丙烯结构与性能研究[J].合成树脂及塑料,2003,20(4):39-43.
[5] 卢晓英,义建良. 抗冲共聚聚丙烯结构进展[J].高分子通报,2010,8:7-17.。