热处理对IPC相形貌及性能的影响

刘小燕 候景涛 陈旭 赵东波 李广全

(1.中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院兰州化工研究中心，甘肃 兰州，730060；2.中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司，甘肃 兰州，730060)

抗冲共聚聚丙烯(IPC)是多反应器中分段聚合产物[1-3]，组分有乙丙无规共聚物(EPR)、乙丙嵌段共聚物(EbP)和等规聚丙烯 (iPP)[4-8]，其中,EPR起到增韧作用，EbP主要作用是提高EPR与基体iPP之间的相容性，iPP决定了产品的刚性、加工流动性等性能[9-10]。EPR以核壳粒子形态存在于iPP中[11]。目前工业界主要采用二甲苯室温可溶物表征IPC中橡胶相含量,罗华林等[12]研究发现，二甲苯室温可溶物中包含EPR和少量EbP，但抽提得到的EbP可结晶链段较少,晶片厚度较小，熔融峰温度低于80 ℃。熔融加工会破坏IPC的凝聚态结构，导致其性能发生改变。

下面研究了热处理对IPC分散相的演变行为及其性能的影响。

1 试验部分

1.1 主要原料及仪器设备

IPC，EP533N-1，EP533N-2，均为中国石油兰州石化分公司；邻二甲苯，正辛烷，无水乙醇，分析纯，均为阿拉丁试剂(上海)有限公司。

凝胶渗透色谱仪(GPC)，PL-GPC-220，美国安捷伦科技有限公司；差示扫描量热仪(DSC)，DSC214 Ployma，德国耐驰公司；扫描电子显微镜(SEM)，ULTR Aplus55，德国蔡司集团；注塑机，UN-100，柳州开宇塑胶机械有限公司；冲击试验机，XJU-5.5，承德市金建检测仪器有限公司；万能试验机，Instron 5566，美国Instron公司。

1.2 试样的制备

将原料加入注塑机，制得标准样条，注塑温度200 ℃。将样条在110 ℃烘箱中热处理1 h。

1.3 测试与表征

二甲苯室温可溶物含量测试按照ISO 16152—2005进行；冲击强度测试按照GB/T 1043.1—2008进行；弯曲性能测试按照GB/T 9341—2000进行。

GPC分析：溶剂为三氯苯，温度160 ℃。

DSC分析：称取6 mg试样，氮气气氛，以10 ℃/min从25 ℃升至200 ℃，恒温10 min，再以10 ℃/min从200 ℃降至25 ℃，恒温1 min，最后以10 ℃/min从25 ℃升至200 ℃。

SEM观察：液氮淬断，淬断面在50 ℃正辛烷溶剂中刻蚀4 h，60 ℃烘干1 h。

2 结果与讨论

2.1 IPC组成及相对分子质量

表1为IPC组成及相对分子质量。

EP533N-1的二甲苯室温可溶物含量高于EP533N-2，EP533N-2的重均相对分子质量(Mw)高于EP533N-1，特别是EP533N-2的二甲苯可溶物Mw远高于EP533N-1。

2.2 热处理温度对IPC相态形貌的影响

图1和图2分别为不同热处理温度下EP533N-1和EP533N-2断面的SEM形貌。

由图1可以看出：当热处理温度低于IPC熔融温度(167 ℃)时，随着热处理温度升高，EP533N-1分散相分布越均匀，EbP聚集体由不规则的小颗粒逐渐变为表面光滑的椭圆形大颗粒，这是因为较高的热处理温度促使EbP链段移动和聚集；当热处理温度为200 ℃时，EbP逐渐形成一个贯穿iPP基体的网络结构，与Chen F等[13]的研究结果一致。

由图2可以看出：当热处理温度低于167 ℃时，随着热处理温度提高，EP533N-2分散相均匀性增加，但未达到EP533N-1的水平，EbP团聚成表面较圆滑的大颗粒，这是因为EP533N-2橡胶相相对分子质量较大，链移动速率低；热处理温度在167 ℃以上时，EbP聚集成较大颗粒，但未形成如EP533N-1的网络结构。

2.3 热处理时间对IPC相态演化的影响

图3和图4分别为不同热处理时间下EP533N-1和EP533N-2断面的SEM形貌。

由图3和图4可以看出：随着热处理时间的增加，EP533N-1和EP533N-2分散相尺寸均逐渐增大。EP533N-2分散相中仍存在尺寸较小且表面光滑的EbP聚集体；EP533N-1中，EbP逐渐形成贯穿整个IPC的网络结构，EP533N-2中，EbP未形成网络结构。

2.4 热处理对IPC热性能的影响

图5为IPC的DSC分析。

由图5可以看出，热处理对EP533N-1和EP533N-2的熔融结晶行为影响很小。

2.5 热处理对IPC力学性能的影响

图6为IPC的力学性能。

由图6可以看出：EP533N-1和EP533N-2的常温抗冲击性能均随热处理温度升高而增加，当热处理温度高于130 ℃时，冲击性能提高幅度明显，这是因为随着热处理温度升高，EP533N-1和EP533N-2分散相均匀性增加；EP533N-1和EP533N-2的低温抗冲击性能最佳热处理温度表现出差异性，EP533N-1在热处理温度100～130 ℃时的低温抗冲击性能达到最佳；EP533N-2的最佳低温抗冲击性能在160 ℃才出现，这与文献报道的均匀尺寸的分散相有利于IPC低温抗冲击性能、大尺寸的分散相有利于IPC常温冲击性能的结论一致[14]；热处理后EP533N-2弯曲模量增加幅度略大于EP533N-1。

3 结论

a) 在热处理过程中，橡胶相相对分子质量不同的IPC分散相演变行为不同，当热处理温度低于167 ℃时，EP533N-1分散相的均匀性好于橡胶相相对分子质量较大的EP533N-2，当热处理温度高于167 ℃时，EP533N-2分散相的均匀性好于EP533N-1。

b) 当热处理温度高于167 ℃时，EP533N-1中的EbP逐渐汇集成一个贯穿整个IPC的网络结构，EP533N-2中的EbP未能形成一个贯穿整个IPC的网络结构。

c) IPC的常温冲击强度及弯曲模量均随热处理温度升高而增大，当热处理温度为100～130 ℃时，EP533N-1的低温冲击强度最佳，当热处理温度为160 ℃时，EP533N-2的低温冲击强度最佳。