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摘 要

本文采用气流粉碎机将β成核剂NT-C进行超细化处理得到ST-C，用激光散射技术测定了两种β成核剂的粒径及其分布。并利用示差扫描量热仪（DSC）分析、偏光显微镜（PLM）观察、热变形温度测试及力学性能测试等方法研究了β成核剂粒径及其分布对等规聚丙烯（iPP）的结晶行为、微观结晶、耐热性能以及力学性能的影响。结果表明，经过超细化处理过后的成核剂ST-C的粒径更细，粒径分布更窄，并且其成核效果要优于未经处理的NT-C。β成核剂可提高iPP的耐热性能，使得iPP的耐热温度有了一定的提高。并且添加细化过后的NT-C对iPP增韧效果更显著，当ST-C质量分数为0.01wt%时，缺口冲击强度为纯iPP的3.8倍。

关键词：等规聚丙烯 β成核剂 超细化加工 结晶 耐热性能

Effect of superfine process β-nucleating agent on the crystallization behavior and heat resistance of iIsotactic polypropylene

Abstract

The superfine β-nucleating agent (ST-C) was prepared from NT-C using an ultrafine jet mill. The particle sizes of NT-C and ST-C were measured by laser scattering technique. The effects of particle sizes and distributions of β-nucleating agents on the crystallization behaviors and mechanical properties of isotactic polypropylene (iPP) were investigated by means of differential scanning calorimetry (DSC), polarized light microscopy (PLM) and mechanical tests. It was revealed that the particle size of ST-C was smaller and the distribution was narrower than those of NT-C. The nucleation ability of ST-C was better than NT-C. It was found that the toughness of iPP was greatly improved by β-nucleating agents and the improvement was more efficient by ST-C. When ST-C content was 0.01%, the notched impact strength was 3.8 times greater than that of the pure iPP.

Keywords: Isotactic polypropylene; β-nucleating agent; Superfine process; Crystallization; Heat resistance

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 结晶成核改性聚丙烯的研究 2

1.2.1 聚丙烯的晶体结构 2

1.2.2 成核剂的种类 3

1.2.3 成核剂的成核原理 5

第二章 实验部分 7

2.1 实验主要原料 7

2.2 实验设备和仪器 8

2.3 实验工艺流程 8

2.4 工艺参数 9

2.5 实验样品制备 9

2.6 试样测试方法 9

第三章 结果与讨论 11

3.1 成核剂粒径及其分布分析 11

3.2 DSC分析 12

3.3 PLM分析 14

3.4 力学性能测试 15

3.5 耐热性能测试 16

3.6 本章小结 17

第四章 展望与期望 18

参考文献 19

致谢 22

第一章 绪论

1.1 前言

1955年，意大利科学家Natta通过将Ziegler催化剂进行改进（即Ziegler-Natta催化剂）合成了等规聚丙烯，并在1957年由一家意大利的公司实现了工业化生产。此后，在全世界范围内，聚丙烯的生产技术得到了长足的发展。目前英国的ICI，德国的BASF，美国的Amoco、Exxon、Shell，日本的三菱、三井、住友等知名公司都在生产。而我国也紧随国际脚步，在上个世纪六十年代开始聚丙烯的工业化生产，并且伴随着国内外关于聚丙烯生产技术和工艺的不断交流与创新，国内聚丙烯的生产工艺也日趋完善，产品质量不断提高。但是聚丙烯自身存在以下不足，从而限制了它的应用范围^[1]。

（1）聚丙烯分子主链上带有一个侧甲基基团，由于侧甲基的空间位阻效应，使得聚丙烯的分子链以三个单体单元为一个螺旋形结构^[2]。从而形成三种不同的结构：等规聚丙烯、间规聚丙烯、无规聚丙烯。而且由于甲基的存在所产生的空间位阻，也一定程度的降低了分子链的柔韧性，近而导致成型的聚丙烯球晶颗粒较大，所以使得其抗冲击性能、高温刚性较差。

（2）聚丙烯是一种非极性聚合物，其与无机物填料的相容性相较差，所以当对其添加的一系列的无机添加剂（色母料、抗静电剂以及无机填料）会产生一定的影响^[3]。

（3）由于聚丙烯为结晶类聚合物，所以加工成型成品收缩率大，一般在1%~2.5%的范围内，且具有较为明显的后收缩性。在加工过程中易发生取向。

（4）由于聚丙烯的主链上带有一个侧甲基基团，它的存在使得再聚合成型的分子链上出现了相互交替的叔碳原子，叔碳原子在高温条件下不能稳定存在，极易发生氧化反应。因此导致聚丙烯的耐氧化性能和耐辐射性能差，在热和紫外线以及其他高能射线的作用下更易发生分子链的断裂而非交联。所以在聚丙烯受热加工的极易发生氧化降解。并且在高温下对氧特别敏感。

由于聚丙烯存在上述的几种不足，所以国内外科学家做了大量的工作，对其进行了大量的改性实验从改性方法^[4-6]上看主要有：化学改性、物理改性和添加成核剂进行改性等等。

1.2 结晶成核改性聚丙烯的研究

1.2.1 聚丙烯的晶体结构

首先，聚丙烯的晶体作为一种球晶结构，其主要形态包括α、β、γ、δ和拟六方5种晶体结构 ，不同的晶型的聚丙烯在性能上也有一定的差异。最常见的晶型是α和β晶型^[7]是聚丙烯加工条件下最易形成、一般条件下热力学最稳定的晶型，而β晶是一种不稳定中间态，在一定条件下可以转化为α晶。α晶型属于单斜晶系，它是最常见、热稳定性最好的晶型，球晶尺寸较大、较完善，球晶界面清晰，结晶聚合物具有较好的刚性，较差的韧性；β晶型属于六方晶系，结构比较疏松，球晶界面模糊，在受到外力冲击时可以吸收较多的能量，产品具有更优异的力学性能^[8]。但是由于β晶型在普通的加工条件下的不能稳定存在，只能在特定的结晶条件下生成，比如结晶过程中形成一定的温度梯度、加入一些特殊成核剂形成结晶成核点、或者在加入外力的剪切作用下使其发生结晶。但是其中最有效也最常用的获取高β晶含量的方法是加入β晶型的成核剂。比如：1.稀土化合物；2.第Ⅱ4族金属元素的某些盐类及二元羧酸的复合物；3.芳香胺类；4.具有准平面结构的稠环化合物。

但我们通常认为的聚丙烯的结晶过程主要受下面三个因素的影响。

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