聚丙烯β-晶型成核剂研究进展

β-晶型成核剂应用于聚丙烯(PP)中,可赋予PP制品优异的抗冲击性、耐热变形性和高气孔率。本文综述了近年来聚丙烯β-晶型成核剂的研究发展状况。重点介绍了β-晶型成核剂的作用、种类和优缺点,并提出了今后开发β-晶型成核剂时需要解决的问题。     

β晶型聚丙烯研究进展

β晶型聚丙烯(β-PP)由于其优异的力学性能及其拉伸能形成微孔等特性已成为聚丙烯改性研究的热点.本文综述了近年来β晶型聚丙烯的研究发展状况.介绍了生成β-PP的四种方法,重点说明了添加β成核剂诱导生成β晶型的方法;β成核剂的发展历史、分类及成核效率和成核机理;β-PP的几种超分子结构:β球晶、β六方晶、β横晶、β柱晶;β→a相转变类型及机理;温度、剪切、退火、热历史及不同工艺条件对生成β-PP的影响,为生成高β含量制品提供了参考.并对未来的研究发展趋势做了展望.     

β型聚丙烯注塑件的分层结构与力学性能

用X-射线衍射仪研究了不加和加成核剂形成不同晶型的三种聚丙烯注塑件的分层结晶结构,获得各层结晶度和β晶型含量(k_β)随皮芯距离的分布规律,测定了试件弯曲、拉伸和冲击性能。发现,纯等规聚丙烯试件主要含α晶型,皮层的结晶度和k_β低于芯层。加有α成核剂的试件仅含有α晶型,皮层的结晶度也低于芯层。加有β成核剂的试件主要含β晶型,皮层的结晶度和k_β值高于芯层。纯聚丙烯试件和β型为主的试件的分层结构中存在α晶和β晶间的转变。与α型聚丙烯相比,β型聚丙烯有较低的屈服强度,却有较高的抗张强度,显示很高的拉伸韧性和延展性,可明显提高室温以及玻璃化温度以下的低温抗冲击性能。     

成核剂含量对β晶相聚丙烯结晶与熔融行为的影响

用DSC研究了β成核剂含量对β聚丙烯在等温与非等温结晶条件下的结晶与熔融行为的影响,发现当成核剂含量为0.005％时,结晶焓△H_c、β晶的熔融焓△H_(mβ)及熔点T_(mβ)均为最大,而α晶的相对含量最小.广角X-衍射数据表明,成核剂含量高的试样的(301)衍射峰的相对强度下降,反映分子链排列的纵向有序性降低.根据聚丙烯分子在β成核剂上附生结晶的成核机理解释了上述结果.     

硅灰石填充聚丙烯复合材料性能的研究

本文研究了硅灰石填充聚丙烯(含乙烯22％)复合材料的热学、广角X-射线衍射和动态力学性质。复合材料中β晶含量随硅灰石含量增高而增加。试样的熔融及结晶行为表明,所有硅灰石填充试样均含有α和β两种晶型,4个结晶熔融转变;而未填充试样只有a晶型,2个结晶熔化转变。在DSC曲线上,β晶在升温过程中转变成α晶型。硅灰石填料对聚丙烯动态力学性能的影响表明,硅灰石起到了增强剂和β晶成核剂的双重作用,填料硅灰石已进入聚丙烯的结晶相。     

β晶型成核剂N,N’-二环己基环己对二甲酰胺的合成与应用研究

合成了新型成核剂N,N’-二环己基环己对二甲酰胺(DCHCHDA),用广角X射线衍射仪、差示扫描量热仪和偏光显微镜对其进行了表征,并研究了其对等规聚丙烯(IPP)的力学性能、结晶行为、β晶含量和熔融行为的影响。结果表明,成核剂DCHCHDA主要是改变球晶的形态,可明显改善IPP的抗冲击性能,并可以大幅度提高IPP的结晶度、β晶含量与结晶峰温度。当DCHCHDA添加量为0.05(wt)%时,IPP的悬臂梁缺口抗冲击强度可以提高137%,结晶度提高47%,β晶含量提高3.3倍。当降温速率为10℃/min时,添加DCHCHDA的IPP的结晶峰温度可从空白样的115.6℃提高到127.5℃。DCHCHDA的成核性能优于传统的芳香酰胺型β晶型成核剂DC26NDCA。     

液晶共聚物作为β晶成核剂诱导等规聚丙烯结晶结构的研究

等规聚丙烯（PP）是一种具有同质异晶结构的半结晶高分子,呈现α,β,γ,δ和拟六方体5种形态,其结晶结构直接影响PP材料最终的物理与机械性能．研究发现,β晶PP具有良好的冲击韧性和热变形温度高等特点,使用β晶成核剂在PP中诱发稳定的卢晶是目前制备卢晶PP的有效途径．目前报道的PP的β晶成核剂基本上都是小分子化合物,而有关聚合物类β晶成核剂的研究报道很少,2007年Yu等报道了以刚性聚合物（聚苯乙烯等）作为β晶成核剂诱导PP结晶行为的研究．高分子成核剂不仅具有与PP类似的结构,同时在分散性和相容性等方面性能突出．     

β晶型成核剂对聚丙烯力学及结晶性能的影响

研究了N,N′-二环己胺基对苯二酰胺作为β成核剂对聚丙烯(PP)力学性能及结晶性能的影响。结果表明,成核剂具有使聚丙烯增韧的优异性能,当添加质量分数为0.3%时,其抗冲击强度由原来的36.06 J/m2提高到65.79 J/m2。DSC研究表明,添加β成核剂可以诱导PP中β晶生成。考察了冷却速率对结晶温度的影响,当冷却速率为10℃/m in时,结晶温度从118.38℃提高到124.53℃,表明该成核剂的加入使结晶向高温方向偏移,结晶速度加快。     

轻质碳酸钙／聚丙烯共混物中聚丙烯β－晶的成核结晶研究

用Ｘ射线衍射和差示扫描量热法研究了轻质碳酸钙／聚丙烯共混物（Ｌ－ＣａＣＯ３／ＰＰ）中ＰＰβ－晶的成核结晶现象，发现ＰＰβ－晶的成核结晶与ＰＰ的来源和Ｌ－ＣａＣＯ３在共混物中的含量有关，铝酸酯偶联剂对共混体系的ＰＰβ－晶的成核结晶有显著的增强作用．分析认为共混物中ＰＰβ－晶的成核结晶现象是ＰＰ中存在的某些杂质（主要是催化剂残余物）与Ｌ－ＣａＣＯ３组成的复合成核剂作用的结果，而铝酸酯是这种复合成核剂的一种促进剂．     

轻质碳酸钙／聚丙烯共混物中聚丙烯β—晶的成核结晶研究

用Ｘ射线衍射和差示扫描量热法研究了轻质碳酸钙／聚丙烯共混物（Ｌ－ＣａＣＯ３／ＰＰ）中ＰＰβ－晶的成核结晶现象，发现ＰＰβ－晶的成核结晶与ＰＰ的来源和Ｌ－ＣａＣＯ３在共混物中的含量有关，铝酸酯偶联剂对共混体系的ＰＰβ－晶的成核结晶有显著的增强作用。分析认为共混物中ＰＰβ－晶的成核结晶现象是ＰＰ中存在的某些杂质（主要是催化剂残余物）与Ｌ－ＣａＣＯ３组成的复合成核剂作用的结果，而铝酸酯是这种复合成核剂的     

稀土氧化物对聚丙烯晶型和动态力学性能的影响

本文用DSC和粘弹谱仪研究了La_2O_3,Y_2O_3和混合稀土氧化物对全同聚丙烯(iPP)的结晶行为,熔融行为和动态力学性能的影响。结果表明不同的iPP/稀土氧化物复合材料中iPP的晶型不同,Y_2O_3和稀土氧化物是iPP的α和β晶成核剂,La_2O_3是α晶成核剂。含有β晶试样同只有α晶试样相比,在T_g真松弛区其tanδ值较低,贮能模量E从-50℃～+50℃较高,从+50℃～+145℃则E值较低。     

聚丙烯成核剂研究进展

聚丙烯材料被越来越多的应用于汽车领域、工程塑料等,聚丙烯性能的优化也成为工业界和学术界研究的热点问题。聚丙烯因其良好的机械性能、加工性能、价格低廉而备受关注,但其低温脆性大、热变形温度低、易收缩等缺点也制约了该类材料的发展和在某些领域的应用。对聚丙烯的改性关键是对其分子链规整度、球晶尺寸的调控,成核剂改性是聚丙烯改性中相对简单易行的方法。聚丙烯成核剂种类繁多,各俱特色,本文在综述了聚丙烯成核剂的基础上提出了新型聚丙烯改性成核剂,即大分子成核剂,并展望了大分子成核剂的发展前景。     

聚丙烯的结晶形态调控与高性能化

聚丙烯作为目前最重要的通用塑料之一,对其进行高质化改性具有重大的现实意义.基于聚丙烯的同质多晶态行为,加入成核剂进行β结晶改性是改善聚丙烯韧性和热稳定性的有效方式.过去的研究主要关注结晶度、β晶含量等对性能的影响.而近年来我们提出通过调控聚丙烯的β结晶形态来实现其高性能化的新思路,并开展了卓有成效的研究工作:(1)利用小分子成核剂的溶解性及自组装影响聚丙烯的结晶行为,获得了如球晶、横晶、花瓣状晶等形态,实现了对β结晶形态的有效调控;(2)特定的结晶形态能够使聚丙烯的韧性显著增加,并且热变形温度进一步提高,证实结晶形态会对宏观性能发挥重要作用;(3)β结晶形态调控有利于获得更佳的成孔均匀性与高的孔隙率,对制备高品质锂电池隔膜有明显的指导意义.结晶形态调控可望成为实现结晶性聚合物高性能化与功能化通行的、高效的策略.     

剪切对玻璃珠填充聚丙烯结晶行为的影响

应用Linkam CSS450剪切仪、广角X射线衍射仪(WAXD)和小角X射线散射仪(SAXS)等研究了剪切对玻璃珠填充聚丙烯结晶行为的影响, 结果表明, 与纯聚丙烯相比, 填加玻璃珠的聚丙烯体系中, 玻璃珠起到成核剂的作用, 不利于β晶的生成. 玻璃珠直径较小(4 μm)时, 剪切对聚丙烯β晶的生成影响较小; 当玻璃珠直径增加到35 μm时, 剪切速率为20 s-1左右最有利于β晶生成; 剪切速率和玻璃珠直径的增加, 有利于聚丙烯片晶的取向, 而且玻璃珠含量越高, 片晶的取向程度越大.     

硬脂酸镧复合物对聚丙烯β晶型的诱导作用

Ｆ等规聚丙烯（iPP)的分子链均为３螺旋构型,可形成α,β,γ,δ和拟六方态等５种晶体结构,β晶型（六方）的ＰＰ具有良好的韧性^[1,2],近年来因在增韧及制造电容器粗化膜方面有独特性能而受到重视,但β晶型在热力学上是准稳定,动力上是不利于生成的一种晶型［3],只有利用特殊方式才能获得,如选取合适的熔融、结晶温度及一定的温度梯度^[4],剪切取向^[5],使用成核剂[3,6~12]等,前两种方法不易实施,添加能诱导生成β晶型的特效成核剂是目前获得较高含量β晶型ＰＰ的可行途径,目前已知的β成核剂主要有两类,一类是少数具有准平面结构的稠环化合物,如γ晶型喹吖啶酮红染料Ｅ３Ｂ^[6]和三苯二噻^[7]等,另一类是元素周期表中少数第ＩＩa 族金属的某些盐类及其二元羧酸的复合物,典型的例子如钙的亚氨酸盐^[8],硬脂酸钙／癸脂酸钙／癸二酸体系等^[3,9,12].     

β成核剂修饰多壁碳纳米管增强聚丙烯纳米复合材料的分散及结晶行为

利用非共价键改性方法,用芳香二羧酸酰胺类的β成核剂(β-NA)改性多壁碳纳米管(MWCNTs),采用溶液法制备了聚丙烯(PP)/β-NA-MWCNTs复合材料.通过广角X射线衍射(WAXD)分析了复合材料的结晶形态,结果表明β-NA-MWCNTs诱导聚丙烯生成大量β晶,同时提高了复合材料的结晶度.含5.0 wt％β-N...     

稀土β-成核剂对1-丁烯本体聚合和产物聚(1-丁烯)结晶性能的影响

采用Ziegler-Natta催化剂催化1-丁烯本体聚合,稀土β-成核剂经原位聚合的方法加入到体系,并考察成核剂加入量对产物聚(1-丁烯)的分子量和结晶性能的影响.通过凝胶渗透色谱(GPC)、示差扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)和广角X射线衍射仪(WAXD)对聚合物进行表征分析.实验结果表明,随着稀土β-成核剂加入量的增大,催化剂活性有所下降,聚合物等规度略有提高,而聚合的分子量显著提高,分子量分布变窄;聚合时成核剂的加入提高了聚(1-丁烯)的结晶性能,随着成核剂加入量的增多聚合物晶粒变小且尺寸趋向均一化,聚合物结晶度也得到了提高,当成核剂加入量为30 mg时,聚合物结晶度和熔融焓出现突变现象.此外,稀土β-成核剂的加入会改变熔融前聚(1-丁烯)中晶型Ⅰ’和Ⅲ所占比例从而影响聚合物的熔点,成核剂的存在也改变了晶型II向晶型I的转变速率,缩短了晶型转变周期.     

温度对iPP和TMB-5/iPP结晶行为的影响

通过DSC和同步辐射WAXS技术测定了结晶温度对iPP和TMB-5/iPP结晶行为的影响.结果表明,随等温结晶温度升高,iPP总结晶度变化不大,但是β晶型含量降低的同时α晶型含量增加.TMB-5是一种具有温度依赖的选择性成核剂,当等温结晶温度高于140℃时,含TMB-5成核剂的iPP的β晶型的含量急剧降低.本文进一步探讨了TMB-5对iPP结晶行为影响的机理.     

成核剂对聚丙烯熔融行为的影响

成核剂对聚丙烯熔融行为的影响陈彦徐懋（中国科学院化学研究所高分子物理开放实验室北京１０００８０）关键词成核剂，聚丙烯，平衡熔点聚合物的熔融过程受分子量大小、分子量分布、分子链构型（等规度、分子结构单元的键接序列）、不同的结晶晶型、不同的热历史等...     

硅氧烷液晶共聚物作为β晶成核剂对等规聚丙烯结晶结构与形态的影响

采用广角X射线衍射(WAXD)与偏光显微镜(POM)等手段研究了硅氧烷液晶共聚物(LCP-O2)作为新型成核剂对聚丙烯(PP)共混样品结晶结构与形态的影响.结果表明,低浓度的LCP-O2在PP共混体系中起到异相成核的作用,使PP的晶核数目增多,球晶细化,并提高了结晶速度,同时也诱导出了β晶的形成.LCP-O2的成核效果主要依赖于其在PP中的相对含量、液晶的分子结构与结晶的热处理过程,且随着结晶温度或成核剂含量的增加,对应PP试样的β晶含量(Kβ)呈现先增加,后降低的趋势.当LCP-O2质量分数为1.0%,在130℃等温结晶1h,对应PP试样的Kβ最大,为58%.此外,属于单斜晶的α球晶呈现黑白颜色,晶束呈放射状生长,边界清晰;而属于三方晶的β球晶亮度要高于α球晶,其颜色艳丽多彩,束状晶片聚集体呈支化生长,内部排列比α晶疏散,边界相对模糊,且β晶与α晶的形态分别在157和171℃完全消失.