
聚丙烯(PP)是一种典型的部分结晶型聚合物,拥有晶区与非晶区,其复杂的结晶过程包括成核和晶粒生长两个阶段。
普通PP制品的透明度较低,这主要源于两个方面的原因:一是晶区与非晶区的折光指数不同,导致可见光在两者界面处产生散射现象;二是在冷却结晶过程中,生成的球晶尺寸大于可见光波长,引发折射现象。
想要提高PP的透明度,我们可以通过控制球晶尺寸、降低结晶度来实现。具体方法包括:
1. 利用异相成核作用,细化球晶,减少光在球晶界面上的散射和折射,从而提高PP的透明度。
2. 引入共聚单体,分子链的规整度和有序性,阻碍晶体生成、降低结晶度、细化球晶,以此提高PP的透明度。
3. 通过聚合物共混来增强PP的透明度,其增透机理与成核剂相似。加入共混物可以起到异相成核的作用,降低结晶尺寸,从而提高PP的透明度。
在基础PP树脂中添加透明成核剂是提高产品透明性的常用方法。透明改性成核剂主要分为熔融型和分散型两大类。前者以山梨糖醇类为代表,后者包括滑石粉、苯甲酸钠、有机磷酸盐等。其中,山梨糖醇类成核剂不仅能提高PP的透明度,还能提升其刚性、冲击强度和热变形温度等性能。
对于熔融型的成核剂,如山梨糖醇类,其增透机理被认为是增透纤维网络成核机理。这类成核剂在熔融状态下与PP形成均相物,当体系冷却时,成核剂率先结晶,形成纤维状网络结构,从而大大减弱对可见光的散射和折射,增强了透光性。
分散型成核剂,又称为不融物透明改性剂,主要起到异相成核的作用,增加微晶数量,使晶体生长空间受限,晶体尺寸变小,从而提高制品的透明性和刚性。不过这类成核剂与PP的相容性较差,分散性也不好,使用时需要注意。
透明PP的光学性能主要受高分子晶体尺寸影响,通常用透光率和雾度来表征。通过添加成核剂,能够增加晶核数量,使球晶更加细化均匀,降低光散射程度,从而降低雾度值,增加材料的透明性。
通过聚合过程中使用Ziegler-Natta催化剂(Z-N催化剂),可以引入共聚单体(如乙烯、1-丁烯等),直接生产无规共聚PP(PPR)产品。这种方法降低了成核剂的使用量,提高了产品的卫生性。共聚单体的引入了PP分子链的规整度和有序性,降低了结晶度,从而提高了PP的透明度。
采用茂金属催化剂可以合成高透明的PP。茂金属催化剂具有确定的单活性中心,可以精确地控制聚合物的分子量、分子量分布、晶体结构等,从而生产出高强度、高透明的PP。目前,茂金属PP的透明度已经达到了很高的水平。
除了上述方法,还可以通过共混法生成透明PP。共混法是将其他种类的树脂混入PP基础料中,起到异相成核的作用,降低结晶尺寸,提高PP的透明性。例如,将PP、三元乙丙橡胶(EDPM)和低密度聚乙烯(PE-LD)三者共混,不仅能提高PP的透明性,还能增强其耐冲击性。
提高PP的透明度的方法多种多样,但每种方法都有其局限性。在选择使用时需要根据具体情况进行权衡和选择。
