稀土β晶成核剂对聚丙烯结晶与发泡性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.12.005

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (12): 29-36.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.12.005

稀土β晶成核剂对聚丙烯结晶与发泡性能研究

刘亚宁¹, 刘海明², 刘劭¹, 陈士宏¹, 王向东¹()

^1.北京工商大学轻工科学与工程学院，北京 100048
^2.郑州大学材料科学与工程学院，郑州 450001

收稿日期:2024-09-26 出版日期:2024-12-26 发布日期:2024-12-25
通讯作者: 王向东（1972-），男，教授，博士研究生导师，主要从事聚合物发泡材料的研究开发，wangxid@th.btbu.edu.cn
E-mail:wangxid@th.btbu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(52273030)

Effect of rare earth β⁃nucleating agent on crystallization and foaming properties of polypropylene

LIU Yaning¹, LIU Haiming², LIU Shao¹, CHEN Shihong¹, WANG Xiangdong¹()

^1.School of Light Industry Science and Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China
^2.School of Materials Science and Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China

Received:2024-09-26 Online:2024-12-26 Published:2024-12-25
Contact: WANG Xiangdong E-mail:wangxid@th.btbu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

为探讨成核剂WBG⁃Ⅱ在长链支化聚丙烯（LCBPP）/等规聚丙烯（iPP）共混物中的β晶诱导效果及其对PP材料力学性能和泡沫结构的影响，通过在LCBPP中引入不同成核剂，利用X射线衍射、差示扫描量热仪和旋转流变仪对样品进行表征，筛选出高效诱导β晶的成核剂WBG⁃Ⅱ。结果表明，当加入5份（质量份，下同） WBG⁃Ⅱ时，LCBPP的冲击强度提升了128 %，而拉伸强度下降幅度控制在20 %以内；同时，成核剂的加入对LCBPP的熔体强度无显著负面影响。利用差示扫描量热议进一步观察发现，成核剂WBG⁃Ⅱ对iPP具有强效的诱导β晶取向作用；在LCBPP基体中掺入iPP显著提高了混合物中β晶的结晶度；与纯LCBPP相比，LCBPP/iPP配比1∶1的样品结晶度提高了190 %；此外，加入iPP还增强了PP混合物在高频下的储能模量和复数黏度。

关键词: 长支链支化聚丙烯, 等规聚丙烯, β晶成核剂, 超临界二氧化碳, 微孔泡沫

Abstract:

A variety of nucleating agents were introduced into long⁃chain branched polypropylene （LCBPP） to investigate the β⁃crystal nucleating effect of a nucleating agent WBG⁃Ⅱ in the LCBPP/isotactic polypropylene （iPP） blends as well as to evaluate their impact on the mechanical properties and foam structure of formed PP materials. The as⁃prepared samples were characterized by X⁃ray diffraction， differential scanning calorimetry， and rotational rheometer to identify the highly effective β⁃crystal inducer， WBG⁃Ⅱ. The results indicated that the addition of 5 phr WBG⁃Ⅱ resulted in an increase in the impact strength of LCBPP by 128 %， whereas its tensile strength decreased by above 20 %. Additionally， the nucleating agent had no significant adverse effect on the melt strength of LCBPP. Polarized optical microscopy （POM） observations further revealed that WBG⁃Ⅱ effectively induced the β⁃crystal orientation in iPP. Incorporating iPP into the LCBPP matrix significantly increased the β⁃crystal content in the blend. Compared to pure LCBPP， there was an increase in the crystallinity degree by 190 % for the LCBPP/iPP sample at a mas ratio of 1/1. Furthermore， the addition of iPP enhanced the storage modulus and complex viscosity of the PP blend under high⁃frequency conditions.

Key words: long?chain branched polypropylene, isotactic polypropylene, β?phase nucleating agent, supercritical carbon dioxide, microcellular foam

中图分类号:

TQ325.1⁺4

刘亚宁, 刘海明, 刘劭, 陈士宏, 王向东. 稀土β晶成核剂对聚丙烯结晶与发泡性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(12): 29-36.

LIU Yaning, LIU Haiming, LIU Shao, CHEN Shihong, WANG Xiangdong. Effect of rare earth β⁃nucleating agent on crystallization and foaming properties of polypropylene[J]. China Plastics, 2024, 38(12): 29-36.

图/表 11

样品编号	聚丙烯名称	聚丙烯牌号	成核剂牌号	聚丙烯含量/份	成核剂含量/份	抗氧剂含量/份
1^#	LCBPP	WB140	-	100	-	1
2^#		WB140	TMB⁃5	100	2.5	1
3^#		WB140	NU⁃100	100	2.5	1
4^#		WB140	WBG⁃Ⅱ	100	2.5	1
5^#	iPP	T30S	-	100	-	1
6^#		T30S	TMB⁃5	100	2.5	1
7^#		T30S	NU⁃100	100	2.5	1
8^#		T30S	WBG⁃Ⅱ	100	2.5	1

表1 成核剂种类实验配方表

Tab.1 Experimental formula of the nucleating agent type

样品编号	聚丙烯牌号	成核剂牌号	聚丙烯含量/份	成核剂含量/份	抗氧剂含量/份
9^#	WB140	WBG⁃Ⅱ	100	0	1
10^#	WB140	WBG⁃Ⅱ	100	0.25	1
11^#	WB140	WBG⁃Ⅱ	100	1.25	1
12^#	WB140	WBG⁃Ⅱ	100	2.5	1
13^#	WB140	WBG⁃Ⅱ	100	3.75	1
14^#	WB140	WBG⁃Ⅱ	100	5.0	1

表2 成核剂含量实验配方表

Tab.2 Formula of the nucleating agent content test

样品编号	成核剂牌号	iPP含量/份	LCBPP 含量/份	成核剂含量/份	抗氧剂含量/份
15^#	WBG⁃Ⅱ	0	100	2.5	1
16^#	WBG⁃Ⅱ	10	90	2.5	1
17^#	WBG⁃Ⅱ	20	80	2.5	1
18^#	WBG⁃Ⅱ	30	70	2.5	1
19^#	WBG⁃Ⅱ	40	60	2.5	1
20^#	WBG⁃Ⅱ	50	50	2.5	1

表3 LCBPP/iPP共混实验配比表

Tab.3 Ratio of the LCBPP/iPP blending experiment

图 1 不同成核剂LCBPP样品的结晶行为

Fig.1 Crystallization behavior of LCBPP samples with different nucleating agents

图2 不同成核剂含量LCBPP样品的结晶行为

Fig.2 Crystallization behavior of LCBPP samples with different nucleating agent contents

图3 不同成核剂含量LCBPP样品的动态流变曲线

Fig.3 Dynamic rheological curves of LCBPP samples with different nucleating agent content

图4 不同成核剂含量样品的冲击强度柱状图和拉伸强度曲线

Fig.4 Impact strength histogram and tensile strength curve of samples with different nucleating agent content

图5 不同配比LCBPP/iPP样品的结晶行为

Fig.5 Crystallization behavior of LCBPP/iPP samples with different proportions

图6 不同配比LCBPP/iPP样品的动态流变曲线

Fig.6 Dynamic rheological curves of LCBPP/iPP samples with different proportions

图7 不同配比LCBPP/iPP泡沫样品泡沫倍率、平均泡孔尺寸、泡孔密度统计图

Fig.7 Statistical diagram of foam ratio， average cell size and cell density of LCBPP/iPP foam samples with different proportions

图8 不同LCBPP/iPP配比共混物的SEM照片和尺寸分布统计图

Fig.8 SEM and size distribution statistics of blends with different LCBPP/iPP ratios

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