POE在塑料增韧改性中的应用进展.docx

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POE在塑料增韧改性中的应用进展

POE在塑料增韧改性中的应用进展

POE是美国DuPontDow化学公司于1994年采用限定几何构型茂金属催化剂技术推出的乙烯/辛烯共聚物。

POE单体辛烯的质量分数在20%~30%之间,商品名为Engage,其中聚乙烯链结晶区起物理交联点的作用,一定量辛烯的引入降低了聚乙烯链的结晶度,形成了呈现橡胶弹性的无定型区,其分子结构可人为地进行控制。

POE独特的分子结构决定了其综合性能优异,其弹性卓越、流动性良好、机械性能高、耐腐蚀性、透气性、电性能优异以及突出的耐低温性和耐热、耐臭氧、耐紫外线和耐水性,使其在通用和工程塑料的增韧和抗低温的改性中倍受关注。

1POE对通用塑料的改性

POE对通用塑料的改性主要是研究其作为增韧剂改性刚性通用塑料,提高刚性通用塑料的韧性。

1.1PE/POE体系

近年来,木塑复合材料因其成本低、质量轻、机械性能好等优点受到普遍关注。

但热塑性塑料在填充木粉后复合材料变脆,限制了木塑复合材料的应用和推广。

李兰杰等[3]采用废木粉填充高密度聚乙烯（HDPE制备木塑复合材料,并用茂金属聚乙烯（mPESP1520和POE分别对复合材料进行改性。

在两者用量小于12份时,两者的增韧效果相差不大;但在用量大于12份以后,用POE增韧的复合材料的冲击强度和断裂伸长率增加十分迅速,而用mPESP1520时增加幅度比较平缓;用POE改性能得到较好的增韧效果,扩大了材料的应用范围。

MJOCGuimaraes[4]等研究了HDPE与POE共混物的力学性能和热性能,热分析结果表明HDPE和POE有一定的相互作用;材料的拉伸强度和断裂伸长率得到了提高,当POE质量分数不小于5%时,材料在室温下超韧。

POE改性PE制备的发泡材料具有良好的弹性和强度,可用于制作粘合胶带。

将30份含离子结构的PE和6.5份偶氮二甲酰胺加入到100份质量分数为30%的POE和70%的1845烯2辛烯（质量分数小于20%聚合物]组成的混合物中,挤出成片材,辐射交联,在250℃下发泡,所得1mm厚的泡沫片材具有良好的韧性;横、纵方向的弯曲强度分别为30.2MPa和24.3MPa。

1.2聚丙烯（PP/POE体系

众所周知,作为大宗的通用塑料品种,PP存在低温韧性差和缺口敏感性大的缺点,因此,为了改善PP性能上的不足,弹性体增韧改性一直被视为最有效的途径。

虽然三元乙丙胶（EPDM对PP有良好的增韧效果,但目前EPDM价格高,商品原料多为块状,碎胶有一定困难,流动性也不太理想;同时由于EPDM本身有颜色,产品很难获得色彩鲜艳的外观。

POE的问世,使其在用于PP的增韧改性方面具有传统弹性体无法比拟的优势。

POE增韧PP不仅可以克服EPDM增韧PP的不足,而且还赋予PP更高的冲击性能、高透明性、高的热稳定、高性能/价格比等特点。

张金柱[6]研究指出,POE对PP有更好的增韧作用,在相同的条件下混炼和注塑的样品,无论PP的熔融流动速率（MFR如何变化,其低温（-30℃冲击能均是POE>EPDM>EPR（二元乙丙橡胶,特别是当使用高MFR（≥20的PP时,EP2DM改性的PP均已变脆,而POE改性的PP仍保持相当的韧性。

这样避免了以前增韧剂使用高流动性材料时降低体系韧性的缺陷,从而在生产上可使用高流动性PP体系,可以缩短成型周期,降低生产成本。

商品化的POE本身呈颗粒状,可以直接加入到颗粒状PP等其它材料中实行改性。

因此POE比EPDM加工操作上更为简便,这样可大大降低生产成本[6]。

DaSilvi[7]研究了PP/POE共混体系并与PP/EPDM共混体系进行了比较。

结果表明,两种共混体系具有相似的结晶行为,其力学性能相似,但PP/POE共混物具有更低的转矩,加工性能较好。

冯予星[8]、郭红革[9]等研究了PP/POE共混体系的相态结构、增韧机理以及共混体系的力学性能。

研究结果表明,在相同条件下,POE加入量比EPDM少,POE用量为20份时就可使PP获得高的低温冲击

强度,减少了因加入弹性体而引起的刚性和强度损失。

在PP/POE共混体系中,POE在PP连续相中形成均匀的“海2岛”结构;POE对PP改性符合银纹剪切机理,可有效提高PP的常温、低温冲击强度。

通过PP与弹性体交联的方法可以得到热塑性硫化胶（TPV,TPV在实际生产中有很高的应用价值。

Fritz等[10]将POE接枝乙烯基硅烷并分散于PP中,共混物经水解水交联得到TPV;所得TPV易于加工成制品,并具有优秀的表面性能。

制品具有高断裂强度和断裂伸长率,宽范围的邵氏硬度,非常低的雾度,使用了POE而无、气味,可以广泛应用于汽车领域。

1.3聚苯乙烯（PS/POE体系

PS由于质硬性脆、耐热性差,因此其应用仍受到限制。

为改进其缺点,人们采用共聚或共混等方法开发了一系列聚苯乙烯系改性树脂,如苯乙烯与橡胶进行接枝共聚合制得了耐高冲聚苯乙烯（HIPS树脂,虽然引入橡胶后提高了聚苯乙烯树脂的抗冲击性能,但却丧失了透明性。

而POE具有良好的透明性和柔软性,苯乙烯基树脂/POE复合材料则可用于食品容器和包装材料等对产品外观要求严格的领域。

用POE改性苯乙烯基树脂提高其冲击强度和表观性能,经共混、造粒、注射成型,样品具有良好的抗冲击性能,可用于制备电气制品[11,12]

1.4通用塑料/POE/无机填料体系

如何减少增韧剂POE的用量来降低成本又不影响到增韧效果,这是通用塑料/POE体系研究开发的热点与方向。

在共混物中添加无机或有机填料可使制品的原料成本降低达到增量的目的,或使制品的性能有明显的改善,近年来可见在通用塑料/POE共混体系中加入无机填料报道。

王雄刚等[13]针对回收高密度聚乙烯（RHDPE制得的管材环刚度不足的缺点,采用滑石粉和自制的改性POE（MPOE对RHDPE进行了改性。

随着MPOE用量的增加,三元体系的冲击强度大幅度上升,当质量分数为10%时体系的冲击强度从9.3MPa上升到15.2MPa,但拉伸强度和弯曲模量下降较多。

而滑石粉的加入使体系刚性大幅增加,在滑石粉质量分数为40%时,制得的RHDPE管材的环刚度增加了54%,达到了工业生产的要求。

同时他们还研究PVC/MPOE/无机填料体系的力学性能,结果表明,当填充母料中滑石粉或碳酸钙的质量分数为70%时,三元复合体系的综合性能最好[14]。

顾圆春等[15]采用合金化技术和填充复合工艺,制得高性能的[纳米（SiO2]/POE/纳米高岭土三元复合材料。

纳米高岭土和弹性体对PP增韧具有协同作用,呈现的并不是二者独立增韧作用的简单加和;纳米高岭土的最佳质量分数为5%,用扫描电子显微镜（SEM观察PP/POE（质量分数为20%/纳米高岭土（质量分数为5%的冲击断面,可以看到高岭土粒子被基体所包覆以层状结构分散于共混物基体中,界面结合牢固,这种界面的牢固结合以及独特的分散形态导致该体系具有较高的拉伸强度和突出的冲击韧性。

江涛等[16]研究PP/POE/纳米SiO2复合材料后得出结论:

熔融共混法使POE与SiO2均匀分散在PP基体中,虽然纳米SiO2粒子在PP中的分散呈微粒团聚体分布,但与其本身的二次粒子粒径相当且小于临界粒径,因此在受到冲击时起到了吸收能量阻碍裂纹扩展的作用,从而提高了材料的韧性。

通用塑料/POE的改性研究复合体系具有优异的综合性能,现已开发出多种产品,特别是汽车保险杠具有广阔的市场前景。

申欣[17]等人以PP为基础树脂,POE为增韧剂,用硬脂酸铝表面处理的滑石粉为增强填料,采用双螺杆挤出机制得性能符合要求的汽车保险杠专用料。

改性过的PP缺口冲击强度高达723J/m,且具有增强的柔软性、优良的耐热、耐低温及耐老化性能。

刘喜军[18]以PP为基料,通过与共聚丙烯（PPB、POE、硅灰石以及其它助剂共混改性,制得保险杠、门板汽车专用料。

检测分析表明,当m（PP∶m（PPB∶m（POE∶m（硅灰石为（45~48∶（26~29∶（19~22∶（4~6时,共混料完全可以满足汽车保险杠性能要求;当m（PP∶m（PPB∶m（POE∶m（硅灰石为（45~50∶（27~29∶（3~6∶（17~20时,共混料完全可以满足汽车门板性能要求。

研究中还发现,硅灰石也有一定的增韧功能,部分起到了玻璃短纤维的作用。

2POE对工程塑料的改性

POE的非极性限制了其进一步的应用,采用溶液聚合或熔融挤出赋予聚烯烃一定的极性和反应活性,是改善

聚烯烃与工程塑料之间界面亲和性的常用方法。

POE功能化的方法主要是通过FCr\

接枝的手段实现的,接枝POE直接与工程塑料共混表现出良好的增韧效果,是一种很好的增韧剂;在复合材料中则既具有增韧效果,也具有增容的作用。

2.1聚酯/POE体系

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET作为工程塑料使用时,其缺点是加工中熔体粘度低,在通常的塑加工温度下结晶速度慢、冲击性能差等,限制了它作为工程塑料的广泛应用。

用接枝POE改性PET的复合材料表现出良好的耐热、抗冲击性能,这种材料由60%~90%的回收热塑性PET和10%~40%的用甲基丙烯酸缩水硅油醚改性的POE经熔融共混制得[19]。

孙东成等[20]利用SEM、力学性能测试等方法研究了POE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（POE2g2GMA增韧PET的形态结构与性能的关系。

PET/POE2g2GMA共混物的韧性随POE-g-GMA用量的增加而显著提高,当POE-g-GMA质量分数达到20%时,PET/POE2g2GMA共混物的冲击强度达到873J/m;结果表明,POE接枝物与PET末端羧基或羟基“原位”反应形成的共聚物改善了PET与POE的相容性,显著地提高了共混物的力学性能。

未接枝的POE对聚对苯二甲酸丁二酯（PBT增韧作用不大,而官能化的POE对PBT增韧显著,共混体系的脆韧转变在较低POE接枝马来酸酐POE-g-MAH质量分数（10%下发生,意味着在保证增韧效果的前提下可以减少增韧剂的用量,从而既降低了材料成本又减少了因加入低模量POE-g-MAH组分而引起材料强度和弹性模量的损失。

POE-g-MAH与PBT在挤出过程中原位生成了POE2g2PBT共聚物,增大了两相界面相互作用,共混体系具有更加均衡的强度和韧性,综合性能较好。

SEM显示,POE2g2MAH/PBT共混体系中分散相具有更细微的分散,有效地诱导PBT基体产生银纹和剪切屈服,消耗大量的冲击能[21]。

2.2PA/POE体系

最近几年来,POE的应用范围已开始渗透到尼龙工程塑料领域,POE作为尼龙（PA的新型改性剂正引起人们的特别关注。

与传统EPDM相比,在相同增韧剂含量和相同相容剂含量下,POE增韧尼龙的效果较好[22]。

PA66与POE共混可以相互取长补短,获得所需要的使用性能。

但PA66与POE属不相容体系,以前使用较多的增容剂是EPDM接枝马来酸酐（EPDM2g2MAH,但马来酸酐MAH的接枝率和转化率较低,增容效率不高。

而POE接枝马来酸酐（POE2g2MAH能显著改善PA66与POE间的相容性和界面粘结性,POE-g-MAH可使PA66/POE2g2模MAH共混材料的缺口冲击强度提高至纯PA66材料的14倍左右。

实验发现共混材料分散相的弹性体颗粒内部存在较多份量的有序结构,分散相颗粒具有明显促进结晶的作用,此作用引起PA66基体结晶温度增加,结晶度增大,并在分散相质量分数为15%的脆韧转变条件下,达到极大值。

试样熔体的冷却速率越快,则此种促进结晶的作用就越明显[23]。

陆波等[24]研究了POE对PA6/POE/POE-g-MAH共混物的力学性能、耐热性和流变性能的影响。

结果表明:

在12.5份POE-g-MAH存在的条件下,随着POE用量增大,共混物的缺口冲击强度不断增大,而拉伸强度、维卡软化温度、表观粘度降低。

在混合体系中,POE-g-MAH具有增容和增韧的双重作用;加入30份POE时,共混物的维卡软化温度下降12℃,这是因为PA6在共混物中是连续相,POE为分散相,PA6的耐热性比POE好。

H.Chen等[25]用挤出的方法制得PA1010/POE-g-MAH共混物样品,研究了不同接枝率和不同含量的弹性体对共混体系力学性能的影响。

结果表明,当弹性体含量一定、接枝率为0.51%时,共混体系的综合力学性能最好;在PA1010/POE-g-MAH体系中,随POE-g-MAH含量增加,弹性体粒子的平均尺寸保持不变,这是因为挤出过程形成的共聚物PA1010/POE-g-MAH阻碍了弹性体粒子的聚集。

2.3PPO/PA/POE体系

将非晶性的聚苯醚（PPO和结晶性的PA进行共混,所得共混物兼具PA和PPO的优点,在不损失PPO的高玻璃化转变温度和尺寸稳定性的前提下,又赋予PA耐溶剂性和成型性。

但PPO与PA是典型的非相容

体系,因此,改善两者的相容性是关键[26]。

冯威等[27]研究PPO/PA6/POE-g-MAH共混体系的相态结构和力学性能,POE-g-MAH增强了PPO和PA6之间的相互作用,在所研究的范围内,PPO和POE分散在PA6连续相中,共混物的脆韧转变受控于相间的界面强度和弹性体的用量。

在保证共混体系各组分间具有适当相容性的情况下,可以制得高韧性的PPO/PA6/POE-g-MAH共混物,体系的缺口冲击强度可达600J/m。

透射电镜（TEM观察发现,冲击断面下方应力发白区有大量空穴,表明弹性体的空穴化是诱发剪切带从而吸收能量的原因。

2.4其它工程塑料/POE体系

刘晓红[28]比较了不同种类和用量的增韧剂对聚碳酸酯（PC力学性能的影响。

结果表明,乙烯-醋酸乙烯酯（EVA的加入使材料缺口冲击强度提高至纯PC的25倍,但拉伸强度急剧下降;POE-g-MAH对PC的增韧效果仅次于EVA,但材料拉伸强度降低程度比EVA小且材料的断裂伸长率提高很多。

而其它两种共混体系PC/乙烯2丙烯酸共聚物（EAA、PC/马来酸酐接枝线型低密度聚乙烯（LLDPE-g-MAH的性能介于EVA和POE-g-MAH之间。

综合考虑材料的各种机械性能,添加质量分数20%的POE2g2MAH的PC性能最佳。

POE可以改性热塑性聚氨酯（PU。

含有PU质量分数30%~90%,POE质量分数10%~70%,特殊的双酰胺0.1%~5.0%的复合材料具有中等强度、高弹性和低的永久变形,可用于制备薄膜和片材[29]。

湖南省塑料研究所采用POE、苯乙烯、丙烯腈共聚物（AS和EVA三元共聚物材料制造运动鞋底、跑道、铝塑复合板芯和电动工具手柄等。

由于POE是非极性弹性材料,与AS的粘合性差,加入EVA作相容剂,POE对共混材料的影响起主导作用,拉伸强度、断裂伸长率、压缩永久变形随POE用量的增加而增加[30]。

3展望

塑料改性是改善或提高塑料制品质量档次,降低加工成本,提高附加值的有效方法,也是获得具有独特功能的新型高分子材料的最佳途径。

POE是一种优异的新型热塑性弹性体,广泛应用于塑料改性中,增加对POE接枝改性以及与POE形成共聚物的研究,进一步提高POE与塑料基体之间的相容性,可以扩大其在塑料领域中的应用。

另外,笔者认为随着改性技术的发展,单纯的共混、接枝、加入增容剂等改性技术呈现了一定的局限性,单项性能的提高通常会导致其它性能的降低,因此将各种改性技术复合,从而制备出综合性能优异的材料是研究的热点。

相信随着广大科研人员的研究和开发,POE将在更广阔的领域中得到应用。

聚烯烃弹性体POE的性能及使用范围

POE是由辛烯和聚烯烃树脂组成的,连续相与分散相呈现两相分离的聚合物掺混物,通过扫描电子显微镜或相差显微镜的图像表明,可以形成以橡胶为连续相、树脂为分散相或以橡胶为分散相、树脂为连续相,或者两者都呈现连续相时的互穿网络结构。

随着相态的变化,共混物的性能也随之而变。

若橡胶为连续相时,呈现近似硫化胶的性能;树脂为连续相时,则性能近于塑料。

加工与配合:

POE不需混炼和硫化。

可采用通常热塑性塑料加工设备进行加工成型。

成型加工温度和加工压力一般应略高一些,可在极高的加工速度下加工。

可以注射成型、挤出成型,也可用压延机加工成板材或薄膜,并可吹塑成型,利用热成型可制造形状复杂的制品。

可根据需要添加各种颜料制成不同的颜色。

有些生产厂家依制品的使用要求,提供如耐油型、阻燃型、电稳定型以及可静电涂料型等各种品级的特殊配合料。

有时为改善加工性能和某些制品的使用性能或降低成本时,也可以加入某些配合剂,如抗氧剂、软化剂和填充剂、着色剂等。

边角料和废料可回收重复加工使用。

但一般掺入比例不超过30%,这样对性能无影响POE对共混体系的影响

POE是采用茂金属催化剂的乙烯和辛烯实现原位聚合的热塑性弹性体,其特点是:

（1辛烯的柔软链卷曲结构和结晶的乙烯链作为物理交联点,使它既有优异的韧性又有良好的加工性。

（2POE分子结构中

没有不饱和双键,具有优良的耐老化性能。

（3POE分子量分布窄,具有较好的流动性,与聚烯烃相容性好。

（4良好的流动性可改善填料的分散效果,同时也可提高制品的熔接痕强度。

随着POE含量的增加,体系的冲击强度和断裂伸长率有很大的提高。

可见,POE对PP有优良的增韧作用,与PP、活性碳酸钙有较好的相容性。

这是因为POE的分子量分布窄,分子结构中侧辛基长于侧乙基,在分子结构中可形成联结点,在各成分之间起到联结、缓冲作用,使体系在受到冲击时起分散、缓冲冲击能的作用,减少银纹因受力发展成裂纹的机会,从而提高了体系的冲击强度。

当体系受到张力时,由于这些联结点所形成的网络状结构可以发生较大的形变,所以,体系的断裂伸长率有显著的增加,当POE的含量增加时,体系的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量均有所下降,这是由POE本身的性能决定的,故POE的含量应控制在20%以下。

POE的含量与熔融指数的关系,加入POE后,体系的熔融指数增加。

POE本身的流动性较好,它的加入,同时也改善了整个体系的流动性,当POE含量超过15份以后,体系的熔融指数基本没有变化,若要继续提高体系的流动性,则不能完全依赖于POE。

基本特性:

（1POE具有热塑性弹性体的一般物性,如成型性、废料再利用和硫化胶性能等。

（2价格低,并且相对密度小,因而体积价格低廉。

（3耐热性、耐寒性优异,使用范围宽广。

（4耐候性、耐老化性良好。

（5耐油性、耐压缩永久变形和耐磨耗等不太好。

应用范围:

主要用于改性增韧PP、PE和PA在汽车工业方面制作保险杠、挡泥板、方向盘、垫板等等。

电线电缆工业上耐热性和耐环境性要求高的绝缘层和护套。

也用于工业用制品如胶管、输送带、胶布和模压制品。

医疗器械以及家用电器、文体用品、玩具等,以及包装薄膜等等。

POE弹性体材料的性能用途--7086、7256、8556、7380、7270、7447、7467

DuPontDow弹性体公司的EngageENR7086（门尼粘度26,0.901g/cm3,>0.5g/10min是一种高熔体强度的乙烯-丁烯共聚物,设计用于改性PP均聚或共聚物,应用于吹塑、挤出和热成型。

它也是能用于提高填充HDPE挤出料的熔体强度和韧性。

当与PP混合后（用量15%~20%,可吹塑更大的部件,如艇的护舷物,允许采用更大的牵引和更宽的加工窗口进行热成型。

它也能提高透明PP的冲击强度,以替代PET和PS。

ENR7256（2g/10min,0.885g/cm3,邵A硬度79,乙烯-丁烯和ENR8556（2g/10min,0.885g/cm3,邵A

硬度68,乙烯-辛烯都为管材、型材和线/缆的发泡和挤出进行过优化。

二者的加工性能得到改进,挤出速率更快。

用于线/缆,与填料或交联结合可提高物理性能;用于挤出型材,则挤出速率更快,产量更高。

目标市场包括交联弹性体和韧性热塑性材料。

ENR7380（门尼粘度48,0.870g/cm3是一种丁烯品级,设计在软质TPE中作为一种弹性添加剂。

当25%~30%的7380与SEBS混合时,可使材料保持所有关键性的同时降低成本5%~10%。

其低的结晶度和增强的熔体强度也使它可作为热成型PP的优异改性剂。

ENR7270（0.8g/10min,0.880g/cm3,ENR7447（5g/10min,0.865g/cm3和ENR7467（1.2g/10min,0.862g/cm3是三种丁烯品级,设计用于汽车TPO和非汽车塑料改性。

ENR7467是一种高性能品级,具有极低的结晶度和优异的低温韧性。

ENR7270则是一种通用品级,提供了良好的性价比,用于改性PP和HDPE。

ENR7447是一种高流动低密度的品级,设计用于与别的Engage弹性体一起微调PP和HDPE的改性。

在PP和HDPE中用5%~10%,ENR7270和7447就能显著提高家具、电器和草坪/花园设备的抗冲击性能。

增韧剂（POE应用于PP改性

聚丙烯是五大通用塑料之一，但它的成型收缩率大、易翘曲变形等缺点，限制了其在结构材料和工程塑料方面的应用。

以POE为增韧剂，对体系进行增韧改性，同时配以碳酸钙在降低成本的同时，使复合材料取得各项均衡的力学性能，拓展了聚丙烯的应用空间。

1、碳酸钙的活化随着复合材料工业的迅速发展，碳酸钙已不仅仅是一种填充剂，同时也是一种重要的改性剂。

在聚丙烯共混改性体系中，加入碳酸钙可以降低制品的成型收缩率和原料成本，提高改性聚丙烯制品的刚性和耐热性。

但是，碳酸钙是无机填料，与聚丙烯的相容性较差，所以在使用前需进行活化处理，以提高碳酸钙与聚合物分子链的结合力，提高填充聚丙烯材料的力学性能，建议使用800目以上的重质碳酸钙，经干燥处理后投入高速搅拌机中，然后加入适量的磷酸脂偶联剂，高速搅拌15-20分钟，对碳酸钙进行活化处理。

或者直接使用800目以上的活性重质碳酸钙。

在共混体系中随着活化碳酸钙含量的增加，体系的冲击强度先快速增加，30份以后增加缓慢，40份以后冲击强度降低。

用偶联剂活化过的碳酸钙，能使材料的冲击强度增加，这是因为活化碳酸钙的粒子表面发生了物理化学结构和性质的改变，更易分散在基体中。

当碳酸钙的含量超过一定程度时，会出现无机粒子集结堆积现象，使共混体系的结构产生内部缺陷，造成各项力学性能的下降。

所以，碳酸钙的用量以不超过40份为宜。

2、POE对共混体系的影响POE是采用茂金属催化剂的乙烯和辛烯实现原位聚合的热塑性弹性体，其特点是：

（1）辛烯的柔软链卷曲结构和结晶的乙烯链作为物理交联点，使它既有优异的韧性又有良好的加工性。

（2）POE分子结构中没有不饱和双键，具有优良的耐老化性能。

（3）POE分子量分布窄，具有较好的流动性，与聚烯烃相容性好。

（4）良好的流动性可改善填料的分散效果，同时也可提高制品的熔接痕强度。

随着POE含量的增加，体系的冲击强度和断裂伸长率