高光泽低气味聚丙烯的结构与性能研究

摘要

聚丙烯（PP）具有质轻、比强度高、耐热与耐腐蚀等优异的性能，是替代金属基外壳材料的首选。然而，其光泽度较低，挥发性有机化合物（VOC）含量较高，阻碍了其在家电、汽车装饰、日用品等领域的应用。因此，迫切需要开发一种环境相容的、适应不同应用环境的、高光泽低气味的聚丙烯材料，以满足其在家电、汽车装饰、日用品等领域的应用需求。 本文采用熔融共混和纳米复合技术，以聚丙烯EPZ30R为基料，采用向基体中引入相容性好、成核效果优异的α成核剂以及吸附、光解作用较好的除味剂等功能填料，制备出了具有高光泽低气味性能的聚丙烯材料，在有效提高其力学性能的基础上，大幅度改善材料的光泽度与气味性能，并赋予聚丙烯材料的结构和光泽气味性能的智能可控性。研究了成核剂和除味剂对聚丙烯微观结构和性能的影响，考察了聚丙烯材料在不同制备工艺条件下微观结构和性能的变化，揭示了基础树脂的微观结构与光泽性能之间的关系，结合成核剂的成核机理与除味剂的吸附、光解效应，分析了影响PP光泽度与气味的物理机制。在此基础上，从聚丙烯材料的结构设计入手，发展了几种高光泽低气味及性能智能可控的聚丙烯材料，提高我国在该领域的国际竞争力，满足了我国家电、汽车装饰、日用品等领域对高性能聚丙烯材料的迫切需求。 主要研究内容与研究结果如下： （1）采用EPZ30R与EP548N为基础树脂，研究了连续相与分散相的相容性与光泽度的相关关系。结果表明：EPZ30R中连续相与分散相的分子量分布（MWD）较窄，玻璃化转变温度(Tg)之差较小，橡胶相尺寸较小与分布较均匀，乙烯含量与橡胶相含量低，使得光泽度较高，综合性能优于EP548N。基础树脂中的连续相与分散相的相容性好，有助于PP表面平整度的提高，进而改善PP的光泽度。 （2）采用α成核剂HPN-20E、EPX715与NX8000对PP的光泽度进行改性研究，制备了光泽度较高的EPZ30R材料。结果表明：HPN-20E改性EPZ30R的晶核密度较大，结晶速率最快，结晶度较大，光泽度较高，模量大，热变形温度高，气味较低，综合性能良好。成核剂可以细化PP的球晶尺寸，使得球晶的尺寸小于可见光波长，减弱了PP对光的散射与折射作用，提高了反射光的光通量，从而提高PP的光泽度。 再采用上一步实验优选的HPN-20E，按照0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%与0.08%的添加配方，制备了高光泽EPZ30R材料。结果表明：当HPN-20E的用量为0.07%时，PP的晶核密度大、晶粒尺寸小，结晶速率快，结晶度大，光泽度高，模量大，热变形温度高。适量的HPN-20E在PP基体中分散得更加均匀，对PP光泽度的提升效果更佳的显著。 （3）首先采用表面改性剂KH570对nano-ZnO进行表面改性处理，制备了改性nano-ZnO粉体。结果可知：改性nano-ZnO的接触角为151.35°，基本未出现二次团聚现象，-OH峰也明显减弱，说明改性效果明显。改性nano-ZnO的极性越低，在PP基体中的分散得越均匀，有利于PP光泽度的改善。 其次，采用自制改性nano-ZnO除味剂、硅酸盐除味剂与商品分子筛除味剂，制备了低气味EPZ30R材料。结果表明：自制改性nano-ZnO除味剂改性PP的气味等级降低了1.50，光泽度也较高，改性效果较佳。改性nano-ZnO的比表面积较大时，可以吸附更多的VOC(Volatile Organic Compounds)小分子，同时将小分子光解成CO2和H2O等基本无害的物质，通过自然挥发或者抽真空等方式使其排出PP基体，达到永久去除PP中气味的目的。 最后，采用HPN-20E与nano-ZnO复配的改性剂，按照一定的比例与用量，制备了高光泽低气味EPZ30R材料。结果表明：当HPN-20E与改性nano-ZnO的比例为2/3，总用量为0.10%时，EPZ30R的VOC、雾度（FOG）值较小，气味等级低，晶核密度大、晶粒尺寸小，结晶速率快，光泽度高，力学性能基本不变。HPN-20E与改性nano-ZnO对PP光泽度与气味性能的改善具有协同作用。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引 言

1.2 高光泽聚丙烯的国内外研究进展

1.2.1 聚合工艺

1.2.2 无机纳米粒子

1.2.3 表面改性剂

1.2.4 成核剂

1.2.5 α成核剂

1.3 低气味聚丙烯的国内外研究进展

1.3.1 聚合工艺

1.3.2 添助剂

1.3.3 加工工艺

1.4 课题提出和研究意义

1.5 课题研究内容

第2章 聚丙烯基料的结构与性能研究

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料及仪器设备

2.2.2 材料的制备

2.2.3 性能表征方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 GPC表征

2.3.2 DMA表征

2.3.3 SEM表征

2.3.4 光泽度

2.4 本章小结

第3章 高光泽聚丙烯的制备、结构与性能研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料及仪器设备

3.2.2 成核剂改性PP的制备

3.2.3 性能表征方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 α成核剂种类的选择

3.3.2 α成核剂用量的确定

3.4 本章小结

第4章 高光泽低气味聚丙烯的制备、结构与性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料及仪器设备

4.2.2 材料的制备

4.2.3 性能表征方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 纳米氧化锌的表面改性

4.3.2 除味剂种类对EPZ30R气味与光泽度的影响

4.3.3 HPN-20E与nano-ZnO复配对EPZ30R气味与光学性能的影响

4.4 本章小结

结论

参 考 文 献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文

一、 发表的论文和专利

二、 参与的项目