LDPE改性热塑性聚烯烃弹性体的研究

陆波，李庆宇，金铎，邓紫方

(沈阳化工大学材料学院，辽宁 沈阳 110142)

聚烯烃弹性体（POE）是美国DOW化学公司开发成功的具有窄相对分子质量分布的热塑性聚烯烃弹性体，是乙烯与α烯烃经茂金属催化剂催化得到的共聚物[1～3]。由于POE主链中引入了大量的α烯烃共聚单体，同时聚乙烯部分的存在使得聚合物具有一定的结晶度，因此其同时具有优异的物理机械性能和良好的加工性能，适用于管材、电缆、薄膜、纤维、模塑加工等领域[4]。由于POE与聚烯烃相容性好，也被广泛应用于塑料改性中[5～6]。通过在POE中加入LDPE，可以降低成本，提高力学性能[7]。本文以POE和LDPE为原材料，通过挤出共混，研究LDPE含量对POE /LDPE共混物性能的影响。

1 实验部分

1.1 实验原料

POE-6102，VISTAMAXX 6102，埃克森美孚化工公司；POE-021，021，韩国SK集团；LDPE，18D，中国石油天然气股份有限公司大庆石化公司。

1.2 实验仪器

转矩流变仪：XSS-300，上海科创橡塑机械设备有限公司；微机控制电子万能试验机：RGD-5，深圳瑞格尔仪器有限公司；动态热机械分析仪（DMA），Diamond，美国PE公司。

1.3 制备工艺

将POE和LDPE以不同比例共混，用转矩流变仪挤出机挤出成片材，厚度为2 mm，裁成标准试样，进行性能测试。

1.4 性能测试

拉伸强度采用GBT528—1998进行测试，拉伸速率为500 mm/min；硬度采用GB/T531.1—2008进行测试； DMA测试采用拉伸模式，测试温度范围为 -100～100℃，升温速率为 3℃/min。

2 结果与讨论

2.1 LDPE含量对POE/LDPE共混物密度的影响

LDPE含量对POE/LDPE共混物密度的影响如图1所示。可以看出，随着LDPE含量的增加，POE-6102/LDPE共混物和POE-021/LDPE共混物的密度均随之增大，当LDPE含量为20%时，POE-6102/LDPE共混物的密度达到了0.866 g/cm3，增加了2.2%；POE-021/LDPE共混物的密度达到了0.901 g/cm3，增加了1.8%。这是因为LDPE密度高于POE的密度，与LDPE共混后两种POE/LDPE共混物密度均增大。此外，POE-6102/LDPE共混物的密度远远低于POE-021/LDPE共混物的密度。这是因为POE-6102分子链中的第二单体α-烯烃的含量高于POE-021，降低了POE-6102分子链的规整度，分子链排列不如POE-021紧密，因此密度低。

图1 LDPE含量对POE/LDPE共混物密度的影响

2.2 LDPE含量对POE/LDPE共混物硬度的影响

LDPE含量对POE/LDPE共混物硬度的影响如图2所示。可以看出，随着LDPE含量的增加，POE-6102/LDPE共混物的硬度增加，在LDPE含量为20%时，POE-6102/LDPE共混物的硬度达到76A，增加了20.6%；POE-021/LDPE共混物的硬度变化不大。因为POE-6102分子链规整度低，结晶度低，硬度较小，而LDPE分子链规整度较高，结晶度高，硬度大，所以将LDPE与POE-6102共混后可以提高共混物的硬度。而POE-021硬度和LDPE硬度相近，共混后硬度变化不大。

图2 LDPE含量对POE/LDPE共混物硬度的影响

2.3 LDPE含量对POE/LDPE共混物拉伸强度的影响

LDPE含量对POE/LDPE共混物拉伸强度的影响如图3所示。可以看出，随着LDPE含量的增加，POE-6102/LDPE共混物的拉伸强度变化不大，一直在6 MPa左右，而POE-021/LDPE共混物的拉伸强度逐渐提高，在LDPE含量为20%时，POE-021/LDPE共混物的拉伸强度为31.5 MPa，增加了22.6%。

图3 LDPE含量对POE/LDPE共混物拉伸强度的影响

2.4 LDPE含量对POE/LDPE共混物断裂伸长率的影响

如图4所示，随着LDPE含量的增加，POE-6102/LDPE共混物形变超过800%仍未断裂，而POE-021/LDPE共混物的断裂伸长率增大。这是因为POE-6102分子链更加无规，表现为橡胶一样的弹性，伸长率较高，形变超过800%，与LDPE共混后断裂伸长率仍然超过800%。而POE-021分子链规整度高，表现为刚性，与LDPE共混后整个共混物体系的规整度降低，断裂伸长率提高，在LDPE含量为20%时，POE-021/LDPE共混物的断裂伸长率为777%，增加了12.3%。

图4 LDPE含量对POE/LDPE共混物断裂伸长率的影响

2.5 POE/LDPE共混物动态力学性能测试

2.5.1 LDPE含量对POE/LDPE共混物动态力学性能的影响

如图5，频率为1 Hz时，POE/LDPE共混物的tanδ值随LDPE含量的变化。随着LDPE含量的增加，POE-6102/LDPE共混物的玻璃化转变温度小幅度降低，从-26.85℃降低到-28.97℃，在图中只看到一个Tg峰，说明LDPE和POE-6102共混后能够相容，并且tanδ值逐渐减小，共混物由弹性体向塑性体转变。随着LDPE含量的增加POE-021/LDPE共混物的玻璃化转变温度变化不大，而POE-021/LDPE共混物热机械曲线出现部分重叠的2个峰值，这可能是因为POE-021的乙烯和辛烯为嵌段共聚，导致了部分相分离。

图5 LDPE含量对POE/LDPE共混物动态力学性能的影响

2.5.2 频率对POE/LDPE共混物动态力学性能的影响

图6是未加LDPE的POE在不同频率下的值。随着频率的增高，两种POE的玻璃化转变温度均向高温方向移动。这是因为在升温到玻璃化温度时，增大频率后，共混物分子链段运动滞后，需提高温度才能让分子链段产生运动，所以玻璃化温度提高。

图6 频率对POE/LDPE共混物动态力学性能的影响

3 结论

（1）随着LDPE含量的增大，POE-6102/LDPE共混物的密度和硬度均增大，拉伸强度变化不大，在6 MPa左右，伸长率超过800%；POE-021/LDPE共混物的密度升高，硬度变化不大，拉伸强度逐渐升高。在LDPE含量为20%时，拉伸强度达到最大，为31 MPa。

（2）DMA图表明POE-6102和LDPE相容性较好，共混后只出现一个玻璃化温度；POE-021出现两个部分重叠的Tg峰，随频率增加，两种POE/LDPE共混物玻璃化温度均向高温方向移动。

参考文献：

[1]薛鹏，张兴华，周彦豪. POE在塑料改性中的应用进展[J].工程塑料应用，2003,(06):67～69.

[2]张晓秋，曹胜先.茂金属催化剂聚烯烃生产工艺新进展[J].中外能源，2008,13(06):62～66.

[3]向明，张博冲，蔡燎原，等.茂金属催化剂及其烯烃聚合物研究进展[J]. 塑料工业，2003,(04):1～5.

[4]刘振国，杨博，奚延斌，等. 聚烯烃弹性体的研究现状及应用进展[J]. 弹性体，2017,27(04):65～69.

[5]王德禧，等. 中国塑料，2000,14(2):12.

[6]黄华，等. 中国塑料，2000,14(12):74.

[7]郭文宇，彭波.茂金属聚烯烃弹性体应用研究进展[J].塑料科技，2007,(01):78～81.