如何选择塑料改性剂



聚丙烯(PP)是用量仅次于聚乙烯的通用塑料。这主要由于PP具有良好的耐热性能和力学性能、密度小以及比工程塑料低的价格优势。近年来，制备高流动性的聚丙烯(PP)已成为研究的热点之一，这主要是流动性好的材料可以应用在大型的注塑制品上，此外良好的流动性可以大幅缩短成型加工时间，节约加工所需要的能耗，在经济上具有很大的价值。制备高流动性PP材料的方法有很多，由于在合成PP时对相对分子质量进行控制和PP可控降解的方法需要的技术较高，成本相对高。而将润滑剂加入到PP的方法简单，具有一定实际应用价值。 

    文献报道中，单一采用某种润滑剂改性PP的文章较多，但是将多种润滑剂进行综合比较，并对其机理进行研究的文献很少，本研究的目的为分析不同润滑剂加入PP及其力学性能，并进行相应的机理研究。

    1 试验部分

    1.1 原材料

    PP，牌号M2600R，上海石化股份有限公司；聚烯烃弹性体(POE)，牌号Engage8003，杜邦-陶氏化学公司；硬脂酸、硬脂酸单甘酯、硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸铝、硬脂酸铅、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯、乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)，市售。

    1.2 仪器与设备

    Te-50型双螺杆挤出机，南京科亚公司；HTX110型注射成型机，宁波海天公司；ZK-82B型真空干燥箱，上海市实验仪器总厂；IN-STRON-4466型万能试验机，美国Instron公司；冲击性能测试仪器，英国雷兰公司；PerkinElmer7型差示扫描量热仪、热失重分析仪，美国Perkin-Elmer公司。

    1.3 共混物及试样的制备

   PP/POE制备在同轴双螺杆挤出机上进行，挤出机的技术参数为：螺杆直径(d)35mm，长径比为35：1，转速为200r/min，塑化段温度设定为185℃。各个配方配比为PP100份，POE10份，硬脂酸、硬脂酸单甘酯、硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸铅、硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸铝、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯、EBS各4份。测试样条的制备根据ASTM标准在注射成型机上进行，注塑温度200℃，模具温度23℃。

    1.4 性能测试

    拉伸性能测试按ASTM D638标准进行，弯曲性能测试按ASTM D790标准进行，Izod缺口冲击测试按AS 256进行。

    样品的熔融与结晶测试在差示扫描量热仪上进行，每个样品以10℃/min的升温速率从25℃升温到250℃，接着以10℃/min的冷却速率从250℃降温到25℃。

2 结果与讨论 

    2.1 不同润滑剂对PP/POE力学性能的影响

    表1是不同润滑剂对PP/POE拉伸强度的影响。从表1可以看出，添加润滑剂后PP/POE的拉伸强度均有所下降，EBS对PP/POE的拉伸强度影响最大；硬脂酸铝、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯影响次之；硬脂酸、硬脂酸单甘酯、硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸铅的影响较小。说明硬脂酸类   润滑剂对PP/POE的拉伸强度影响不大。

表1 不同润滑剂对PP/POE拉伸强度的影响

润滑剂	拉伸强度/MPa
EBS	22.8
硬脂酸铝	23.7
聚丙烯蜡	24.3
氧化聚乙烯	24.4
聚乙烯蜡	24.5
硬脂酸镁	25.4
硬脂酸	25.6
硬脂酸锌	25.7
硬脂酸单甘酯	25.9
硬脂酸铅	26.0
硬脂酸钙	26.1
硬脂酸钡	26.5
不加润滑剂	27.1

表2是不同润滑剂对PP/POE常温冲击强度的影响。从表2可以看出，硬脂酸、聚丙烯蜡、EBS的加入大大降低了常温冲击强度，硬脂酸镁、硬脂酸铅、氧化聚乙烯、硬脂酸铝、硬脂酸钙、硬脂酸钡的加入稍微降低了共混物的常温冲击强度，硬脂酸锌、聚乙烯蜡、硬脂酸单甘酯的加入稍微提高了共混物的冲击强度，可以看出硬脂酸盐类润滑剂对冲击强度影响不大。
不同润滑剂对PP/POE性能的影响  表2 不同润滑剂对PP/POE冲击强度的影响 润滑剂	缺口冲击强度/(J·m-1)
硬脂酸	130.4
聚丙烯蜡	150.6
EBS	220.3
硬脂酸镁	470.7
硬脂酸铅	480.3
氧化聚乙烯	490.4
硬脂酸铝	510.6
硬脂酸钙	520.8
硬脂酸钡	530.2
不加润滑剂	550.5
硬脂酸锌	550.7
聚乙烯蜡	560.3
硬脂酸单甘酯	570.2

    表3是不同润滑剂对PP/POE弯曲模量的影响。从表3可以看出，不同润滑剂的加入对PP/POE弯曲模量的影响相当大，EBS降低PP/POE的弯曲模量，其余的均提高了弯曲模量，聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯、硬脂酸、硬脂酸钡、硬脂酸单甘酯对提高PP/POE的弯曲模量效果相当，硬脂酸钙、硬脂酸铝、硬脂酸镁、硬脂酸铅依次提高了PP/POE的弯曲模量，硬脂酸铅和硬脂酸锌效果一样，说明不同润滑剂对PP/POE的弯曲模量影响是不同的。

表3 不同润滑剂对PP/POE弯曲模量的影响

润滑剂	弯曲模量/MPa
EBS	825.4
不加润滑剂	850.3
聚丙烯蜡	854.1
聚乙烯蜡	905.4
氧化聚乙烯	910.3
硬脂酸	921.7
硬脂酸钡	950.2
硬脂酸单甘酯	958.5
硬脂酸钙	1000.3
硬脂酸铝	10.3
硬脂酸镁	1106.3
硬脂酸铅	1214.7
硬脂酸锌	1220.2

2.2 不同润滑剂对PP/POE加工性能的影响 

    通过毛细管流变仪研究发现，添加的润滑剂的情况依次为未加润滑剂、聚乙烯蜡、EBS、硬脂酸铝、氧化聚乙烯、硬脂酸镁、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚丙烯蜡、硬脂酸单甘酯、硬脂酸铅、硬脂酸钡的PP/POE剪切应力依次降低。未加润滑剂与添加润滑剂的情况下，剪切应力明显不同，说明润滑剂起降低分子间力的作用，使分子的运动容易，因而对外应力的响应快。

    表4是不同润滑剂对PP/POE熔体流动速率(MFR)的影响，反映了PP/POE在静态条件下的流动性能，从表4可以看出MFR由低到高依次为：不添加润滑剂及添加聚乙烯蜡、硬脂酸钡、硬脂酸钙、氧化聚乙烯、硬脂酸锌、聚丙烯蜡、硬脂酸镁、硬脂酸铅、硬脂酸铝、硬脂酸、EBS、硬脂酸单甘酯。与毛细管流变测试结果相比，这种顺序有很大的不同，说明润滑剂对PP/POE静态流动性和动态流动性的影响不一致。

表4 不同润滑剂对PP/POE MFR的影响

润滑剂	MFR/[g·(10min)-1]
不加润滑剂	14.6
聚乙烯蜡	16.5
硬脂酸钡	17.1
硬脂酸钙	18.0
氧化聚乙烯	18.5
硬脂酸锌	18.5
聚丙烯蜡	18.6
硬脂酸镁	18.9
硬脂酸铅	19.2
硬脂酸铝	20.1
硬脂酸	20.5
EBS	20.5
硬脂酸单甘酯	21.4

    2.3 不同润滑剂对PP/POE结晶性能的影响

    表5是不同润滑剂对PP/POE结晶温度的影响，结晶温度由高到低依次为未加润滑剂、EBS、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯、硬脂酸单甘酯、硬脂酸钙、硬脂酸钡、聚乙烯蜡、硬脂酸铅、硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸、硬脂酸铝。

表5 不同润滑剂对PP/POE结晶温度的影响

润滑剂	结晶温度/℃
不加润滑剂	127.7
EBS	125.9
聚丙烯	125.5
氧化聚乙烯	124.1
硬脂酸单甘酯	123.8
硬脂酸钙	123.9
硬脂酸钡	123.5
聚乙烯蜡	123.2
硬脂酸铅	122.9
硬脂酸锌	122.4
硬脂酸镁	120.3
硬脂酸	116.4
硬脂酸铝	115.6

从表5可以看出，硬脂酸盐类润滑剂有利于PP/POE的结晶，提高了结晶速度，这可能是金属盐起成核剂作用。

2.4 不同润滑剂对PP/POE热性能的影响 

    表6是不同润滑剂对PP/POE热变形温度的影响。从表6可以看出，不同润滑剂对PP/POE的热变形温度影响相当大，热变形温度由低到高依次顺序为：硬脂酸、硬脂酸铝、硬脂酸镁、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、硬脂酸锌、硬脂酸单甘酯、硬脂酸铅、EBS、氧化聚乙烯、硬脂酸钡、聚丙烯蜡。氧化聚乙烯、硬脂酸钡、聚丙烯蜡的加入提高了PP/POE的热变形温度。这可能是由于氧化聚乙烯、硬脂酸钡、聚丙烯蜡分子受温度的影响较小的缘故。

表6 不同润滑剂对PP/POE热变形温度的影响

润滑剂	热变形温度/℃
硬脂酸	79
硬脂酸铝	81
硬脂酸镁	84
硬脂酸钙	86
聚乙烯蜡	87
硬脂酸锌	87
硬脂酸单甘酯	88
硬脂酸铅	90
EBS	91
不加润滑剂	93
氧化聚乙烯	95
硬脂酸钡	95
聚丙烯蜡	100

    表7是不同润滑剂对PP/POE的热失重温度的影响，试验采用的是空气流进行测试，因此从某种程度上可以反映出材料的热老化性能。表7可以看出，热失重温度由低到高依次为硬脂酸单甘酯、硬脂酸、EBS、聚丙烯蜡、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、硬脂酸钡、氧化聚乙烯、不加润滑剂、硬脂酸铝、硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸铅。

    从表7可以看出，添加硬脂酸铅的PP/POE，热失重温度高很多，说明硬脂酸铅能大幅提高PP/POE的热老化性能。

表7 不同润滑剂对PP/POE热失重温度的影响

润滑剂	热失重温度/℃
硬脂酸单甘酯	331.0
硬脂酸	331.5
EBS	333.7
聚丙烯蜡	333.9
硬脂酸钙	336.1
聚乙烯蜡	337.2
硬脂酸钡	339.0
氧化聚乙烯	339.5
不加润滑剂	340.1
硬脂酸铝	349.5
硬脂酸镁	351.7
硬脂酸锌	358.4
硬脂酸铅	407.5

    3 结论

    a)硬脂酸类润滑剂对PP/POE的拉伸强度影响不大，硬酯酸盐类润滑剂对PP/POE冲击强度影响不大；EBS、聚丙烯蜡、硬脂酸对PP/POE冲击强度有很大的影响。

    b)润滑剂对PP/POE的弯曲模量、热变形温度均有一定的影响。

    c)硬脂酸盐类有利于PP/POE结晶。

    d)不同润滑剂均对PP/POE的MFR具有很大的改善作用。