鄧亞男，夏 英，叢 揚(yáng)，馬 南，李思琪，王 爽，張 瀾

（大連工業(yè)大學(xué)紡織與材料工程學(xué)院，遼寧省大連市 116034）

離聚物是一種含有少量離子基團(tuán)的聚合物，大分子鏈為非離子型的骨架鏈，支鏈為少量的離子基團(tuán)，其中離子基團(tuán)的摩爾分?jǐn)?shù)一般不大于15%[1]。離聚物與聚合物共混時(shí)，借助離子-偶極作用提高界面間的相互作用，可以使共混體系的相容性明顯增加[2]，同時(shí)離聚物還是一種很好的成核劑[3]，可以顯著改善共混物的結(jié)晶性能。離聚物除具有共價(jià)鍵外，還有金屬離子鍵，從而具有優(yōu)良的性能，其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。近年來(lái)，離聚物作為高分子合金的增容劑也得到重視[4]。

聚丙烯（PP）缺口敏感性高，沖擊強(qiáng)度低，因此，在結(jié)構(gòu)材料和工程塑料領(lǐng)域的應(yīng)用受到極大限制。為提高PP的韌性，改善其力學(xué)性能，將其與乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）共混，制備了PP/EVA熱塑性硫化橡膠。PP/EVA熱塑性硫化橡膠兼有PP和EVA的優(yōu)點(diǎn)，但PP是一種非極性聚合物，與極性的EVA復(fù)配的熱塑性硫化橡膠的力學(xué)性能差且不穩(wěn)定，PP和EVA的非晶相不相容，結(jié)晶區(qū)是分別結(jié)晶而沒(méi)有形成混晶[5-6]。

與EVA相比，皂化EVA（EVAL）具有更高的反應(yīng)活性，更易發(fā)生接枝。為改善兩種聚合物的相容性，提高PP/EVA熱塑性硫化橡膠的力學(xué)性能，本工作采用加入EVAL接枝馬來(lái)酸鈉（MANa）（EVAL-g-MANa）離聚物的方法來(lái)改善PP/EVA的界面相容性，得到綜合性能優(yōu)良的PP/EVA熱塑性硫化橡膠。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

PP，4280，韓國(guó)三星道達(dá)爾股份有限公司生產(chǎn)；EVA，1528，乙酸乙烯（VA）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%，韓國(guó)韓華集團(tuán)生產(chǎn)；EVAL-g-MANa，實(shí)驗(yàn)室制備；雙叔丁基過(guò)氧化二異丙基苯（BIPB），湖南以翔科技有限公司生產(chǎn)；硫磺，分析純，市售。

1.2 主要儀器與設(shè)備

RM-200型轉(zhuǎn)矩流變儀，哈博電氣制造公司生產(chǎn)；SK-160B型雙輥開(kāi)煉機(jī)，上海思南橡膠機(jī)械有限公司生產(chǎn)；QLB-50D/Q型平板硫化機(jī)，無(wú)錫市中凱橡膠機(jī)械有限公司生產(chǎn)；RXJ-50型液晶顯示沖擊試驗(yàn)機(jī)，深圳市瑞格爾儀器有限公司生產(chǎn)；RG1-5型電子萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)，深圳市瑞格爾儀器有限公司生產(chǎn)；JSM-6460LV型掃描電子顯微鏡，日本電子公司生產(chǎn)；XRZ-400型熔體流動(dòng)速率儀，吉林大學(xué)儀器廠生產(chǎn)；Zeiss Mikroskop Axioplan型偏光顯微鏡，德國(guó)蔡司光學(xué)儀器公司生產(chǎn)；D/Max-3B型X射線衍射儀，日本理學(xué)公司生產(chǎn)。

1.3 試樣制備

PP/EVA熱塑性硫化橡膠的制備：按配方準(zhǔn)確稱取PP，EVA，BIPB，硫磺（適量的硫磺能有效抑制PP的降解，同時(shí)可使PP和EVA形成的交聯(lián)結(jié)構(gòu)數(shù)量達(dá)到最大值）等組分。設(shè)定轉(zhuǎn)矩流變儀溫度為180 ℃，轉(zhuǎn)速60 r/min，加入PP，EVA，硫磺，共混3 min后加入BIPB，繼續(xù)在轉(zhuǎn)矩流變儀中密煉13 min，出料。在雙輥開(kāi)煉機(jī)上混煉3 min后，在平板硫化機(jī)中于190 ℃條件下模壓制板。

添加EVAL-g-MANa的PP/EVA熱塑性硫化橡膠的制備：向制備PP/EVA熱塑性硫化橡膠的配方中加入EVAL-g-MANa，其余制備條件同上。

1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

拉伸性能按GB/T 1040.2—2006測(cè)試；懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度按ISO 179-1∶2010測(cè)試；彎曲性能按GB/T 9341—2008測(cè)試；熔體流動(dòng)速率（MFR）按GB/T 3682—2000測(cè)試。

偏光顯微鏡（PLM）觀察：將試樣以15 ℃/min升至240 ℃，保持10 min后再以10 ℃/min降至80℃，并且從140 ℃開(kāi)始拍攝照片。

掃描電子顯微鏡（SEM）觀察：將試樣用液氮冷凍脆斷后用甲苯在40 ℃條件下刻蝕24 h，經(jīng)干燥、噴金處理后，觀察其斷面形態(tài)。

X射線衍射（XRD）分析：采用Cu靶，40 kV電壓，30 mA電流，以2（°）/min連續(xù)掃描，衍射角（2 θ）為5°～23°。

2 結(jié)果與討論

2.1 EVAL-g-MANa用量對(duì)PP/EVA熱塑性硫化橡膠力學(xué)性能的影響

從圖1看出：當(dāng)EVAL-g-MANa用量小于6 phr時(shí)，PP/EVA熱塑性硫化橡膠的拉伸強(qiáng)度和斷裂拉伸應(yīng)變都呈增大趨勢(shì)；當(dāng)EVAL-g-MANa用量為6 phr時(shí)，PP/EVA熱塑性硫化橡膠的拉伸強(qiáng)度為19.23 MPa，斷裂拉伸應(yīng)變?yōu)?2.4%，與未加入EVAL-g-MANa的PP/EVA熱塑性硫化橡膠相比分別提高13.79%和7.69%；當(dāng)用量超過(guò)6 phr時(shí)，PP/EVA熱塑性硫化橡膠的拉伸強(qiáng)度隨EVAL-g-MANa用量的增加而略有下降。這是因?yàn)橐环矫鍱VAL-g-MANa的基體為EVA，其與PP/EVA熱塑性硫化橡膠共混時(shí)為良好的相容劑；另一方面EVAL-g-MANa通過(guò)離子簇在共混體系中形成物理交聯(lián)而使PP與EVA的相容性增大[7]，從而改善PP/EVA熱塑性硫化橡膠的韌性。但是添加過(guò)量EVAL-g-MANa，共混體系的單位體積中會(huì)有超負(fù)荷的Na+，使共混體系的拉伸性能下降。

圖1 EVAL-g-MANa用量對(duì)PP/EVA熱塑性硫化橡膠拉伸性能的影響Fig.1 Effect of the EVAL-g-MANa amount on the tensile properties of the PP/EVA TPV

從圖2可以看出：隨著EVAL-g-MANa用量的增加，PP/EVA熱塑性硫化橡膠的懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度逐漸增大，當(dāng)EVAL-g-MANa用量為9 phr時(shí)，PP/EVA熱塑性硫化橡膠的懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度比未加EVAL-g-MANa增加了23.85%。這是由于引入EVAL-g-MANa后，EVA的正負(fù)電荷重心分布不重合，使正負(fù)極性各偏在某一側(cè)，負(fù)電荷重心容易和EVAL-g-MANa離子鍵中的Na+吸引，相互作用而形成配位鍵。因此，EVAL-g-MANa在PP/EVA的兩相界面起到“橋梁”作用，具有良好的增容效果，宏觀上表現(xiàn)為力學(xué)性能提高。當(dāng)EVAL-g-MANa用量超過(guò)9 phr時(shí)，PP/EVA熱塑性硫化橡膠的懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度的增加幅度下降。所以，適當(dāng)添加EVAL-g-MANa可以提高熱塑性硫化橡膠的抗沖擊性能。

圖2 EVAL-g-MANa用量對(duì)PP/EVA 熱塑性硫化橡膠彎曲性能與抗沖擊性能的影響Fig.2 Effect of the EVAL-g-MANa amount on the flexural properties and impact properties of the PP/EVA TPV

從圖2還看出：由于EVAL-g-MANa改善了PP與EVA兩相間的界面結(jié)合強(qiáng)度，隨著EVAL-g-MANa用量的增加，PP/EVA熱塑性硫化橡膠的彎曲應(yīng)力先迅速增大；當(dāng)EVAL-g-MANa的用量為6 phr時(shí)，PP/EVA熱塑性硫化橡膠的彎曲應(yīng)力增加14.95%；當(dāng)EVAL-g-MANa用量超過(guò)6 phr后，彎曲應(yīng)力則隨著EVAL-g-MANa用量的增加緩慢下降。適量添加EVAL-g-MANa可有效改善PP/EVA熱塑性硫化橡膠中兩相的界面相容性，但是過(guò)量的EVAL-g-MANa相當(dāng)于向PP/EVA熱塑性硫化橡膠中添加過(guò)量的EVA，而EVA屬于彈性體，從而使單位體積上PP含量有所減少，彎曲應(yīng)力降低的幅度較為明顯。

2.2 EVAL-g-MANa用量對(duì)PP/EVA熱塑性硫化橡膠MFR的影響

從圖3看出：加入EVAL-g-MANa，PP/EVA熱塑性硫化橡膠的MFR變大，當(dāng)EVAL-g-MANa用量為6 phr時(shí)，熱塑性硫化橡膠的MFR最高，與未加EVAL-g-MANa相比提高了32.56%。這是因?yàn)榧尤脒m量EVAL-g-MANa可以促進(jìn)EVA在PP中的分散，由于EVA熔體的流動(dòng)性能較好（MFR為56.6 g/10 min），所以PP/EVA熱塑性硫化橡膠的流動(dòng)性有所提高，但是EVAL-g-MANa的MFR（20.7 g/10 min）較PP（27.8 g/10 min）和EVA都低，所以過(guò)量的EVAL-g-MANa加入到共混體系中，熱塑性硫化橡膠黏度勢(shì)必增大，從而其MFR提高不顯著。

綜上所述，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，當(dāng)EVAL-g-MANa用量為6 phr時(shí)，對(duì)PP/EVA熱塑性硫化橡膠的增強(qiáng)增韌效果最佳，且MFR也最大。此時(shí)，PP/EVA熱塑性硫化橡膠的綜合性能最優(yōu)。

圖3 EVAL-g-MANa用量對(duì)PP/EVA 熱塑性硫化橡膠MFR的影響Fig.3 Effect of the EVAL-g-MANa amount on the melt flow rate of the PP/EVA TPV

2.3 EVAL-g-MANa對(duì)PP/EVA熱塑性硫化橡膠結(jié)晶性能的影響

從圖4可以看出：添加EVAL-g-MANa的PP/EVA熱塑性硫化橡膠中的PP球晶尺寸明顯小于未添加EVAL-g-MANa的PP/EVA熱塑性硫化橡膠，EVAL-g-MANa起到異相成核的作用。添加EVAL-g-MANa后，PP/EVA熱塑性硫化橡膠中的分散相尺寸明顯減小，PP和EVA兩相間的相容性提高。結(jié)果表明： EVAL-g-MANa可以作為成核劑使用，對(duì)結(jié)晶聚合物的結(jié)晶行為產(chǎn)生明顯影響。此外，由于鈉鹽離聚物EVAL-g-MANa具有較強(qiáng)的離子交聯(lián)度，交聯(lián)使EVA顆粒分散相尺寸減小，能更好地起到異相成核的作用。與此同時(shí)也阻礙了PP球晶的徑向發(fā)射生長(zhǎng)，PP球晶的完善程度下降，球晶尺寸減小。

圖4 PP/EVA熱塑性硫化橡膠的PLM照片（×800）Fig.4 PLM images of the PP/EVA TPV before and after adding EVAL-g-MANa

從圖5看出：未添加EVAL-g-MANa的PP/EVA熱塑性硫化橡膠在2 θ分別為5.94°，14.02°，16.78°，18.46°，21.04°，21.74處出現(xiàn)6個(gè)專屬于PP的α晶特征衍射峰。添加EVAL-g-MANa的PP/EVA熱塑性硫化橡膠，在相同2 θ角處也有6個(gè)專屬于PP的α晶特征衍射峰，說(shuō)明添加EVAL-g-MANa對(duì)PP/EVA熱塑性硫化橡膠的結(jié)晶度影響不大。且添加EVAL-g-MANa前后的PP/EVA熱塑性硫化橡膠的結(jié)晶結(jié)構(gòu)基本一樣，只是添加EVAL-g-MANa后PP/EVA熱塑性硫化橡膠的衍射強(qiáng)度有所下降，衍射峰稍有偏離，改變了熱塑性硫化橡膠結(jié)構(gòu)的有序性；添加EVAL-g-MANa前后的PP/EVA熱塑性硫化橡膠的結(jié)晶度分別為26.73%，26.75%，結(jié)晶度基本保持不變。球晶尺寸減小，結(jié)晶度基本保持不變，所以，添加EVAL-g-MANa的PP/EVA熱塑性硫化橡膠強(qiáng)度提高的同時(shí)也得到韌性。

圖5 添加EVAL-g-MANa前后的PP/EVA 熱塑性硫化橡膠的XRD譜圖Fig.5 XRD patterns of the PP/EVA TPV before and after adding EVAL-g-MANa

2.4 EVAL-g-MANa對(duì)PP/EVA熱塑性硫化橡膠微觀形態(tài)的影響

圖6 PP/EVA熱塑性硫化橡膠表面形貌的SEM照片F(xiàn)ig.6 SEM micrographs of the surface of the PP/EVA TPV before and after adding EVAL-g-MANa

從圖6a可以看出：未添加EVAL-g-MANa的PP/EVA熱塑性硫化橡膠中，形成以EVA為分散相、PP為連續(xù)相的典型“海島”結(jié)構(gòu)。其中，EVA顆粒以較大的粒徑分散于PP基體中，且顆粒外形不規(guī)則、粒徑分布不均勻。從圖6b可以看出：添加EVAL-g-MANa的PP/EVA熱塑性硫化橡膠中，EVA盡管依然為分散相，但其顆粒粒徑明顯小于未添加EVAL-g-MANa的，外形呈規(guī)則的球形且粒徑分布更為均勻。這是因?yàn)榫哂休^強(qiáng)離子交聯(lián)度的鈉鹽離聚物EVAL-g-MANa使分散相EVA的黏度上升，從而導(dǎo)致EVA顆粒在高剪切應(yīng)力作用下易被粉碎成較小的顆粒；而且，交聯(lián)使EVA顆粒相互碰撞后難以形成大顆粒。EVAL-g-MANa與EVA間具有很強(qiáng)的親合作用，適當(dāng)添加EVAL-g-MANa可起到穩(wěn)定分散相尺寸和避免分散相聚集的作用。以上多種原因促使添加EVAL-g-MANa的PP/EVA熱塑性硫化橡膠中的顆粒尺寸明顯小于未添加EVAL-g-MANa的，使EVA的分散更均勻，界面更清晰，從而改善了PP/EVA熱塑性硫化橡膠的力學(xué)性能及加工性能。

3 結(jié)論

a）EVAL-g-MANa對(duì)PP/EVA熱塑性硫化橡膠具有良好的增韌增強(qiáng)作用。當(dāng)EVAL-g-MANa用量為6 phr時(shí)，共混體系力學(xué)性能最佳，拉伸強(qiáng)度、懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度、彎曲應(yīng)力分別提高13.79%，23.85%，14.95%，此時(shí)，PP/EVA熱塑性硫化橡膠的MFR提高32.56%。

b）加入EVAL-g-MANa使PP/EVA熱塑性硫化橡膠的球晶尺寸減小，衍射強(qiáng)度略有下降，結(jié)晶度基本保持不變。

c）EVAL-g-MANa能有效改善PP/EVA熱塑性硫化橡膠中分散相EVA的分散效果和兩相相容性。

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