氢化石油树脂对聚丙烯结晶动力学的研究

费宇星

摘要：本文主要研究氢化石油树脂对聚丙烯结晶行为的影响以及聚丙烯的光学性能。结果表明：氢化石油树脂抑制了厚片物质的形成，降低了聚丙烯的结晶性;阻止了聚丙烯形成β晶体，使晶体颗粒更加松散;随着氢化石油树脂逐渐增加，球晶尺寸逐渐减小，球晶数量逐渐增加。

关键词：石油树脂;聚烯烃;结晶

石油树脂与聚烯烃相容性极好，具有优异的耐水性，良好的电气性能，石油树脂改性聚丙烯就是基于上述优点。之前的研究中，石油树脂对聚丙烯结晶行为的影响仍不清楚，已经限制了石油树脂的科学应用。因此，本文的目的是研究石油树脂对聚烯烃结晶行为的影响，详细介绍了聚丙烯共混石油树脂的性质及其相互关系。

1实验

1.1试剂

聚丙烯树脂为双取向聚丙烯薄膜树脂，由中国兰州石化股份有限公司生产，熔体流动指数3.0 g/10min（2.16 kg），数均分子量120000，平均分子量为37万，分子量分布为3.08;聚合加氢石油树脂由伊德米苏石油化工公司（日本）生产，数均分子量为880，软化点125℃。

1.2仪器

采用瑞士Mettler Toledo DSC1差示扫描量热计进行量热实验，采用蔡司MC-80（德国）偏振光显微镜对样品进行结晶形貌的研究，采用中国昊源仪器公司的DX-1000衍射仪进行WAXD实验。

1.3实验步骤

首先，将样本在氮气下以10℃/min的温度从30℃加热到200℃并保持5min以消除之前的热量。然后，将样品以50℃/min迅速冷却至所需温度。最后，将样品等温保存完成结晶所需的时间。

2结果与讨论

2.1DSC的冷却和熔化行为

DSC的冷却和加热曲线的速率为10℃/min。熔化和冷却得到的参数列在表1中，T_{mendset -} T_monset（其中，T_mendset和T_monset分别为最终温度和初始温度）为T_m的评价样品范围。T_{mendset -} T_monset越大，试样的熔融温度越宽。表1显示了添加氢化石油树脂后的T_c开始和结束结晶温度（分别为T_conset和Tcendset）均呈现减小趋势同时，T_monset、T_mendset、T_m以及X_c逐渐减小，这表明氢化石油树脂抑制了厚片物质的形成，降低了聚丙烯的结晶性，另一方面，熔融范围随着氢化石油树脂的增加而逐渐增加，这说明片层厚度的分布更加广泛。

2.2 廣角X光衍射（WAXD）

得到晶体衍射图样的参数（d-间距，L-相对度，X-结晶度）列于表2及表3。请注意在Xc的计算中应该减去氢化石油树脂。

如表2、表3所示，对于纯聚丙烯在16°的峰表示β晶体的形成，k_β为16.1%。然而，当添加氢化石油树脂后，16°处的峰消失，这可能表明氢化石油树脂阻止了聚丙烯的形成β晶体。另一方面，随着氢化石油树脂的增加，聚丙烯晶面的间距d几乎全部增大，L和X减小。这表明氢化石油树脂的加入使晶体颗粒更加松散。

2.3偏光显微镜观察

通过POM直接观察样品的球晶形态。样品被加热到200℃保温5min以除去热历史，然后以5℃/min的冷却速度冷却至室温。样品的POM显微图如图1所示。

图1为样品的结晶形貌，彼此之间有很大的不同。对于纯聚丙烯样品，观察到存在一些直径约为100 μm的大球晶。对于含5% 氢化石油树脂的聚丙烯样品，观察到的球晶尺寸明显小于纯样品，球晶的数目也更多。随着氢化石油树脂逐渐增加，球晶尺寸逐渐减小，球晶数量逐渐增加。

POM结果表明，氢化石油树脂有效降低L值，增加了聚丙烯的球晶数量。从结晶动力学的角度来看，造成这一结果的原因可能是在结晶过程中，成核速率的显著增加或者是G值的明显降低。成核速率的增加本应导致更高Tc。然而，本项研究中没有观察到这一点。因此，POM结果显示氢化石油树脂显著降低了聚丙烯的G值，与之前DSC动力学研究的结果一致。

3结论

本文详细研究了氢化石油树脂对聚丙烯的结晶行为和光学性能的影响。得出的结论如下：DSC和WAXD的研究表明氢化石油树脂降低了聚丙烯分子间的相互作用，降低了聚丙烯的结晶性，促使薄层的形成。偏光显微镜POM的研究表明氢化石油树脂使聚丙烯的成核率略有降低，G显著降低。聚丙烯加入氢化石油树脂后降低了Go。聚丙烯中球晶的尺寸明显降低，球晶数量显著增加。

参考文献

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（作者单位：江苏省昆山中学）