成核劑對黑色高光PP著色性能的影響及其機理研究

1、成核劑對黑色高光pp著色性能的影響及其機理研究陽范文摘要：研究了四種不同類型的成核劑對黑色高光pp的著色性能及力學(xué)性能的影 響,結(jié)果表明：添加成核劑后,pp的結(jié)晶溫度向高溫方向偏移，結(jié)晶峰變窄、 變尖銳；tmp-5和nae23成核效果較好、cha-1次之、滑石粉最差,結(jié)晶溫度 較純pp分別提高了約12。（2、10弋和2。（：；成核效果越好，拉伸強度、彎曲強度、 彎曲模量越高，黑度越好；成核劑的加入提高了 pp的結(jié)晶溫度，注塑成型過程 中表層熔體更易硬化，抑制了炭黑向芯層遷移，與純pp相比表層炭黑含量提高， 吸收光線能力增強，黑度增加。關(guān)鍵詞：成核劑，聚丙烯，結(jié)晶，著色性能，機理1刖旨從前面的研

2、究發(fā)現(xiàn)，采用高結(jié)品、高剛性聚丙烯為基料制備的高光pp,其黑度最好。 究其原因，高剛pp分子結(jié)構(gòu)本身具有較高的等規(guī)度，容易結(jié)晶，成核劑的加入進一步提高 了結(jié)品度，從而產(chǎn)生高剛性的力學(xué)性能結(jié)果。為了分析高結(jié)品高剛pp對黑度影響的本質(zhì)，本文以ppn-z30s為基體樹脂，研究不同 類型的成核劑對黑度、表面光澤度、力學(xué)性能、結(jié)晶的影響，分析成核劑對結(jié)晶行為和注塑 成型過程中“皮一芯”結(jié)構(gòu)的影響，探討影響黑度的機理，為配方設(shè)計提供理論指導(dǎo)。 2試驗方法 2.1材料制備按照表1進行配料，改變成核劑的種類和用量，采用雙螺桿擠出機擠出造粒，采用注塑 成型機注塑標(biāo)準(zhǔn)色板和力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)樣條。表1高黑度、高光澤pp的基木

3、配方材料12345pp n-z30s100100100100100tmp-5增剛性成核劑0.5cha-1增透性成核劑0.5nae-23增剛性成核劑0.5tyt-777a無機成核劑3黑種b0233333cast0.30.30.30.30.3x-0010.20.20.20.20.2x0020.20.20.20.20.22.2測試方法黑度采用電腦測色儀的l值和b值進行表征，其對應(yīng)關(guān)系是l值越小，表而越黑，b 值越小，越偏藍。l值和b值采用x-rite公司的color eye 7000a進行測試，每個樣品取5 塊色板進行測試，結(jié)果取平均值。表而光澤度采用byk gardner公司的micro-tri-

4、gloss 4430進行測試，每個樣品取5塊色板進行測試，結(jié)果取20°角的平均值。 力學(xué)性能按照國標(biāo)方法進行測試。3結(jié)果與討論3.1成核劑對黑度和表面光澤度的影響 成核劑對黑度和光澤度的影響見圖k020.0-0.1-020.30 4nucleating agent圖1成核劑對黑度和表面光澤度的影響從圖中可知，不同的成核劑對黑度的影響不同，無機滑石粉成核劑的成核效果佼差，對 提高黑度沒有幫助；增透性成核劑在于細化晶粒尺寸，黑度略有提高；增剛性成核劑不僅能 細化晶粒尺寸，還能有效提高結(jié)晶度，黑度有明顯的提高，實驗結(jié)果進一步證實采用高結(jié)晶 高剛pp為基體樹脂配制的黑度最好。添加滑石粉時表面

5、光澤度略有降低，其它成核劑對表面光澤度基本沒有影響。3.2成核劑對力學(xué)性能的影響成核劑對力學(xué)性能的影響見圖2o42403836343230s.-2 w8.w-potpm aozie.86.4.203.3.工3.tmp-5 cha-1 nae-23 tyt-777anucleating agent.1500tmp-5cha-1nae-23tyt-777anucleating agent - flexural strengtho2020021o002o o908019 19nn7 1 0 8 6 4 26 5 5 5 5504a301600圖2成核劑對力學(xué)性能的影響成核劑的加入能提高材料的拉伸強度

6、、彎曲強度和彎曲模量，提高的程度與成核劑的特 性有關(guān)。cha-1成核劑屬于山梨醇及其衍生物，成核劑的加快結(jié)品速率，使pp球晶晶粒細 化，同吋材料透明度也得到改善。tmp-5和nae-23屬于有機磷酸鹽類成核劑，該類成核劑 能夠顯著提高聚合物的結(jié)晶度，細化晶粒，材料霧度下降，綜合性能提高。成核效應(yīng)與黑度、力學(xué)性能之間存在一定的對應(yīng)關(guān)系：成核效果越好，結(jié)晶度越高，拉 伸強度、彎曲強度、彎曲模量越高，黑度也較高。3.3成核劑對結(jié)晶的影響為了對比各種成核劑對結(jié)晶溫度、熔融溫度等結(jié)晶性能的影響，對上述樣品進行dsc 分析，結(jié)果見圖3和表2。從圖3可知，添加成核劑后，結(jié)晶溫度向高溫方向偏移，結(jié)晶峰變窄、變

7、尖銳。照度最 好的2#和4#配方，結(jié)晶溫度未添加成核劑的1#配方有提高了約12°c, 3#配方的結(jié)晶溫 度提高了 10°c,而5#配方的結(jié)晶溫度才提高約4°c,說明滑石粉的成核效果不佳，tmp-5 和nae-23成核效果良好。圖3成核劑對熔融和結(jié)晶的dsc分析表2成核劑對熔融溫度和結(jié)晶溫度的影響配方12345成核劑無tmp-5cha-1nae23tyt-777a熔融溫度(°c)166166.6166.4167.2166熔融熱恰(mw/mg)1.8831.7641.7491.7011.568結(jié)晶溫度(°c)117.9129.9127. 3131.

8、 1122結(jié)晶熱焙(mw/mg )-3. 144-3. 069-3. 456-2. 805-2. 5983.4成核劑對黑度影響機理探討有關(guān)研究表明，對于多組分的聚合物共混體系，在注塑成型過程中往往形成皮芯 (skin-core)結(jié)構(gòu)，即在注塑成型過程中，由于表皮層和芯層的冷卻速度不同、剪切力差異 大，導(dǎo)致表皮層的組分、形態(tài)結(jié)構(gòu)與芯層存在差異，見圖4和圖5所示。圖5 (a)是一個厚度2mm的注塑片，與我們實驗的注塑色板相似，可以分為典型的四 個層次區(qū)域，從外到里依次是：皮層、取向芯層、過渡區(qū)、非取向芯層。這一現(xiàn)彖從pp/滑 石粉/poe共混體系的高倍sem照片(見圖5 (b)進一步得到證實，從圖

9、中可見約有5um 厚度的皮層，斷面孔洞很少，說明皮層中滑石粉和poe的含量較低；而往中間的區(qū)域可清 晰地觀察到很多滑石粉和poe脫離后留下的不規(guī)則的孔洞的，說明芯層中滑石粉和poe的 含量高丁皮層。fig. 4. consecutive steps of injection moulding process, steps of the process, 1-molten polymer, 2-solidified polymer layer, 3-injection mould, 4-flow front of the polymer, perpendicular flow is marked

10、1 x 4(a)(b)圖5注塑制件皮芯結(jié)構(gòu)的sem照片通過上述分析，可以推測注塑成型過程中，多相共混體系中表層的分散相有向低剪切速 率、低溫度梯度的芯層遷移的趨勢。對于采用炭黑著色的pp體系，其形態(tài)同樣可用“海一 島”結(jié)構(gòu)描述，即炭黑以顆粒狀分散在pp基體中，在注塑過程中，炭黑同樣有向芯層遷移 的趨熱，結(jié)果會導(dǎo)致表層炭黑含量降低，吸收光線能力下降，l值增大，黑度變差。從圖3 分析可知，成核劑的加入提高了 pp的結(jié)晶溫度，意味著表層的熔體在流動過程屮更易硬化, 抑制了炭黑向芯層的遷移，與純pp相比表層炭黑含量提高，吸收光線能力增大，l值變小, 黑度增加。4結(jié)論(1) 添加成核劑后，pp的結(jié)品溫度向高溫方向偏移，結(jié)品峰變窄、變尖銳；(2) tmp-5和nae-23成核效果較好，結(jié)晶溫度較純pp提高了約12°c； cha-1成核效 果次之，結(jié)晶溫度提高了 10°c；滑石粉的成