聚丙烯与苯乙烯马来酸酐无规共聚物共混性能及影响因素研究

唐 丽，彭粉成

(江苏索普(集团)有限公司, 江苏 镇江 212006)

聚丙烯与苯乙烯马来酸酐无规共聚物共混性能及影响因素研究

唐 丽，彭粉成

(江苏索普(集团)有限公司, 江苏 镇江 212006)

运用双螺杆挤出机制备PP/SMA二元和PP/SMA/ PP-g-(MAH-co-St)三元共混物，分析共混物性能及其影响因素，得出三元共混物的优化配方。

PP；SMA树脂；PP-g-(MAH-co-St)；二元共混物；三元共混物；力学性能；水接触角；热变形温度；TG

SMA树脂具有较高的热变形温度，且随MAH含量增加，SMA树脂的玻璃化温度(Tg)、耐热变形温度(HDT)和维卡软化温度(Vicat)都提高。另外SMA树脂分子结构中含有极性的酸酐基团，赋予了其较强的极性。因此本文中运用双螺杆挤出机制备PP/SMA二元和PP/SMA/ PP-g-(MAH-co-St)三元共混物，希望提高PP的耐热变形温度和极性，同时测定共混物的负载热变形温度和TG来评价共混物的热性能，最后对冲击试样缺口进行扫描电镜(SEM)分析观测其断面形貌。

1 实验部分

1.1 实验药品

实验化学试剂见表1。

表1 实验化学试剂表

1.2 实验仪器

实验仪器设备见表2。

表2 实验仪器设备表

1.3 实验方法

1.3.1 共混物的制备

⑴ PP与SMA二元共混物的制备:将PP和SMA按一定比例混合均匀，加入到双螺杆挤出机中进行共混，挤出，造粒，干燥后用注塑机制成测试标准样条。

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⑵ PP、SMA和接枝PP三元共混物的制备:将PP、SMA和接枝PP按一定比例混合均匀，加入到双螺杆挤出机中进行共混，挤出，造粒，干燥后用注塑机制成测试标准样条。

1.3.2 共混物的测定和表征

⑴ 力学性能测定:按照GB/ T 1040 - 1992测定试样的拉伸强度及断裂伸长率。按照GB/T 1843-1996测试样品的无缺口试样悬臂梁冲击强度及缺口试样悬臂梁冲击强度。

⑵ 水接触角测定:将样品热压成膜，选取光洁度较高的部分，在接触角测量仪中，采用盛有蒸馏水的针状进样器在样品膜表面缓慢滴加液体，形成座滴，液滴体积为1μL。然后保存液滴图像，用拟合分析法在液滴上选取5个点，读取角度。

⑶ 负载热变形温度测定:按照GB/ T 1634.2 - 2004在热变形、维卡软化点温度测定仪上测定试样的热变形温度，负载0.45MPa，变形量0.32mm。

⑷ TG测试:将样品放入热分析仪中，在氮气保护下，从室温升温到600℃，升温速率10℃/min，记录试样的热失重曲线。失重率为20%和50%的两点连线后与起始平台外延线的交点定义为起始分解温度(Te)，TG曲线上切线斜率最大处所对应的温度为最快分解温度(Tp)[1]。

⑸ 试样冲击缺口扫描电镜(SEM)分析:将冲击断裂后的试样缺口表面喷金，用扫描电镜观察共混物冲击断裂后缺口的断面形貌。

2 实验结果与讨论

表3为不同SMA含量对共混物的力学性能和水接触角的影响。由表3可以发现，随着SMA含量的不断增加，共混物的拉伸强度、冲击强度、断裂伸长率和水接触角都在减小。当SMA含量为5%时，共混物的力学性能降低幅度较小，当超过10%时，力学性能下降明显。主要原因是两种聚合物的相容性变差，导致其力学性能严重下降。同时对比水接触角可以发现，当SMA含量为5%时，水接触角下降幅度很大，由纯PP时的98.5°下降到87.6°；而当超过10%时，随着SMA加入量的增加，水接触角减小缓慢。相比纯的PP，SMA为极性很大的聚合物，但共混物的极性并没有随着SMA加入量的增多而明显变化。由此推测，共混物的相容性也是影响材料亲水性的一个重要因素。共混体系相容性变差，制膜时SMA链段很难迁移到膜表面，因此膜表面极性下降。

通过上述分析，在尽可能少降低PP力学性能的前提下，而又足够大的增加其极性，我们选择SMA的加入量为5%时的共混物。

表3 不同SMA含量的共混物的力学性能和水接触角

2.2 不同PP-g-(MAH-co-St)含量对共混物性能的影响

表4为固定SMA的加入量为5%时，改变PP-g-(MAH-co-St)的加入量观察其对共混物性能的影响。表中也给出了纯PP的力学性能和水接触角的大小。由表4可以发现，加入PP-g-(MAH-co-St)作为增容剂后，共混物的力学性能和水接触角均改变。当加入量为5%时，共混物的拉伸强度、冲击强度和断裂伸长率均达到最大值；随着PP-g-(MAH-co-St)加入量的增多，共混物的力学性能又开始逐渐降低。其主要原因可能是，虽然PP-g-(MAH-co-St)的引入起增容作用，但其加入量的增多反而会影响共混物的性能。水接触角随着PP-g-(MAH-co-St)加入量的增多也在明显降低，在5%时下降明显。由此推测，引入增容剂后，共混物的相容性变好，材料的极性变强。

通过上述分析，在引入PP-g-(MAH-co-St)作为增容剂后，共混物的性能变化明显，与纯PP相比，其力学性能降低缓慢，而极性却显著增强。同时考虑到增容剂的加入量以总质量的5%为宜，所以选择PP-g-(MAH-co-St)加入量为5%的共混物。

表4 不同PP-g-(MAH-co-St)含量的共混物的力学性能和水接触角

2.3 PP共混改性前后性能对比分析

2.3.1 力学性能和水接触角分析

表5为PP共混改性前后材料的力学性能和水接触角的变化。对比表中数据可以发现，三元共混物材料的力学性能和极性均比二元共混物要高。这主要是由于引入了PP-g-(MAH-co-St)作为增容剂后，共混物的相容性变好，材料的力学性能和极性得到增强。与纯PP相比，三元共混物的拉伸强度略微提高，其冲击强度和断裂伸长率均有所降低，但其水接触角明显减小，其极性显著增强。

表5 PP共混改性前后的力学性能和水接触角

2.3.2 热变形温度和TG分析

表6为PP共混改性前后材料的热变形温度的变化。对比表中数据可以发现，共混后材料的负载热变形温度升高，这是因为在共混过程中引入了玻璃化温度高的SMA树脂，使得共混后材料的热变形温度升高。另外在引入PP-g-(MAH-co-St)作为增容剂后，共混物的相容性变好，使得材料的热变形温度进一步提高。

表6 PP共混改性前后的热变形温度

A.纯PP;B.二元共混物 C)三元共混物

图1 PP共混改性前后的TG图

图1为PP共混改性前后材料热分解过程的曲线。图中三种材料的热分解都只有一个失重阶段，纯PP的起始分解温度为315℃，最快分解温度为403℃，在417℃时分解完全；二元共混物的起始分解温度为370℃，最快分解温度为440℃，在462℃时分解完全；而三元共混物的起始分解温度为386℃，最快分解温度为445℃，在465℃时分解完全。主要原因是SMA的玻璃化温度高，耐热性好，将其与PP共混，可以提高材料的分解温度，使材料的耐热性提高。二元共混物与三元共混物材料的分解温度差别不大，原因可能是，增容剂的引入提高了共混物的相容性，使其分解温度升高，但由于PP-g-(MAH-co-St)的耐热性不高，又反过来影响了材料的耐热性。

2.3.3 缺口断裂形貌分析

图2为添加增容剂PP-g-(MAH-co-St)前后共混物冲击断面的SEM图。对比发现，两种材料的断口形貌均呈韧性断裂；图A为不加接枝物PP-g-(MAH-co-St)时的电镜照片，SMA粒子清晰可见，并且两相之间的断裂面上存在空洞；当共混物中加入PP-g-(MAH-co-St)时，共混物界面层变得模糊，相容性变好，如图B所示。由此可以得出，接枝物的存在促进了PP与SMA的界面粘合，将其两相紧密结合，加入PP-g-(MAH-co-St)较好的改善了共混体系的相容性。

A.不加增容剂;B.添加增容剂

图2 共混物断面的SEM图

3 结论

⑴ SMA树脂与PP共混，可以明显提高PP的耐热性以及极性，同时材料自身的力学性能影响较小。

⑵ PP-g-(MAH-co-St)的加入，提高了共混物的相容性，使得材料的极性和耐热性得到增强。SEM分析证明PP-g-(MAH-co-St)的引入确实起到增容的作用，使共混物的相容性变好，从而性能提高。

⑶ 得出制备三元共混物的优化配方：PP为100phr，SMA为5phr，自制PP-g-(MAH-co-St)为5phr。所制得的共混物材料的拉伸强度为30.9MPa，Izod无缺口冲击强度为65.3 kJ/m2，断裂伸长率426%，水接触角83.4°。

[1] 张美珍，柳百坚,谷晓昱.聚合物研究方法[M]．北京：中国轻工业出版社，2000:125-126.

(本文文献格式：唐 丽，彭粉成.聚丙烯与苯乙烯马来酸酐无规共聚物共混性能及影响因素研究[J].山东化工，2017，46(08)：47-49.)

Study on Blending Performance and Influencing Factors of Polypropylene and Styrene- Maleic Anhydride Random Copolymer

TangLi,PengFencheng

(Jiangsu Sopo (Group) Corporation Ltd., Zhenjiang 212006, China)

PP / SMA binary and PP / SMA / PP-g- (MAH-co-St) ternary blend were produced by the twin screw extruder. The performance and influencing factors of the blend were analyzed to optimize the composition of the ternary blend.

PP；SMA resin；PP-g- (MAH-co-St)； binary blend, ternary blend； mechanical property；water contact angle； heat distortion temperature； TG

2017-03-01

唐 丽(1982—)，女，江苏徐州人，工程师，主要从事化工领域的研究和开发应用。

O631.3

A

1008-021X(2017)08-0047-03