聚丙烯共混改性的研究进展

摘 要： 物理共混是材料改性的一种简单有效的手段，也是实现聚合物改性和获得高性能材料的重要途径之一。通过高温熔融将其他组成部分的聚合物引入到聚丙烯材料中，使得聚丙烯材料既可以保持自身性能，又可以综合其他部分聚合物材料的性能从而获得新的性能。文章对聚丙烯材料的共混改性研究进行介绍。

关键词：聚丙烯;共混改性;共混物

1 引言

聚丙烯（PP）属于五大通用树脂之一，具有优良的力学性能和化学稳定性、较高的耐热性、无毒等优异的性能，更由于制备聚丙烯的原料非常多，生产成本较低，使用温度范围大，因而应用十分广泛。我国对于聚丙烯的生产工艺的研究开始于1962年，从20世纪80年代开始，便发展迅速，到2007年，聚丙烯的生产产量更超过1000万吨。但聚丙烯分子结构中的侧甲基导致聚丙烯的链柔韧性较差，而且由于工业上聚丙烯的结晶度一般在50%-80%，较高的结晶度导致其一些性能的缺陷如耐低温性和抗冲击性较差[1]、光学性能的不足等严重影响聚丙烯在包装、医疗器械[2]等领域的应用。作为非极性聚合物的聚丙烯，其亲水性、染色性、抗静电性及黏结性较差;由于加工成型过程中的聚丙烯材料具有较大的收缩率，导致以聚丙烯为原料制造出的产品尺寸不够稳定。因而，聚丙烯材料的改性研究引起国内外研究者的关注。

为了改善聚丙烯性能，扩大聚丙烯的应用范围，可以利用化学改性、物理改性的手段进行聚丙烯性能的提升。化学改性是指利用化学反应改变聚合物的物理、化学性质的方法，即通过化学反应调整聚丙烯的分子结构从而改善其各方面性能。聚丙烯常用化学改性方法有共聚改性、接枝改性、交联改性或者通过在聚丙烯的合成过程中添加成核剂的方法来进行改性等。聚丙烯进行化学改性时反应时间较长、成本相对较高，且可能对温度也会有较高的要求。而物理改性则是物理的方法改善聚合物的性质，常用的物理改性方法有填充改性、共混改性等，相较于化学改性，物理改性对聚丙烯材料的改性方法操作手段相对简单，成本较低。作为聚丙烯材料改性的一种简单有效的手段，物理共混方法就是通过高温熔融将其他组成部分的聚合物引入到聚丙烯材料中，使得聚丙烯材料在保有自身性能的同时，又获得其他部分聚合物材料的性能。文章对聚丙烯材料的共混改性研究进行介绍。

2 聚丙烯的共混改性

2.1 PP与聚乙烯的共混改性

聚乙烯是乙烯单体聚合而成的聚合物，与聚丙烯同为结晶性聚合物。聚乙烯根据分子量及链结构的不同分为高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）和线性低密度聚乙烯（LLDPE）。不同结构的聚乙烯与聚丙烯形成的共混体系，对聚丙烯性能的影响是不同的。HDPE与PP的共混体系中共混物的冲击强度得到改善，由于高结晶度的HDPE加入后，PP链段活动受到束缚，流动性能减小[3]。LDPE引入到线形PP中后，提高PP的储能模量，降低损耗因子，有效提高聚丙烯的可发性;当LDPE含量增加，PP的可发性显著提高[4]。

2.2 PP与弹性体的共混改性

弹性体包括橡胶和热塑性弹性体。常用来共混改性聚丙烯的橡胶材料有顺丁橡胶（BR）[5]、乙丙橡胶（EPR）[6]、三元乙丙橡胶（EPDM）[7]等。顺丁橡胶在改性PP时，相容性的问题是影响性能的重要因素。乙丙橡胶和三元乙丙橡胶与PP共混改性后使得材料不仅保留塑料的特性，同时获得了橡胶的性能，但橡胶在硫化时受温度和设备的影响，材料性能不稳定。

热塑弹性体（TPE）材料是常温下显示橡胶高弹性，高温又能塑化成型的一类新型材料，其弹性主要由软段提供，硬段则起到热可逆的物理交联作用。典型的聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）热塑性弹性体是通过活性阴离子聚合，由顺序单体加入法合成的聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物，其软段含有大量双键，热稳定性差、生物相容性不好，但这些性能缺陷在与PP共混之后也并未得到解决，仍旧无法得到性能优异的材料。而SBS催化氢化后得到的聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯（SEBS），催化氢化后中间软段转变为饱和的乙烯、丁烯无规共聚物，更加提高了SEBS的热稳定性和生物相容性。SEBS 不但具有优异的耐老化性能，且具有较好的力学性能，断裂伸长率超过硫化橡胶，不仅对臭氧、紫外线、电弧具有良好的耐受性，还具有良好的耐油、耐化学品腐蚀性及优异的耐低温性，因此被广泛应用于黏合剂、涂料、塑料改性剂、汽车部件、电线电缆、食品、医疗等领域。近年来，国内外也有很多研究人员对PP/SEBS共混进行研究探索。

武增勇等人主要研究了SEBS弹性体加入后对PP力学性能的影响。研究表明，SEBS与PP共混后可以均匀分布于聚丙烯中，改善了PP的加工性能，使得PP球晶尺寸减小，共混体系的结晶度降低。随着SEBS的逐渐加入，共混物的冲击韧性有较大提高，而屈服强度略有降低。张德强从结晶性和动态流变性对SEBS增透聚丙烯的机理进行分析，SEBS的加入阻碍了PP的结晶，使其结晶温度和结晶速率降低，且SEBS含量的增加，PP/SEBS有海岛结构逐渐演变为双连续相，结晶性能和微观相结构的转变使得PP/SEBS的体系的雾度降低而透光率提高。李颖等人利用不同的螺杆组合研究PP/SEBS共混物的力学性能和微观形态结构，发现共混物显示出来较高的弹性并出现双连续相结构。王霞等人除了研究PP/SEBS的结晶及力学性能，更发现加工过程中PP/SEBS共混物的大分子链沿注塑成型方向取向，材料获得各向异性。Jinghua Yin对比经电子束辐射照射后的PP及PP/SEBS性能，发现辐照后PP的分子量因主链断裂而明显降低，且在较高的辐照剂量下发生链交联或链支化;但SEBS的存在表现出更强的抗辐射能力，聚丙烯的稳定性提高。Vanda Ferreira Ribeiro 在PP/SEBS共混物中进一步引入纳米颗粒（CuNPs）作为抗菌剂，为共混物带来了优异的抗菌性能。

3 结语

聚丙烯材料的共混改性操作简单，成本较低。与不同聚合物经共混改性后，使得聚丙烯保持自身性能的同时获得了新的性能。利用PE改性PP时尽管二者相容性较好，PP的结晶被破坏，但由于二者都属于结晶型聚合物，共混体系仍存在大量结晶，材料的力学性能仍然受到限制。而橡胶在与PP共混时，二者的相容性是影响性能的最大因素。热塑性弹性体SEBS结构中既有与聚丙烯相似的部分，又有其他链段结构，共混物中各组分相容性较好且性能优异。通过高温熔融将其他聚合物引入到聚丙烯材料中，使聚丙烯材料在保有自身性能的同时，又获得其他聚合物材料的性能，从而扩大聚丙烯材料的应用范围。

参考文献：

[1]刘娟，陈颖，汪国华.大力发展我国的非PVC大输液包装容器[J].中国药业，2005，14（1）：15.

[2]栾世方，朱连超，殷敬华，等.医疗输注器械用高分子材料的现状及发展趋势[J].化工进展，2010，29（4）：585.

[3]丁燕，张士泽，郭晓兰.高流动性等规聚丙烯与高密度聚乙烯共混改性[J].广州化工，2014（24）：104-105.

[4]刘伟，刘本刚，王向东.线形聚丙烯/低密度聚乙烯共混体系的流变行为和发泡行为[J].塑料，2011（1）：36-39.

[5]龚长华.聚丙烯/顺丁橡胶共混物结构与性能的研究[D].天津：天津大学，2006.

[6]常平，洪重奎.乙丙橡膠增韧聚丙烯共混物中橡胶相形态[J].塑料科技，2002（1）：4-6.

作者简介：

雒争，女，1993年，山西运城人，2018年毕业于北京化工大学，研究方向：功能高分子及生物医用材料的合成改性.