申小蘭

摘要：聚丙烯具有質(zhì)輕，穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但硬度低，力學性能差等特點限制了其在工業(yè)上的應用。一般常采用添加其他硬度高、力學性能好的高聚物來提升聚丙烯性能。然而聚丙烯和其他高聚物由于結構不同常為不相容體系，導致聚丙烯共混物的綜合性能較差，因此通常采用增容劑改善兩者的相容性。本文綜述了常見的聚丙烯共混物，及近年來增容劑對聚丙烯混物各項性能的影響，并展望了聚丙烯共混物的研究趨勢。

關鍵詞：聚丙烯;高聚物;共混;增容;性能

引言

聚丙烯（簡稱PP）因具有價格便宜、輕質(zhì)、熱穩(wěn)定性及抗腐蝕性強等優(yōu)點而作為原材料廣泛應用于交通工具、電器、電動工具等行業(yè)，另一方面，聚丙烯又具有硬度低，力學性能差等缺點，這些性能極大限制了聚丙烯的應用。工程上常通過對聚丙烯和其他的高聚物，如聚酰胺-6（簡稱PA6）、聚苯乙烯（簡稱PS）、聚乳酸（簡稱PLA）、聚對苯二甲酸丁二脂等，進行共混改性可以改善聚丙烯的力學性能差、低溫顯脆性等缺點，從而制備綜合性能優(yōu)異的復合材料。但聚丙烯與其他高聚物是典型的不相容體系，當聚丙烯共混物不加增容劑或不做處理時，兩相界面粘接不良從而影響共混材料的綜合性能。因此通常在聚丙烯共混物中加入增容劑，改善共混的分布及相界面張力，最終獲得性能優(yōu)異的復合材料。

1 常見的聚丙烯共混物

1.1聚丙烯/聚酰胺-6共混物

聚酰胺-6工程上也成為尼龍6，廣泛應用于汽車、電子電器、機械等行業(yè)。其抗溶解性和抗沖擊性能優(yōu)異，但吸濕性也強，而聚丙烯具有吸水性小的特點。將二者共聚相容能克服PA6的強吸濕性。根據(jù)相容性原理，聚丙烯屬于非極性聚合物，PA6屬于極性聚合物，PP/PA6共混體系屬典型的不相容體系。伍玉嬌等[1]研究了聚丙烯接枝馬來酸酐（PP-g-MAH）對PP/PA6共混體系的增容作用，研究發(fā)現(xiàn)未采用增容劑時，聚丙烯與PA6形成明顯“海島”結構。共混體系中添加PP-g-MAH后，相界面變得更加模糊，PA6相更均勻的分散在聚丙烯連續(xù)相中，且粒徑大幅度減小。這說明增容劑可以提高兩相黏結力，降低相界面張力，從而明顯改變了共混的微觀結構，提高了分散相的分散效果，使得PA6與PP兩相的相容性得到明顯的改善。隨后，聚丙烯的接枝物不再局限于馬來酸酐，聚丙烯接枝衣糠酸、丙烯酸丁酯和馬來酸二丁酯等接枝共聚物被研制出來作為增容劑，用于改善PP/PA6共混體系的相容性。研究發(fā)現(xiàn)，這些增容劑的添加效果顯著，均大大提升了PP/PA6共混物力學性能及穩(wěn)定性能。

1.2聚丙烯/聚苯乙烯共混物

聚苯乙烯廣泛應用于家電、辦公設備等行業(yè)，與聚丙烯相反，聚苯乙烯韌性、耐熱性及抗化學腐蝕性較差，但力學性能好，模量高、收縮率低。若能將這兩種工程材料結合，則可克服二者的缺點，發(fā)揮二者的優(yōu)勢，然而，聚丙烯與聚苯乙烯為典型的不相容高聚物，主要因為二者性質(zhì)不同，前者為半晶型，或者為無定型。工程上采用增溶劑來改善混合體系的相容性，對于PP/PS共混物來說，常用的增溶劑有馬來酸酐、接枝共聚物、嵌段共聚物等，通過引入增溶劑，PP/PS共混物的性能得到大幅提升。尹朝清等[2]研究了不同的嵌段共聚物及接枝共聚物對PP/PS相容性能的影響，如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、聚丙烯接枝馬來酸酐等。此外，還研究了增溶劑含量對PP/PS共聚物力學性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)增溶劑對于改變沖擊韌性、界面的相容性和分散性尺寸都有積極意義，其中以二嵌段共聚物苯乙烯-乙烯/丙烯這種增溶劑的改善效果最佳?？梢?，增溶劑的添加可同時發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢。

1.3聚丙烯/聚乳酸共混物

聚乳酸力學性能好，且可完全生物降解，但價格昂貴，且脆性低，熱穩(wěn)定性及抗化學腐蝕性差，與聚乳酸相反，聚丙烯難以生物降解。從環(huán)保性和經(jīng)濟型的角度出發(fā)，將聚丙烯和聚乳酸共混可增加材料的生化降解性能、改善力學、脆性等性能，提高穩(wěn)定性并降低成本。通常加入聚乙二醇作為增容劑來實現(xiàn)二者的共混。例如張愛玲等[3]在聚丙烯和聚乳酸共混物中添加聚乙二醇作為增容劑，并分析了聚乙二醇含量對共混物力學性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)，當增容劑添加量為9%時，共混效果最佳，相應地，共混物的降解性能、力學性能和熱學性能都得到大幅提高。因此，增容劑的添加對于聚丙烯/聚乳酸共混物性能的改善至關重要。

1.4聚丙烯/聚對苯二甲酸丁二脂共混物

聚對苯二甲酸丁二脂常用來制備纖維類物質(zhì)，與聚丙烯相反，聚對苯二甲酸丁二脂為熱塑性聚合物，具有優(yōu)異的力學和熱學性能，但抗化學腐蝕性差，且對缺口敏感性大。聚丙烯與聚對苯二甲酸丁二脂結構不同，因而二者的共混物也為不相容體系。曹亞南等[4]研究了三種不同的接枝共聚物增容劑對聚丙烯/聚對苯二甲酸丁二脂共混物的性能的提升，研究發(fā)現(xiàn)，添加增容劑后，共混物性能改善明顯，力學性能和流變性能均得到大幅提升。

2 增容劑對聚丙烯/聚酰胺-6共混物性能的改進

2.1 增容劑對共混物力學性能的改進

共混物的力學性能是決定其應用范圍的主要因素。以PP/PA6共混體系為例，聚丙烯與PA6的相容性不好，通常加入增容劑或第三組分的方法來改善體系相容性，從而提高共混物的拉伸強度、沖擊強度、屈服強度等力學性能。伍玉嬌等[1]研究發(fā)現(xiàn)，未加增容劑的PP/PA6共混物的兩相間界面張力大，界面黏結力弱，隨著PA6含量的增加，PP/PA6共混物的拉伸強度明顯降低，而沖擊強度先略有增加然后緩慢降低。Boucher等[5]發(fā)現(xiàn)一定條件下，高分子量的PP-g-MAH使體系的斷裂韌性比含有低分子量PP-g-MAH的體系提高大約四倍。Liu[6]等在PP/PA6共混物中加入了增容劑PP-g-MAH和納米黏土，發(fā)現(xiàn)增容劑能顯著提高彈性模量和拉伸強度，而納米黏土的加入能明顯提高復合材料的強度?？梢?，增容劑可有效提升共混物的力學性能。

除了PP-g-MAH外，其他增容劑也被開發(fā)出來用來改進共混的力學性能。Kusmono等[7]研究了增容劑SEBS-g-MAH和改性黏土對PP/PA6共混物力學性能的影響，發(fā)現(xiàn)增容劑顯著提高共混物的斷裂伸長率，但降低共混物的拉伸模量;而黏土的加入則會提高復合材料的拉伸模量，但顯著降低了復合材料的斷裂伸長率。Mazidi[8]等采用乙丙橡膠接枝馬來酸酐（EPDM-g-MA）來改性PA6/PP共混物，發(fā)現(xiàn)共混體系的沖擊韌性普遍提高，但其他力學性能相對下降。

2.2 增容劑對共混物吸水性能的改進

通過添加增容劑，共混物的吸水性能也能得到提升，其中以聚丙烯/尼龍類共聚物最為典型。以聚丙烯/尼龍6共聚物為例，PP/PA6共混中物PA6大分子長鏈中含有親水性的酰胺基團，因此吸水率很高，導致共混物的強度下降，尺寸穩(wěn)定性變差。孫莉等[9]發(fā)現(xiàn)聚丙烯的加入能使試樣吸水率變小，而自制增容劑PP-g-（St-co-GMA）、PP-g-（St-co-MAH）和PP-g-（St-co-MMA）的加入能明顯改善材料的耐水性。這是因為PA6的氨基和接枝物的酸酐基團會發(fā)生反應，削弱了PA6和H2O的相互作用，也改善了聚丙烯與PA6的界面粘接，從而阻滯了H2O的滲透。顧書英等[10]也發(fā)現(xiàn)加入聚丙烯或改性聚丙烯后PA/PP共混物的吸水率明顯降低，而且改性聚丙烯對共混物吸水性的影響更大，得出了類似的結論。

2.3 增容劑對共混物流變性能的改進

聚丙烯共混物的流變性能直接影響共混物的加工性能，決定其加工的難易程度。林明德等[11]研究發(fā)現(xiàn)PP-g-MAH/PA6共混物的熔體粘度比純PA6高、而其粘流活化能和非牛頓指數(shù)卻更低，改善了成型加工性能。謝續(xù)明等[12]將用多組分熔融接枝法制備的增容劑PP-g-（St-co-MAH）加入到PP/PA6共混物中，發(fā)現(xiàn)加入聚丙烯接枝物的共混物的熔體流動速率MFR均低于未加增容劑的共混，這說明增容劑與PA6發(fā)生了化學作用。

3 結語

當前，聚丙烯由于其低廉的價格及優(yōu)異的穩(wěn)定性能得到廣泛應用，但其硬度低，力學性能差。常通過添加其它力學性能優(yōu)異的高聚物來進行改善。但聚丙烯與其他高聚物由于結構不同，相容性差，增容劑能顯著改善聚丙烯共混物的相容性，從而改善復合材料的綜合性能。雖然目前對增容劑的研究已經(jīng)取得了一些成果，但是還不能滿足某些領域?qū)Σ牧狭W、生物可降解性、穩(wěn)定性、流變性等各方面性能的苛刻要求。因此可以對增容劑的分子結構及對共混物改性的反應機理進行深入的研究，探索新型的官能基團和制備方法開發(fā)新的增容劑，更好地實現(xiàn)反應性增容，從而進一步改善聚丙烯共混物各方面的性能。

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