[發明專利]一種經由退火處理提高聚丙烯片晶厚度的方法

在審

• 申請號: 201310539600.0
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN104610648A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 趙靜;尚英瑞;李景慶;蔣世春
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08K5/20;C08J3/00;B29C35/02;B29C35/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，更具體地說，涉及一種改變聚丙烯片晶厚度的調控方法。

背景技術

在半結晶性高分子中，等規聚丙烯（iPP）具有成本低，易加工以及力學性能良好的特性，因此被廣泛應用于建筑、交通運輸、醫療衛生、家用電器、食品包裝等眾多領域。iPP在不同的結晶條件下可以形成多種結晶形態，如單斜晶系的α型晶相、六方晶系的β型晶相、三斜晶系的γ型晶相以及近晶的中介相，雖然它們具有相同的基本結構單元，即3₁鏈螺旋，但是分子鏈的堆疊結構卻不相同。對β晶含量較高的聚丙烯材料及其制品而言，其抗沖擊強度和斷裂伸長率明顯優于普通的聚丙烯材料及制品（甚至高出數倍），同時具有相對高的熱變形溫度、低的彈性模量和屈服強度以及明顯的應變硬化等，這是很多聚丙烯制品所需要的；材料的具體性能表現在高速拉伸下能顯示出較好的韌性和延展性、不易脆裂、拉伸強度甚至比傳統的聚丙烯提高近4倍等。與β晶型相比,α晶型在熱力學方面更穩定，具有較高的彎曲強度、彎曲模量、硬度等性能，但是斷裂韌性差些。

高分子材料的力學性能主要是由其微觀結構決定的，有很多文獻報道過片晶厚度是影響結晶材料力學性能的重要因素。半結晶高分子在加工成型過程中，通常是從熔融狀態快速冷卻到室溫，因此很難得到分子鏈排列高度有序的結晶結構。退火處理是調控高分子材料結晶形態和結構的常用手段，不僅可以消除材料的內部應力，還能促進分子鏈運動重排，從而減少缺陷，完善結晶結構，使材料的性能得到改善。

對于半結晶性聚合物而言，結晶并不是直接從各向同性的熔體中生長出來的，在結晶前存在著一個預有序相或預有序結構，并且片晶的形成是一個經過中間態的多步過程。高分子結晶首先由熔體中的分子鏈向有著介晶性質的結構薄層的側向生長面的附著開始的。層中的密度稍高于熔體密度，但遠小于晶體密度，該薄層通過外延力來保持穩定，所有的立體缺陷和共聚單元都被形成的側向生長面所排斥。在中介層增厚的過程中，內流動性大小不是恒定不變的，在生長面上的內流動性比較大，并且在中介層增厚的過程中也變小，內流動性的降低導致了中介層的增厚達到一個臨界值，這時薄層進行加固，向一個更有序結構轉變，可以稱之為粒狀晶層，由小晶塊在平面組合而成的。在粒狀晶塊合并為片晶過程中，也就是內部優化過程中，導致了整個體系的Gibbs自由能下降，最終得到片晶的厚度和小晶塊的厚度一致。因此，片晶的生成主要分為三步：（1）高分子鏈段先形成介晶層，（2）當達到某一臨界值時，介晶層固化成粒狀晶層，（3）這種粒狀晶層合并成均相的片晶，達到穩定的狀態。

在加熱過程和拉伸過程中都會使iPP形成介晶相，然而熱致和拉制所生成的介晶之間存在著明顯的差別：（1）拉制iPP生成的介晶沒有長周期，而熱致介晶中存在長周期，（2）拉制介晶沿拉伸方向取向，而熱致介晶各向同性。因此，對iPP材料進行熱處理可以使其微觀結構發生變化，進而宏觀性能也會發生相應的變化。

發明內容

基于上述技術背景，本發明的目的在于提供一種簡單易行的提高聚丙烯片晶厚度的方法，用以改變其力學性能。

本發明利用調整退火時間的方法，實現對片晶厚度的調控，適當的退火時間可得到最大的片晶厚度，片晶厚度用小角X射線散射方法測得。本發明具體通過以下技術方案予以實現：

1）制備單一成核劑與iPP的混合物；

2）用平板硫化機制備厚度為0.5mm的薄膜試樣；

3）在電熱真空烘箱中對薄膜試樣在130℃下處理不同的時間，然后將試樣從烘箱中取出并冷卻至室溫，在進行測試之前，樣品在室溫條件下至少放置48h；

4）利用小角X射線散射（SAXS）技術進行測試。

具體說明如下：