成核剂对黑色高光PP着色性能的影响及其机理研究

1、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nae23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。（2、10弋和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刖旨从前面的研

2、究发现，采用高结品、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 了结品度，从而产生高刚性的力学性能结果。为了分析高结品高刚pp对黑度影响的本质，本文以ppn-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“皮一芯”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的基木

3、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，表而越黑，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。表而光泽度采用byk gardner公司的micro-tri-

4、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k020.0-0.1-020.30 4nucleating agent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佼差，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

5、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

6、、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，成核剂的加快结品速率，使pp球晶晶粒细 化，同吋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

7、尖锐。照度最 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°c, 3#配方的结晶温 度提高了 10°c,而5#配方的结晶温度才提高约4°c,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(°c)166166.6166.4167.2166熔融热恰(mw/mg)1.8831.7641.7491.7011.568结晶温度(°c)117.9129.9127. 3131.

8、 1122结晶热焙(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。这一现彖从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

9、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 含量高丁皮层。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

10、1 x 4(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“海一 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 的趋热，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屮更易硬化, 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的结品温度向高温方向偏移，结品峰变窄、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°c； cha-1成核效 果次之，结晶温度提高了 10°c；滑石粉的成