高光泽低气味聚丙烯的结构与性能研究

作者
董莉;
摘要
聚丙烯(PP)具有质轻、比强度高、耐热与耐腐蚀等优异的性能,是替代金属基外壳材料的首选。然而,其光泽度较低,挥发性有机化合物(VOC)含量较高,阻碍了其在家电、汽车装饰、日用品等领域的应用。因此,迫切需要开发一种环境相容的、适应不同应用环境的、高光泽低气味的聚丙烯材料,以满足其在家电、汽车装饰、日用品等领域的应用需求。本文采用熔融共混和纳米复合技术,以聚丙烯EPZ30R为基料,采用向基体中引入相容性好、成核效果优异的α成核剂以及吸附、光解作用较好的除味剂等功能填料,制备出了具有高光泽低气味性能的聚丙烯材料,在有效提高其力学性能的基础上,大幅度改善材料的光泽度与气味性能,并赋予聚丙烯材料的结构和光泽气味性能的智能可控性。研究了成核剂和除味剂对聚丙烯微观结构和性能的影响,考察了聚丙烯材料在不同制备工艺条件下微观结构和性能的变化,揭示了基础树脂的微观结构与光泽性能之间的关系,结合成核剂的成核机理与除味剂的吸附、光解效应,分析了影响PP光泽度与气味的物理机制。在此基础上,从聚丙烯材料的结构设计入手,发展了几种高光泽低气味及性能智能可控的聚丙烯材料,提高我国在该领域的国际竞争力,满足了我国家电、汽车装饰、日用品等领域对高性能聚丙烯材料的迫切需求。主要研究内容与研究结果如下:(1)采用EPZ30R与EP548N为基础树脂,研究了连续相与分散相的相容性与光泽度的相关关系。结果表明:EPZ30R中连续相与分散相的分子量分布(MWD)较窄,玻璃化转变温度(Tg)之差较小,橡胶相尺寸较小与分布较均匀,乙烯含量与橡胶相含量低,使得光泽度较高,综合性能优于EP548N。基础树脂中的连续相与分散相的相容性好,有助于PP表面平整度的提高,进而改善PP的光泽度。(2)采用α成核剂HPN-20E、EPX715与NX8000对PP的光泽度进行改性研究,制备了光泽度较高的EPZ30R材料。结果表明:HPN-20E改性EPZ30R的晶核密度较大,结晶速率最快,结晶度较大,光泽度较高,模量大,热变形温度高,气味较低,综合性能良好。成核剂可以细化PP的球晶尺寸,使得球晶的尺寸小于可见光波长,减弱了PP对光的散射与折射作用,提高了反射光的光通量,从而提高PP的光泽度。再采用上一步实验优选的HPN-20E,按照0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%与0.08%的添加配方,制备了高光泽EPZ30R材料。结果表明:当HPN-20E的用量为0.07%时,PP的晶核密度大、晶粒尺寸小,结晶速率快,结晶度大,光泽度高,模量大,热变形温度高。适量的HPN-20E在PP基体中分散得更加均匀,对PP光泽度的提升效果更佳的显著。(3)首先采用表面改性剂KH570对nano-ZnO进行表面改性处理,制备了改性nano-ZnO粉体。结果可知:改性nano-ZnO的接触角为151.35°,基本未出现二次团聚现象,-OH峰也明显减弱,说明改性效果明显。改性nano-ZnO的极性越低,在PP基体中的分散得越均匀,有利于PP光泽度的改善。其次,采用自制改性nano-ZnO除味剂、硅酸盐除味剂与商品分子筛除味剂,制备了低气味EPZ30R材料。结果表明:自制改性nano-ZnO除味剂改性PP的气味等级降低了1.50,光泽度也较高,改性效果较佳。改性nano-ZnO的比表面积较大时,可以吸附更多的VOC(Volatile Organic Compounds)小分子,同时将小分子光解成CO_2和H_2O等基本无害的物质,通过自然挥发或者抽真空等方式使其排出PP基体,达到永久去除PP中气味的目的。最后,采用HPN-20E与nano-ZnO复配的改性剂,按照一定的比例与用量,制备了高光泽低气味EPZ30R材料。结果表明:当HPN-20E与改性nano-ZnO的比例为2/3,总用量为0.10%时,EPZ30R的VOC、雾度(FOG)值较小,气味等级低,晶核密度大、晶粒尺寸小,结晶速率快,光泽度高,力学性能基本不变。HPN-20E与改性nano-ZnO对PP光泽度与气味性能的改善具有协同作用。
关键词/主题词
聚丙烯;成核剂;高光泽;除味剂;低气味
页数
73
出版日期
2019-03-14
学位授予单位
兰州理工大学
学位年度
2019
学位
硕士
导师
张定军;杨世元
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