成核剂对黑色高光PP着色性能的影响及其机理研究.doc

成核剂对黑色高光PP着色性能的影响及其机理研究阳范文摘要：研究了四种不同类型的成核剂对黑色高光PP的着色性能及力学性能的影响，结果表明：添加成核剂后，PP的结晶温度向高温方向偏移，结晶峰变窄、变尖锐；TMP-5和NAE-23成核效果较好、CHA-1次之、滑石粉最差，结晶温度较纯PP分别提高了约12、10和2；成核效果越好，拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量越高，黑度越好；成核剂的加入提高了PP的结晶温度，注塑成型过程中表层熔体更易硬化，抑制了炭黑向芯层迁移，与纯PP相比表层炭黑含量提高，吸收光线能力增强，黑度增加。关键词：成核剂，聚丙烯，结晶，着色性能，机理1 前言从前面的研究发现，采用高结晶、高刚性聚丙烯为基料制备的高光PP，其黑度最好。究其原因，高刚PP分子结构本身具有较高的等规度，容易结晶，成核剂的加入进一步提高了结晶度，从而产生高刚性的力学性能结果。为了分析高结晶高刚PP对黑度影响的本质，本文以PP N-Z30S为基体树脂，研究不同类型的成核剂对黑度、表面光泽度、力学性能、结晶的影响，分析成核剂对结晶行为和注塑成型过程中“皮芯”结构的影响，探讨影响黑度的机理，为配方设计提供理论指导。2 试验方法2.1 材料制备按照表1进行配料，改变成核剂的种类和用量，采用双螺杆挤出机挤出造粒，采用注塑成型机注塑标准色板和力学标准样条。表1 高黑度、高光泽PP的基本配方材 料12345PP N-Z30S100100100100100TMP-5 增刚性成核剂0.5CHA-1 增透性成核剂0.5NAE-23 增刚性成核剂0.5TYT-777A 无机成核剂3黑种B0233333CAST0.30.30.30.30.3X-0010.20.20.20.20.2X0020.20.20.20.20.22.2 测试方法黑度采用电脑测色仪的L值和b值进行表征，其对应关系是L值越小，表面越黑，b值越小，越偏蓝。L值和b值采用X-rite 公司的color eye 7000A进行测试，每个样品取5块色板进行测试，结果取平均值。表面光泽度采用BYK Gardner公司的micro-TRI-gloss 4430进行测试，每个样品取5块色板进行测试，结果取20角的平均值。力学性能按照国标方法进行测试。3 结果与讨论3.1 成核剂对黑度和表面光泽度的影响成核剂对黑度和光泽度的影响见图1。图1 成核剂对黑度和表面光泽度的影响从图中可知，不同的成核剂对黑度的影响不同，无机滑石粉成核剂的成核效果较差，对提高黑度没有帮助；增透性成核剂在于细化晶粒尺寸，黑度略有提高；增刚性成核剂不仅能细化晶粒尺寸，还能有效提高结晶度，黑度有明显的提高，实验结果进一步证实采用高结晶高刚PP为基体树脂配制的黑度最好。添加滑石粉时表面光泽度略有降低，其它成核剂对表面光泽度基本没有影响。3.2 成核剂对力学性能的影响成核剂对力学性能的影响见图2。图2 成核剂对力学性能的影响成核剂的加入能提高材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量，提高的程度与成核剂的特性有关。CHA-1成核剂属于山梨醇及其衍生物，成核剂的加快结晶速率，使PP球晶晶粒细化，同时材料透明度也得到改善。TMP-5和NAE-23属于有机磷酸盐类成核剂，该类成核剂能够显著提高聚合物的结晶度，细化晶粒，材料雾度下降，综合性能提高。成核效应与黑度、力学性能之间存在一定的对应关系：成核效果越好，结晶度越高，拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量越高，黑度也较高。3.3 成核剂对结晶的影响为了对比各种成核剂对结晶温度、熔融温度等结晶性能的影响，对上述样品进行DSC分析，结果见图3和表2。从图3可知，添加成核剂后，结晶温度向高温方向偏移，结晶峰变窄、变尖锐。黑度最好的2和4配方，结晶温度未添加成核剂的1配方有提高了约12，3配方的结晶温度提高了10，而5配方的结晶温度才提高约4， 说明滑石粉的成核效果不佳，TMP-5和NAE-23成核效果良好。图3 成核剂对熔融和结晶的DSC分析表2 成核剂对熔融温度和结晶温度的影响配方12345成核剂无TMP-5CHA-1NAE23TYT-777A熔融温度（）166166.6166.4167.2166熔融热焓（mW/mg）1.8831.7641.7491.7011.568结晶温度（）117.9129.9127.3131.1122结晶热焓（mW/mg）-3.144-3.069-3.456-2.805-2.5983.4 成核剂对黑度影响机理探讨有关研究表明，对于多组分的聚合物共混体系，在注塑成型过程中往往形成皮芯（skin-core）结构，即在注塑成型过程中，由于表皮层和芯层的冷却速度不同、剪切力差异大，导致表皮层的组分、形态结构与芯层存在差异，见图4和图5所示。图5（a）是一个厚度2mm的注塑片，与我们实验的注塑色板相似，可以分为典型的四个层次区域，从外到里依次是：皮层、取向芯层、过渡区、非取向芯层。这一现象从PP/滑石粉/POE共混体系的高倍SEM照片（见图5（b）进一步得到证实，从图中可见约有5um厚度的皮层，断面孔洞很少，说明皮层中滑石粉和POE的含量较低；而往中间的区域可清晰地观察到很多滑石粉和POE脱离后留下的不规则的孔洞的，说明芯层中滑石粉和POE的含量高于皮层。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(a) (b)图5 注塑制件皮芯结构的SEM照片通过上述分析，可以推测注塑成型过程中，多相共混体系中表层的分散相有向低剪切速率、低温度梯度的芯层迁移的趋势。对于采用炭黑着色的PP体系，其形态同样可用“海岛”结构描述，即炭黑以颗粒状分散在PP基体中，在注塑过程中，炭黑同样有向芯层迁移的趋势，结果会导致表层炭黑含量降低，吸收光线能力下降，L值增大，黑度变差。从图3分析可知，成核剂的加入提高了PP的结晶温度，意味着表层的熔体在流动过程中更易硬化，抑制了炭黑向芯层的迁移，与纯PP相比表层炭黑含量提高，吸收光线能力增大，L值变小，黑度增加。4 结论（1） 添加成核剂后，PP的结晶温度向高温方向偏移，结晶峰变窄、变尖锐；（2） TMP-5和NAE-23成核效果较好，结晶温度较纯PP提高了约12；CHA-1成核效果次之，结晶温度提高了10；滑石粉的成核效果一般，结晶温度提