PE/PP/PS反应性共混研究

谢 赟

（广州林骏汽车内饰件有限公司，广东 广州 511365）

PE/PP/PS反应性共混研究

谢 赟

（广州林骏汽车内饰件有限公司，广东 广州 511365）

研究了无水AlCl3在PE/PP/PS共混过程中的反应性作用，考察了无水AlCl3用量对PE/PP/PS合金力学性能和PP结晶行为的影响。结果表明：在PE/PP/PS共混过程中加入适量的无水AlCl3，可以起到有效的增容作用，提高了合金的力学性能。

聚乙烯；聚丙烯；聚苯乙烯；增容

PS与PE、PP均为不相容聚合物，为了获得综合性能优良的材料，人们对PE（PP）、PS进行了改性研究，期望得到一种集PE（PP）、PS二者优良性能于一身的复合材料，也就是人们说的聚烯烃工程材料。早期人们通过加入接枝或嵌段共聚物或直接偶联的方法[1-8]来达到此目的，但也存在成本较高和反应物产生自交联等缺点。

通过研究[9-10]我们发现，在PE/PS，PP/PS二元共混物中加入无水AlCl3可以有效改善体系的相容性，使合金的性能得到提高。这主要是因为AlCl3能引发PE（PP）与PS间的Friedel-Crafts烷基化反应，生成的接枝物PE（PP）-g-PS使PE（PP）/PS共混物的相容性得到提高。本实验主要考三元共混体系中，无水AlCl3对PE/PP/PS合金性能及PP结晶行为的影响。PP具有和PE相似的分子结构，二者具有相容性，但因为PP熔点较PE高，PE/PP/PS共混物的加工温度也要高于PE/PS共混物，这势必会对PE（PP）与PS的接枝反应产生一定的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料

聚乙烯(PE)：LLDPE，DFDA-7042，吉化集团公司合成树脂厂；聚丙烯（PP）：J340，韩国晓星公司；聚苯乙烯（PS）：G-23Q，泉州泉港海洋聚苯树脂有限公司；无水三氯化铝（AlCl3）：分析纯，上海美兴化工有限公司；丙酮：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；乙酸乙酯：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 主要设备

密炼机，常州溯源橡塑科技有限公司；平板硫化机，XLB-D，常州市第一橡胶设备厂；拉力实验机，LJ-500，广州实验仪器厂；熔体流动速率仪，TY-5005，江都天源试验机械有限公司；红外光谱仪，Nicolet-370，美国尼高公司；示差扫描量热仪，Perkin-Elmer DSC-4，美国PE公司；偏光显微镜，XPR-201，上海宙山光学仪器有限公司。

1.3 实验方法

在PE/PP/PS（35/35/30，质量比，下同）加入AlCl3（加入量以PE/PP/PS总量的百分数计）于密炼机内进行熔融共混，共混条件为：温度180℃，转子转速100r/min，时间6min。将PE/PP/PS共混物置于模具内，在180℃，20MPa下模压成板，由标准裁刀制成测试样条，依据GB1040-1993测定PE/PP/PS合金的力学性能，拉伸速度为50mm/min，实验数据为5次平均。熔体流动速率（GB3682-2000）MFR测试条件为230℃，2.16kg。

共混物的分离方法是：用二甲苯将共混物溶解，倒入体积比为1:1的丙酮和乙酸乙酯沉淀剂中，静置24h，分离出沉淀物。将沉淀物在180℃热压制成0.1mm左右的薄膜，作红外分析。部份沉淀物经熔融压片制样后，在120℃下放置24小时，于偏光显微镜上观察PP结晶形态。共混物的热分析在N2气氛下进行，用量为5～6mg，升温速率为10℃/min。

图1：沉淀物红外光谱

图2:AlCl3用量对PE/PP/PS共混扭矩的影响

图3：AlCl3用量对PE/PP/PS平衡扭矩的影响

表1：AlCl3用量对PE/PP/PS合金性能的影响

2 结果与讨论

2.1 分离物红外分析

将由共混物分离出的沉淀物作红外分析，其红外光谱如图1。从图中可以看出，含有AlCl3的共混体系分离出的沉淀物在1600cm-1处存在苯环骨架振动的特征吸收峰，而不含AlCl3的简单共混体系分离出的沉淀物在此处无明显吸收峰存在，这说明AlCl3的加入可以在PE/PP/PS体系中引发接枝反应，生成PE(PP)-g-PS。

2.2 AlCl3用量对PE/PP/PS共混扭矩的影响

图2是在不同AlCl3用量下PE/PP/PS(35/35/30)体系在共混过程中的扭矩图。当体系中加入0.4wt%AlCl3时，体系在整个共混过程中的即时扭矩值大于简单共混体系；而加入0.8wt%AlCl3时，体系的即时扭矩值低于简单共混体系。这说明PE/PP/PS体系中加入适量的AlCl3，由于其引发大分子间的烷基化反应，生成的接枝物会使共混物的各组份相间结合得更加紧密，体系黏度增大；但在过量的AlCl3作用下，会导致共混体系中PS的降解，体系间大分子烷基化反应的程度降低，使得体系的黏度下降。由此说明适量地加入AlCl3会使PE/PP/PS合金的性能得到改善，而过量的AlCl3反而会使合金的性能下降。

图3是在PE/PP/PS(35/35/30)体系中加入不同量AlCl3的共混平衡扭矩图。从图中曲线的变化趋势可以看出，随着AlCl3用量的加大，共混物的平衡扭矩值呈现先增后降的趋势，当AlCl3用量超过0.6wt%时，体系的平衡扭矩值低于简单共混体系。这说明AlCl3对PE/PP/PS合金性能的改善存在一个最佳值(0.4wt%)。

2.3 AlCl3用量对PE/PP/PS合金性能的影响

在不同A l C l3用量下P E/P P/PS(35/35/30)合金的性能见表1。随着体系中AlCl3的加入，共混物的拉伸强度、断裂伸长率得到提高，而熔体流动速率降低，AlCl3的加入量为0.4wt%时，合金的性能达到最佳，此后继续增大AlCl3用量，合金性能开始下降，且低于简单共混体系。这是因为AlCl3的加入一方面会引发PE(PP)、PS大分子间的烷基化反应，生成的接枝物能在体系中起到增容剂的作用，使共混物各组份间的相容性提高，另一方面也会导致大分子的分子链断裂，引起降解反应的发生，使合金性能下降，这二者同时发生，存在正反两方面的竞争。在AlCl3用量较低的条件下，以接枝反应、对体系的增容作用为主；AlCl3过量，则以断链反应、对体系的降解作用为主。（见表1）

图4：不同共混体系DSC曲线

图5：共混物分离物偏光显微镜照片

2.4 共混物DSC分析

图4为不同共混体系的DSC曲线，其中曲线1为简单共混体系，2为增容体系，曲线上的两个峰值分别对应共混体系中PE、PP组份的熔点。当体系中加入0.4wt%AlCl3后，较简单共混物而言，共混物中PP的熔点下降了1℃，而PE的熔点基本不变。由于接枝物的形成会使结晶聚合物的分子链规整性遭到破坏，结晶能力下降，熔点降低，所以此时共混体系中主要以PP、PS间的接枝反应为主，主要生成PP-g-PS。

2.5 共混分离物结晶形态分析

图5为从PE/PP/PS共混物中分离出的PP的偏光显微镜照片。对比纯PP的偏光照片可以发现，由简单共混体系得到的PP的结晶形态及球晶大小都没有发生改变，而当共混体系中加入0.4wt%AlCl3后，几乎观察不到PP的球晶形态，只有碎晶生成；当AlCl3加入量为0.6wt%时，能观察到PP球晶的消光现象，但是未能呈现较完整的球晶形态。这主要是因为在含有AlCl3的反应性增容体系中，能够使PP发生接枝反应，生成PP-g-PS，正是由于接枝物的生成破坏了PP分子链的规整性，使PP的结晶能力降低，不能形成完善的晶体。当PE/PP/PS的力学性能越好时，反应生成的PP-g-PS也越多，对PP结晶行为的影响也越明显(对比照片c、d)。

3 结论

（1）在PE/PP/PS共混过程中加入无水AlCl3，能对共混体系起到有效的增容作用，当加入0.4wt%的AlCl3时，体系的增容效果最明显，PE/PP/PS合金的力学性能最好。

（2）在高温共混条件下，PE/PP/PS/AlCl3共混体系中以PP、PS间的接枝反应为主，生成PP-g-PS，使得PP的结晶性能和熔点都明显降低。

（3）加入无水AlCl3后，随着PE/PP/PS合金性能的增加，PP的结晶能力下降。

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Study on the Reactive Blending of PE/PP/PS

Xie Yun
(GUANGZHOU LINJUN CO.,LTD.Guangzhou,Guangdong,511365)

Reactive action of aluminum chloride(AlCl3)on PE/PP/PS blending progress was examined.The in fl uences of AlCl3content on mechanic properties of PE/PP/PS alloy and crystallization behavior of PP were studied,too.The results show that,there has an effective compatibilization with adding moderate content of AlCl3in PE/PP/PS blending progress,and the alloy’s mechanical properties were improved.

Polyethylene；Polypropylene；Polystyrene；Compatibilization