共混改性聚丙烯超临界CO

1、共混改性聚丙烯/超临界C0_2连续挤出发泡成型研究及机理分析微孔泡沫塑料减少了材料的使用量 ,节约了成本 , 减小了塑料给环境带来的 污染, 而且微孔塑料具有很好的物理机械性能 , 在许多领域有重要的用途。 聚丙烯 （PP价格便宜,力学性能优异,用途非常广泛。PP泡沫塑料具有良好的可降解回收性及环保性，耐热和化学稳定性好，在工 业应用中聚丙烯泡沫塑料被当作 PS和PE泡沫材料的替代品。如果将 PP进行微 孔发泡成型 , 将进一步扩大它的用途。然而普通PP是线性、结晶性聚合物，熔融以后,黏度急剧下降，熔体强度非常 低，所以普通PP的发泡性能很差,很难制得泡孔结构较好的泡沫塑料。本文对有 添加剂存

2、在条件下的气泡成核机理进行了分析 , 引入了“负压力”的概念 , 从气泡 成核角度研究了纳米粘土加入后对气泡成核和长大的影响。同时对聚二甲基硅氧烷（PDMS加入后对PP发泡的影响机理进行了分析。 本研究通过与其它材料共混的方法,以超临界C0<sub>2</sub为发泡剂,在连续 挤出发泡过程中研究了各种共混配方对 PP发泡性能的改善效果。PDM具有高的C0<sub>2</sub溶解度、低的表面张力和高的C0₂ 渗透能力,因此，如果在PP发泡过程中引入PDMS必将对PP发泡产生积极的影响。 本文通过将三种聚合方式（

3、即均聚高熔体强度 PP,无规共聚PP,嵌段共聚PP的 PP与 PDM共混,首次在连续挤出发泡过程中系统地研究了 PDMS卩入后对三种PP 发泡性能的改善效果。研究表明,加入PDM后,由于PDM对C0<sub>2</sub具有较高的溶解度,因 此在压力释放（聚合物从模头挤出）后,聚合物熔体中的PDM$目就可以在气体逸出过程中包覆住更多的气体。当 PP周围的“富气体区域”用于气泡核长大的气体快耗尽时,由于PDMS目的C0<sub>2v/sub：<度远远高于PP相,两相间巨大的 浓度差就会促使一部分 C0<sub>2</sub从PDM$目扩散到P

4、P相，从而用于气泡核 的长大。由于泡孔的尺寸一定要超过临界气泡核半径才能继续长大，因此PDM湘的 存在就可以及时对气泡核进行 C0<sub>2</sub补充,延长了气泡的生长周期,这 样就有效地防止了气泡核在长大过程中的塌陷，改善了 PP的发泡性能，提高了 PP 发泡的膨胀率和泡孔密度。研究发现三种纯PP材料比较,无规共聚PP( R-PP)的发泡性能最差,嵌段共聚PP( B-PP)的发泡性能最好。共混改性后,使用均聚高熔体强度PP( H-PP)制得了孔径为50-100卩m,泡孔 密度为2.27 x 10⁷个/cm<sup&g

5、t;3</sup>,膨胀率接近22倍的PP发泡 材料。当超临界CO<sub>2</sub含量为3唏口 5%寸,PDMS和相容剂PP-g-MAH的加 入显著提高了 H-PP的泡孔密度，这说明一方面PP-g-MAH和PDM的加入充当了成 核剂的作用；另一方面H-PP相与PDMS目界面,H-PP相与PP-g-MAH相界面以及 PP-g-MAH与 PDMSI界面间由于成核能垒的降低，也诱导了异相成核，说明此时异 相成核是决定泡孔密度的主要机制。当CO<sub>2</sub含量较高(7% 时，高含量的CO<sub>2</sub诱导了巨大

6、的热力学不稳定性 ,引发了大量的气泡核 ,使得均相成核成为影响成核泡孔数量 的主要因素，此时PDMSf PP-g-MAH的引入对H-PP发泡样品的泡孔密度影响不大。 PDMS勺加入对R-PP和B-PP的发泡性能也有一定程度的改善，但改善效果不如 H-PP。改性后，使用B-PP在CO<sub>2</sub含量为3%寸,制得了孔径在50-100卩 m,最高泡孔密度接近 2X 10⁷个/cm³,膨胀率为13倍左右的发泡材料；当C0<sub>2</sub含量提高为5%寸，使用

7、B-PP制得了泡孔密度为2.3 X 10⁷个/cm³,孔径为 100 卩 m左右，膨胀率接近 24 倍的发泡PP材料。本文还在连续挤出发泡过程中研究了纳米粘土( Nano-clay ) 的加入对两种不同聚合方式的 PP发泡性能的影响，实验以超临界CO₂ 为发泡剂。研究中发现,Nano-clay和PP-g-MAH勺加入使得PP的熔体强度发生了一定 程度的下降。由于实验中使用了 PP-g-MAHf乍为相容剂，而PP-g-MAH勺MFR很高, 熔体强度的下降可能是

8、因为相容剂 PP-g-MAH的影响。尽管共混体系的熔体强度较纯PP有所下降，但是Na no-clay的引入还是在很 大程度上改善了 PP尤其是线性均聚PP( LH-PF)的发泡效果。原因可能有两个 方面:一方面,纳米黏土乍为成核剂提供了更多的成核点 ,使得更多的气体用于了 气泡的成核和长大，提高了气体的使用效率；另一方面，相容剂PP-g-MAH的加入 也使得PP与 PP-g-MAH界面成为气泡成核点，有利于提高PP发泡样品的泡孔密度。最后本课题首次在连续挤出发泡过程中研究了PS与Nano-clay的加入对PP发泡性能的协同作用，实验以超临界CO<sub>2</sub为发泡剂。

9、研究表明,PP与 PS共混提高了 PP的结晶温度；同时由于PP与PS是典型的不相容聚合物,PP-PS 界面处成核自由能垒降低，促进了气泡在界面处的成核，改善了 PP的发泡性能。Nano-clay的加入进一步改善了 PP/PS共混体系的发泡性能，当Nano-clay含量较低(0.5%)时，制得了孔径为50-100卩m,泡孔密度为6.08 X 10⁷ 个/cm³,膨胀率超过14倍的高发泡PP泡沫塑料；当Nano-clay含量 较高(3%和5%时，提高了 PP/PS共混体系的粘度和熔体强度，在Na no-clay含量为5%寸,制得了平均泡孔直径在10-30卩m,泡孔密度达到2.16 X10<sup>