PC/PBT改性聚丙烯的研究

徐晶晶 　陈学刚

(青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东 青岛，266042)



PC/PBT改性聚丙烯的研究

徐晶晶 陈学刚*

(青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东 青岛，266042)

以聚碳酸酯(PC)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)并用且以马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)作为相容剂来改性聚丙烯(PP)，详细研究了PC/PBT改性PP的工艺条件以及不同结构对PP共混物性能的影响。结果表明，当PC与PBT的质量分数分别为5.0%和2.5%时，改性PP共混物的拉伸强度为24.0 MPa，缺口冲击强度达到28.9 kJ/m2，比未改性PP的冲击强度提高了7倍。同时研究了PP-g-MAH的用量对PP共混物性能影响，当PC与PBT的质量分数分别为10.0%和5.0%时，PP-g-MAH的质量分数为2.0%时，共混物的缺口冲击强度达到27.8 kJ/m2。PP-g-MAH可有效提高PC/PBT与PP之间的相容性。

聚丙烯聚碳酸酯聚对苯二甲酸丁二醇酯改性力学性能

聚丙烯(PP)由于其原料来源丰富、价格便宜、易于加工成型、产品综合性能优良等，因而用途非常广泛，但仍存在一些不足之处，其中较为突出的缺点包括低温易脆断、抗蠕变性能差等[1]。为改善并提高PP的性能，以便满足更多领域的使用要求，拓展其在工程领域的应用，对PP进行改性已成为研究热点。PP的改性方法主要有物理改性和化学改性2种[2-3]。使用工程塑料来改性PP，可得到韧性、强度和刚性均有所提高的共混物，近年来已成为拓宽PP应用领域，获得高强度高韧性PP的有效途径。聚对苯二甲酸丁醇酯(PBT)因为分子链中具有相对较长的亚甲基而韧性较好，聚碳酸酯(PC)分子结构的刚性结构为其高强度提供依据，二者因为同属聚酯，极性相当,有良好的共容性。现用PBT的高韧性以及PC的高刚性，将两者并用且以聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)作为相容剂来改性PP，研究PC/PBT并用改性PP的工艺条件以及不同结构对PP性能的影响，揭示材料结构与性能的相互关系，实现PP的强度及韧性提高，为该类聚合物的改性提供新的思路和途径。

1　试验部分

1.1主要材料

PP，K8303，均聚，大连西太平洋石油化工有限公司；PP-g-MAH，接枝率0.8%，宁波能之光新材料有限公司； PC，110，台湾奇美；PBT，NC010，美国GE公司。

1.2 主要仪器及设备

电热鼓风干燥箱，101A-1，上海市实验仪器总厂；差示扫描量热仪(DSC),DSC-204，德国Netzsch公司；熔体流动速率(MFR)测试仪、GT-7100-MI，拉力试验机、GT-TCS-2000，弯曲试验机、GT-TCS-2000，冲击试验机、GT-7045-MDH型，高铁科技股份有限公司；平行同向双螺杆挤出机，D36、长径比34，南京科亚机械有限公司；注塑机，130F2V，东华机械有限公司；扫描电镜(SEM)，JSM-7500F，日本电子公司。

1.3 试样制备

先把原料用烘箱干燥，PP在80 ℃下干燥2 h，PC放入120 ℃下干燥4 h，PBT在100 ℃下干燥8 h， PP-g-MAH在80 ℃干燥1 h。共混物按照一定的比例确定配方挤出造粒，之后注射成型。

1.4 性能测试

拉伸性能按照GB/T 1040—1992标准测试，测试条件：室温25 ℃，测试速度10 mm/min；弯曲性能按照GB/T 9341—2000标准测试，跨度64 mm，弯曲速度2.0 mm/min。冲击性能按照GB/T 1043—1993标准测试。MFR根据GB 3682—2000标准测试，试验温度300 ℃，负荷1.200 kg。热性能分析采用差示DSC进行，在氮气气氛下从室温开始以10 ℃/min升温，升至270 ℃后保温5 min，再以10 ℃/min降温。

2　结果与讨论

2.1PC/PBT对PP共混物性能的影响

共混物中，以PP-g-MAH质量分数为2.0%，通过改变PC，PBT的比例，探究PC/PBT的质量比例对以PP为基体的共混物性能的影响。

2.1.1PC/PBT比例对PP共混物MFR的影响

表1为不同PC/PBT的质量比对PP/PP-g-MAH/PC/PBT共混物MFR的影响。从表1可以看出，随着PC/PBT的质量比不断增大，共混物的MFR总体变化趋势为先增后减。这是由于PBT的MFR较高，其流动性比PC的好，因此共混物的熔体流动性好；由于当PC/PBT的质量比大于1时，改性剂PC的含量较多，使得共混物的熔体流动性降低。其中，当PC质量分数为2.0%，PBT质量分数为1.0%即PC/PBT质量比为2∶1时，2种改性剂与PP-g-MAH在相界面间的化学反应生成了能够充当相容剂的共聚物，使得分子链增长，共混物熔体的黏度增大，因此共混物的MFR降低。

表1 不同PC/PBT比例下共混物的MFR

注：1，2，3，4，5为样品编号，下文1，2，3，4，5样品编号配方与此同。

2.1.2 PC/PBT对PP共混物力学性能的影响

表2给出了不同PC/PBT的质量比对共混物力学性能的影响。从表2可以看出，随着PC/PBT质量比的增加，共混物的拉伸强度及弯曲强度先逐渐增大然后降低，当PC/PBT的质量比为2∶1时，共混物的拉伸强度及弯曲强度达到最大。此外，PC/PBT两者的质量比在0.5～2.0时，共混物的缺口冲击强度最大在18 kJ/m2左右，与纯PP的相比提高了约5倍。随着PC/PBT比例的增加，共混物的冲击强度有降低趋势，这是因为受共混物中PP-g-MAH含量的限制，PC/PBT质量比的继续增加，共混物中粒子的平均粒径变大，粒径分布变宽，分散相粒子易在PP基体内形成缺陷，当受到外力冲击时极易产生应力集中，共混物产生的微裂纹和塑性变形太大，进而发展成为宏观的应力开裂，导致共混物的韧性变差，冲击强度下降，同时影响到共混物的力学性能。

表2　不同PC/PBT比例下共混物的力学性能

2.2 PC/PBT用量对PP共混物性能的影响

通过分别研究PC的含量、PBT的含量与以PP为基体的共混物物理性能的关系。下面确定加入PC与PBT的质量比为2∶1，PP-g-MAH质量分数2.0%，探究PC和PBT两者的总用量与PP共混物力学性能的关系。

2.2.1 PC/PBT总用量对PP共混物MFR影响

表3为PC和PBT两者总用量对PP共混物的MFR的影响。从表3可以看出，随着PC/PBT两者占共混物总含量的增加，共混物的MFR略有降低后缓慢升高，在PC/PBT两者质量分数超过30%时有所降低。

表3　不同PC和PBT总含量下共混物的MFR

注：7，8，9，10，11，12为样品编号，下文中样品同编号配方与此同。

2.2.2PC/PBT用量对共混物力学性能的影响

表4为PC/PBT含量的变化与共混物拉伸强度和弯曲强度的关系。从表4可以看出，随着PC/PBT两者总含量的增加共混物的拉伸强度和弯曲强度均有提高；对于共混物的拉伸强度，PC/PBT加入后，就开始呈现出上升的趋势，继续增加两者在共混物中的总含量后，共混物的拉伸强度提高得较平缓；当两者的质量分数达到15.0%时，共混物的弯曲强度有明显增强，随后变化缓慢。PC/PBT加入后，在PP-g-MAH的存在下，分散相能够很好地分散在基体相中，分散相与基体相界面间的相互作用较强，因此，共混物的拉伸强度及弯曲强度均有提高。

表4 不同PC和PBT总含量下共混物的力学性能

从表4还可以看出，加入PC/PBT后，共混物的缺口冲击强度有明显的提高；在PC/PBT的质量分数为7.5%～15.0%时，共混物的冲击强度较好，之后继续增加两者的含量后，共混物的冲击强度有明显的下降。当PC/PBT质量分数超过15.0%以后，共混物中会含有较大的颗粒，分散相粒子在外力冲击下较容易产生应力集中，使得共混物的冲击强度又有所降低。

2.3 PC/PBT并用改性PP共混物相容性的研究

2.3.1共混物的热分析

根据玻璃化转变温度(tg)可判断共混物相容性，该方法较为简单可靠。综合前面性能分析研究，选取综合性能较好配比下的PP/PP-g-MAH/PC/PBT共混物进行DSC分析，同时对未加PP-g-MAH时PP/PC/PBT共混物DSC进行测试分析。通常共混物完全相容时会出现单一的tg，若出现相分离，共混体的DSC谱图会间隔出现2个tg。下面通过共混物的tg来探究分析共混物中分散相与连续相之间的相容性。

图1 PP/PBT为质量分数7.5%，且PC/PBT为2∶1时，PP/PP-g-MAH/PC/PBT共混物的DSC分析。从图1(a)中放大小图可以看出，该配比下共混物在约125 ℃时存在一个tg。一般纯PBT的tg为40 ℃，纯PC的tg为145 ℃，说明该配比下得到的共混物的相容性非常好，共混物分散相均匀分布在基体相中，此配方下PP-g-MAH可以有效地改善共混物的相容性，共混物的综合性能也较好。从图1(b)中放大小图可以看出，在100～135 ℃时，有2个tg存在，而且共混物的2个熔融峰较明显，说明出PC，PBT，PP之间的相界面黏结力差，共混物的相容性不好，从而影响到共混物的力学性能。

图1　 共混物的DSC分析

2.3.2 PC/PBT并用改性PP的微观结构解析

图2给出了2种不同配比下共混物冲击断面的SEM照片，放大倍数均为5 000倍。从图2(a)可以看出，PP组分作为连续相形式存在，而PC/PBT是作为分散相均匀地分散在PP基体相中。相同放大倍数下，图2(a)中分散在PP连续介质中的PC/PBT颗粒明显要小于图2(b)中的分散相颗粒且分散较细微，因此，该共混物的冲击强度也较大。图2(b)是未加PP-g-MAH的共混物的冲击断面SEM分析，比较发现，此时的断面更加不平整，分散相PC/PBT中存在很多粒径较大的颗粒，相界面间的黏结力较差。因此，PP-g-MAH的加入，能够使PP/PC/PBT相界面间的界面张力降低，增强了相界面间的黏结力，从而有效地改善了它们之间的相容性，并使共混物获得优异的力学性能。

图2　共混试样冲击断面的SEM分析

3　结论

a)当PC/PBT的质量比为2∶1时，共混物的熔体黏度较大，分散相与基体相之间界面黏结大，共混物的相容性较好，且此时共混物的拉伸强度及弯曲强度提高程度较大。

b)PC与PBT以2∶1的质量比下并用改性PP，在PC/PBT质量分数为7.5%～15.0%时，共混物的相容性较好，分散相与基体相间的黏结力较强，力学性能有明显的提高，尤其是缺口冲击韧性值可达到27.8 kJ/m2。

c)通过DSC测试和SEM分析表明，PP-g-MAH的加入很好地改善了共混物分散相与连续相间的相容性。

[1]周英辉，孙刚，李志平. 聚丙烯增韧性能的研究[J]. 现代塑料加工应用. 2013，25(1)：17-80.

[2]刘俊，李江平. 聚丙烯的改性研究进展[J]. 广东化工，2010，37(1)：66-67.

[3]宣兆龙，易建政，杜仕国. 聚丙烯的共混改性研究[J]. 现代化工.2000，2(02)：50-65.

Study on Polypropylene Modified by PC/PBT

Xu JingjingChen Xuegang

(College of Polymer Science and Technology, Qingdao University of Science and Technology, Qingdao, Shandong, 266042)

PC and PBT were used together to modify PP with PP-g-MAH as compatibilizer. The influences of the process conditions of PP modified by PC/PBT and different structures on properties of PP blends were investigated in detail. The results show that when the content of PC and PBT is 5.0% and 2.5% respectively, the tensile strength of modified PP blends is 24.0 MPa. The notched impact strength is 28.9 kJ/m2, and the notched impact strength of the blends is 7 times higher than that of the unmodified PP. The effects of the amount of PP-g-MAH on the performance of the blends were also studied. When the content of PC and PBT is 10.0% and 5.0% respectively, the notched impact strength of the blends with 2.0% content of PP-g-MAH reaches 27.8 kJ/m2.PP-g-MAH can improve the compatibility between PC/PBT and PP.

polypropylene; polycarbonate; polyethylene terephthalate; modification; mechanical properties

2015-07-14;修改稿收到日期:2016-05-07。

徐晶晶，女，在读研究生，主要研究聚合物合金。

*通信联系人, E-mail:xgchen@qust.edu.cn。

10.3969/j.issn.1004-3055.2016.04.007