低黄色指数透明聚丙烯热成型专用树脂PPH-T03T的开发

王 辉，马国玉，曹建秋

（中国石油化工股份有限公司天津分公司研究院，天津市 300271）

低黄色指数透明聚丙烯热成型专用树脂PPH-T03T的开发

王 辉，马国玉，曹建秋

（中国石油化工股份有限公司天津分公司研究院，天津市 300271）

对均聚聚丙烯（PPH）热成型产品PPH-M3及同类产品的微观结构和力学性能进行表征，分析了PPH-M3雾度大和发黄的原因，提出通过PPH-M3配方中添加高效透明成核剂的方法，成功开发了低黄色指数高透明聚丙烯热成型专用树脂PPH-T03T。添加质量分数为0.03%的成核剂A生产的PPH-T03T，弯曲模量由1 680 MPa增加到1 890 MPa；雾度由45.7%降到24.6%；黄色指数由1.7降到0.2。

均聚聚丙烯 黄色指数 雾度 成核剂 弯曲模量 球晶

热成型用聚丙烯（PP）具有透明性好、光泽度高、耐热温度高的特点，越来越广泛应用于微波用具、热成型器皿、包装材料、医疗用品等领域，在热成型食品、药品领域占有一定市场，并以较快的速度发展。与注塑成型相比，热成型制品可以制得更薄，具有成本优势。近年来，随着热成型技术的发展，热成型工艺在家用冰箱内衬、汽车部件、建筑产品和小艇的外壳、化工容器等大型制品上的应用也日益增多。国内外各大聚烯烃公司均积极开展PP热成型专用树脂的研发，而国内相关的产品研发较少［1］。

中国石油化工股份有限公司天津分公司（简称天津石化公司）开发的均聚聚丙烯（PPH）热成型专用树脂PPH-M3，具有加工性能好，耐熔垂性能优，特别适用于PP热成型加工方式的特点。在下游客户使用过程中，反映PPH-M3制品刚性好，易加工，耐熔垂性能佳；但是存在透明度较差，制品发黄等问题。本工作通过对PPH-M3微观结构和力学性能的表征，分析其透明度较差和制品发黄的原因，通过在PPH-M3配方中添加高效透明成核剂的方法，成功开发出一种低黄色指数高透明PP热成型专用树脂PPH-T03T，解决了PPH-M3原有的透明度较差和制品发黄的问题。

1 实验部分

1.1 主要原料

PPH-M3，PPH-T03T，均为天津石化公司生产。对比料1，进口产品。对比料2，国内同类产品。PP成核剂A，PP成核剂B，均为市售。

1.2 主要仪器与设备

TSE-35型双螺杆挤出机，南京瑞亚高聚物装备有限公司生产。SRH-50型高速混合机，江苏白熊机械有限公司生产。CMT4503型微机控制电子万能实验机，ZWK维卡软化温度测试仪，均为深圳市新三思材料检测有限公司生产。XJU-22型简支梁冲击强度测试仪，上海科学用品采购供应站提供。WSDJ-50型干燥机，广州文穗塑料机械有限公司生产。JX-760型注塑机，宁波市金星塑料机械有限公司生产。WGW型光电雾度仪，上海光学仪器一厂生产。Axio Imager A1m型显微镜，德国zeiss公司生产，TPPHMS600型热台，英国Linkam公司生产。ColorFlex型色差仪，美国HunterLab公司生产。

1.3 测试方法

拉伸性能按GB/T 16421—1996测试，拉伸速率100 mm/min。弯曲性能按GB/T 9341—2000测试，速率5 mm/min。简支梁缺口冲击强度按GB/T 1043—1993测试。负荷变形温度按ASTM D 1525—2009测试，负荷10 N，升温速率50 ℃/h，起始温度20 ℃。偏光显微镜观察： 控制温度变化速率为10 ℃/min。雾度按GB/T 24l0—2008测试。黄色指数按GB/T 2409—1980测试，温度为230 ℃，湿度为38%。

1.4 实验过程

将成核剂及其他助剂按一定比例加入到PPH-M3中，经高速混合机混合5 min，通过双螺杆挤出机挤出造粒制得PPH-T03T。在注塑机中制成样条测试。研究不同成核剂对PPH-T03T力学性能、雾度及黄色指数的影响。

2 结果与讨论

2.1 PPH-M3与同类产品力学性能对比

从表1看出： PPH-M3的弯曲模量比对比料1明显偏低，与对比料2性能相当；雾度和黄色指数优于对比料2，低于对比料1；常低温冲击强度相差不大。黄色指数是反映制品表面发黄情况的一个指标，在透明制品上数值越高，则表面颜色越黄，影响制品的通透感；反之，则制品通透感越好。

表1 PPH-M3与同类产品力学性能对比Tab.1 Mechanical property of PPH-M3 and the same kind products at home and abroad

2.2 PPH-M3与同类产品光学性能对比

PP为半结晶性聚合物，结晶度越高，球晶越小，材料的刚性就越高，雾度则越低。提高PP结晶度，降低球晶尺寸的传统方法是在PP中加入成核剂。PP结晶时球晶一直生长直至遇到另一晶体为止，这样球晶的尺寸就取决于成核中心的密度及数量。加入的成核剂作为异相核心先于PP熔体结晶，形成分散均匀且直径仅有1 μm的纤维状网络，该网络的表面即为结晶成核中心，因而提高了成核密度，使生成的球晶极度均一细化，结晶微细化、均质化能提高PP的刚性，降低其雾度［2］。

从图1可以看出：对比料1球晶数量较多，晶粒较小。而对比料2和PPH-M3球晶数量较少，晶粒较大。所以对比料2和PPH-M3的雾度和弯曲模量低于对比料1。由此可知，对比料1添加了成核剂，对黄色指数也有影响。

2.3 成核剂对PPH-M3力学及光学性能的影响

从表2和表3可以看出：成核剂A和B均提高了PPH-M3的刚性，降低了雾度和黄色指数。两种成核剂随添加量的增多，弯曲模量提高，雾度和黄色指数明显降低；但在同等添加量的情况下，成核剂A对PPH-M3的增刚效果以及雾度和黄色指数的降低都明显优于成核剂B。所以成核剂A是PPH-M3较为适宜的成核剂。从表2还看出：当成核剂A的质量分数大于0.03%时，弯曲模量的增加较少，黄色指数降低的幅度较小。综合力学性能和成本分析结果，成核剂A质量分数在0.03%较为适宜。

图1 PPH-M3与国内外同类产品的偏光显微镜照片（×500）Fig.1 Polarized optical images of PPH-M3 and the same kind products at home and abroad

表2 成核剂A对PPH-M3综合性能的影响Tab.2 The influence on the combinationproperties of PPH-M3 with nucleating agent A

表3 成核剂B对PPH-M3综合性能的影响Tab.3 The influence on the combinationproperties of PPH-M3 with nucleating agent B

2.4 PPH-T03T与同类产品力学性能对比分析

在天津石化公司PP装置上工业化生产了PPH-T03T。PPH-T03T的力学性能见表4。与表1对比分析可以看出：PPH-T03T的刚性与对比料1相当，雾度和黄色指数明显低于对比料。PPHT03T的弯曲模量由PPH-M3的1 680 MPa增加到1 890 MPa；PPH-T03T的雾度由PPH-M3的45.7%降低到24.6%； PPH-T03T的黄色指数由PPH-M3的1.7降低到0.2。PPH-T03T的综合性能已经超过了对比料1。

下游客户的使用表明，PPH-T03T的加工性能与PPH-M3相当，制品的刚性、雾度和黄色指数明显优于PPH-M3，同时也超过了部分进口料的水平。PPH-T03T的加工性能和力学性能得到了客户的认可与肯定。

表4 PPH-T03T的力学性能Tab.4 Mechanical property of PPH-T03T

2.5 PPH-T03T偏光显微镜观察

从图2看出：PPH-T03T的球晶尺寸变得较小而且数目较多。与图1对比分析看出：在未加成核剂之前，PPH-M3球晶尺寸较大而且数目较少，添加成核剂A后，与对比料1已在同一个水平上。这说明成核剂A对PPH-M3有较好的成核作用。

图2 PPH-T03T偏光显微镜照片（×500）Fig.2 Improvement of spherulite size on PPH-T03T by adding nucleating agent

3 结论

a）随成核剂A添加量的增加，PPH-M3的弯曲模量增大。PPH-M3的雾度明显下降，黄色指数也有明显减小。综合力学性能和成本分析结果，成核剂A的质量分数为0.03%较为适宜，综合性能最佳。

b）添加成核剂B可以提高PPH-M3的弯曲模量。但成核剂B降低黄色指数和雾度的效果不如同等添加量的成核剂A。

c）添加质量分数为0.03%的成核剂A 生产的PPH-T03T， 弯曲模量由PPH-M3的1 680 MPa增到1 890 MPa；雾度由45.7%降到24.6%；黄色指数由1.7降到0.2。PPH-T03T的综合性能已经超过了对比料1，得到了下游客户的认可。

［1］ 洪定一. 聚丙烯——原理、工艺与技术［M］.北京：中国石化出版社，2002：126.

［2］ 徐焕，王良诗，张丽英.聚丙烯热成型的研究与开发进展［J］.塑料, 2011, 40（6）：111-117.

Development and application of low yellow index and transparent polypropylene thermoforming special material PPH-T03T

Wang Hui， Ma Guoyu， Cao Jianqiu

（Research Institute of Tianjin Branch， SINOPEC， Tianjin 300271， China）

This paper analyzes the causes of high haze and yellow index for the PPH-M3 through characterizing the microstructure and mechanical properties of the polypropylene thermoforming products PPH-M3 and the same type of domestic and international products. Through the method of adding high transparent nucleating agent to the PPH-M3， the low yellow index and high transparent thermoforming special material PPH-T03T is developed. After adding 0.03% nucleating agent A， the bending modulus of PPH-T03T increases from 1 680 MPa to 1 890 MPa， the haze dtops by 45.7% to 24.6%， and the yellow index falls from 1.7 to 0.2.

homo-polymerized polypropylene； yellow index； nucleating agent； haze； flexural modulus； spherulite

TQ 325.1+4

B

1002-1396（2016）01-0021-04

2015-08-01；

2015-10-30。

王辉，男，1980年生，高级工程师，2004年毕业于武汉理工大学，现从事聚丙烯新产品的开发工作。联系电话：13072083250；（022）63804046；E-mail：whministrator@qq.com。