NX8000 K 对PP／LDPE 共混体系增透增韧改性

蔺海川 袁炜 罗发亮* 焦烘桥 李彦鹏

（1．宁夏大学，省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室，宁夏 银川，750021；2．宁夏大学化学化工学院，宁夏 银川，750021；3．国家能源集团宁夏煤业公司，宁夏 银川，750411）

聚丙烯（PP）除了具有优异的力学性能和耐热性能外，还具有无公害、成本低且容易加工等优势，因此成为五大通用合成树脂中增长速率最快、最具发展潜力的一类树脂［1］。但是，由于PP属于半结晶性聚合物，其结晶速率慢、结晶度低、在成型过程中易形成较大尺寸球晶等缺点，使其透明性较差，极大地限制了PP在医疗卫生、食品包装等相关领域的应用。通过对PP改性及工艺技术优化，获取透明性好且其他性能优异的PP产品，不仅能扩大PP的应用范围，还能替代传统的透明材料，如聚苯乙烯（PS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚碳酸酯（PC）等。

目前，可以通过调控结晶行为来改善PP的透明性，包括通过化学改性提高非晶相的占比，或引入单体有效破坏分子链规整度和有序性，阻碍晶体生长、降低结晶度、细化球晶，或采用冷热拉伸来破环球晶结构，或加入α成核剂来降低球晶的尺寸。其中，添加α成核剂是最广泛使用且增加PP透明性的方法，美国Milliken化学公司研发了一种高效的透明成核剂NX8000K，该成核剂可以有效改善PP的光学性能，尤其是雾度和光泽度，还可改善其他物理性能，大幅度缩短成型周期，提高生产效率［2］。还可以通过与其他聚合物共混，使制备的混合物同时具备所加入聚合物的优异性能。葛翠［3］通过对低密度聚乙烯（LDPE）／PP、线性低密度聚乙烯（LLDPE）／PP共混体系的研究，发现LDPE和LLDPE的加入细化了PP的球晶，并且增加了晶体间的相互连接，改善了共混材料的韧性。根据文献［4］报道，山梨醇类成核剂能使PE的结晶温度得到提升，证明该类成核剂对PE同样有效果。但是，目前LDPE对PP光学性能影响的报道较少。由于PP和LDPE的折射率不同，而折射率又和密度有关，只有选择合适的密度，才能起到增透的效果［5］。

以下通过LDPE对PP改性，以雾度为指标选择LDPE最佳添加量，进一步添加NX8000K改性PP／LDPE共混体系，并通过差示扫描量热仪（DSC）和X射线衍射仪（XRD）、偏光显微镜（POM）等考察NX8000K含量对PP／LDPE共混体系的结晶行为、透明性、热性能和力学性能的影响。

1 试验部分

1．1 主要原料及仪器设备

PP，1100N，国家能源集团宁夏煤业公司；成核 剂，NX8000K，Milliken 化学公司；LDPE，4404G，美国陶氏集团。

双螺杆挤出机，SJZS-10A，注塑机，SZS-15，均为武汉瑞鸣实验仪器制造有限公司；万能试验机，GTM8050S，协强仪器制造（上海）有限公司；冲击试验机，XJC-25ZD，承德市精密试验机有限公司；DSC，DSC Q20，美国TA公司；透光率／雾度测试仪，WGT-S，上海仪电物理光学仪器有限公司；POM，BX53M，Olympus（中国）有限公司；XRD，D／max 2200 PC，日本理学公司。

1．2 样品制备

按照不同比例称取PP和LDPE，置于密封袋中摇晃5 min使其混合均匀，将混好的PP／LDPE粉料经挤出、注塑进行样品制备，将样品在室温下放置24 h后进行透光率／雾度性能测试，得到最优光学性能的PP／LDPE配比。

称取一定量的NX8000K和上述优选配比的PP／LDPE共混，制备PP／LDPE／NX8000K 共混物，以同样方法混料、挤出、注塑及性能测试。

双螺杆挤出机一区～四区温度依次是190，195，195，190℃，螺杆转速20 r／min；注塑机模具温度40℃，机头温度190℃，保压时间25 s，冷却时间30 s，保压压力0．3 MPa。

1．3 性能测试及表征

DSC分析：称取4～6 mg样品置于铝坩埚中，通入氮气，以10℃／min从室温升至200℃，恒温5 min，消除热历史，然后以10℃／min降至20℃，再以10℃／min从20℃升至200℃，记录其过程。

XRD分析：Cu靶，扫描范围10°～50°，扫描速率为0．2°／s，电压40 k V，电流40 m A。

POM分析：将少量样品置于热台，升温至样品完全融化，压成薄片，冷却至室温后，以30℃／min升至200℃，恒温5 min，消除热历史，然后以70℃／min降至136℃，等温结晶30 min，观察样品的球晶形貌。

冲击强度按照GB／T 1843—2008测试；透光率／雾度按照GB／T 2410—2008测试。

2 结果与讨论

2．1 PP／LDPE配比优化

图1是LDPE含量对PP／LDPE共混物雾度和透光率的影响。从图1可以看出，随着LDPE含量增加，PP／LDPE共混物雾度先下降后上升，透光率则缓慢降低。根据预选试验结果，当LDPE质量分数为15%时，PP／LDPE共混物（记为PP／15%LDPE）雾度最优，由PP 的50．40%降至40．89%。

2．2 DSC分析

在PP／15%LDPE中分别添加质量分数0．2%，0．4%，0．6%，0．8%的NX8000K，共混物分别记为PP／15%LDPE／0．2%NX8000 K，PP／15%LDPE／0．4%NX8000K，PP／15%LDPE／0．6%NX8000K，PP／15%LDPE／0．8%NX8000K。PP及其共混物的DSC数据见表1。

从表1可以看出，和PP相比，PP／15%LDPE的Tc降低了0．66℃，Xc降低了4．6个百分点，而（Tonset－Tc）增加了0．66℃，即晶粒生长速率降低。说明LDPE破环了PP球晶生成，降低了共混物的Xc，阻碍了PP结晶。PP／15%LDPE添加不同含量NX8000K 后，PP／LDPE／NX8000K 共 混体系的结晶峰均向高温方向移动，这是因为NX8000K在PP熔体中会形成纳米纤维状网络，网络表面为PP结晶提供异相成核中心，使Tc和Xc得到提高［6］；当NX8000K含量逐渐增加并高于某一值后，Tc变化则趋向于平缓，这可能是由于山梨醇类成核剂的“饱和效应”所致。

表1 PP及其共混物的DSC数据

2．3 XRD分析

PP及其共混物的XRD分析如图2所示。

从图2可以看出，PP和PP／15%LDPE在衍射角（2θ）13．88°，16．66°，18．29°，20．86°，21．56°处出现了强衍射峰，分别对应了α晶的（110），（040），（130），（111），（131）晶面。除此之外，PP／15%LDPE在16．20°处出现了β晶（300）晶面的衍射峰，表明LDPE可以诱导PP产生β晶，说明LDPE与PP之间存在一定的相互作用，使得PP和LDPE链段产生了一定程度缠结，从而达到了良好的相容效果。而随着NX8000K 的加入，16．20°处的β晶逐渐消失，这可能是由于NX8000K提供了密集的成核位点，破坏了β晶，并使其向α晶转变。

2．4 POM分析

图3是PP 及其共混物球晶形貌的POM照片。

从图3（a）看出，PP的球晶尺寸很大，且具有典型的Maltase十字消光现象，球晶之间的界面相当清晰；从图3（b）看出，PP／15%LDPE球晶尺寸减小，并且晶体界面模糊，说明LDPE的加入在一定程度上细化了PP球晶且产生了缺陷；从图3（c）～图3（f）看出，加入NX8000K后，晶区致密且连成一片，晶体尺寸明显减小。

2．5 光学性能

NX8000K含量对PP及其共混物雾度的影响见图4。

从图4 可以看出，未添加NX8000K 的PP／15%LDPE共混物雾度为40．89%，相比PP（50．40%）降低了9．51个百分点，这是因为LDPE的加入使得PP的Xc降低，晶粒生长速率变慢，球晶尺寸减小且界面模糊，从而光束更易穿过，散射量减少。随着NX8000K含量增加，共混物雾度明显下降，当NX8000K 质量分数为0．4%时，PP／15%LDPE／0．4%NX8000K共混物雾度为10．98%。这是由于NX8000K和LDPE起到了协同作用，有效降低了雾度。随后继续增加NX8000K，溶解量趋于饱和，雾度变化则趋于平缓。

2．6 力学性能

图5是NX8000K对PP／15%LDPE共混物冲击强度的影响。

从图5可以看出：在未添加NX8000K 时，PP／15%LDPE共混物的冲击强度为6．09 kJ／m2。随着NX8000K的加入，共混物的冲击强度降低，当NX8000K 质量分数为0．4%时，PP／15%LDPE／0．4%NX8000K 的冲击强度降至4．29 kJ／m2，但和PP（2．47 kJ／m2）相比，仍提高了74%。随着NX8000K进一步增加，共混物的冲击强度则趋于平缓。这是因为NX8000K的“饱和效应”所致。综上可以看出，PP／15%LDPE／0．4%NX8000K共混物具有透明性优异且韧性良好的特点。

3 结论

a） LDPE和PP有着良好的相容性，两者存在相互制约的关系，可有效细化和破环PP球晶结构，模糊球晶界面，阻碍PP结晶，降低Xc，从而达到降低共混物雾度的效果。

b） 当LDPE质量分数为15%时，PP／15%LDPE共混物雾度由PP的50．40%降至40．89%；随着NX8000K含量增加，共混物的雾度明显下降，当NX8000K质量分数为0．4%时，PP／15%LDPE／0．4%NX8000K共混物雾度降至10．98%。

c） 随着NX8000K含量增加，共混物的冲击强度降低，当NX8000K质量分数为0．4%时，PP／15%LDPE／0．4%NX8000K 的冲击强度降至4．29 kJ／m2，但相比PP仍提高了74%。