1、研究与开发CHINASYNTHETICRESINANDPLASTICS合 成 树 脂 及 塑 料，2023，40（1）：6聚丙烯（PP）广泛应用于汽车、家电、建筑、包装、医疗等领域，已成为发展最快的五大合成材料之一1-2。与传统石脑油裂解工艺技术相比，煤制PP的工业生产技术成本低、效益好，降低了我国对石油进口的依赖度，缓解了石油资源短缺的现状，煤制PP的工业生产技术为国家能源战略性转型创造了一条新路子3-4。2021年，我国PP的生产能力为2.891107Mt；2020年，我国PP产量为2.816107Mt，表观消费量为2.554107Mt；20192022年，PP产能持续扩张，面对激烈的市场
2、竞争，系列化、功能化、差异化、高端化将是PP行业的发展趋势。在PP生产中添加专用成核剂是实现功能化的有效方法之一5-6，它可以有效细化PP球晶，提升PP的力学性能、光学性能，而且使PP的结晶适应性增强，体现出更强的结晶能力7-12，另外，后续产品加工中可以明显提升生产效率13-14。本工作选取了新一代山梨醇类成核剂NX8000K以及有机羧酸盐类成核剂HPN-20E，研究两类成核剂对煤基PPK1860结晶性能、力学性能以及光学性能的影响。1 实验部分1.1 主要原料PPK1860粉料，国能新疆化工有限公司；抗氧有机成核剂在煤基聚丙烯中的应用王 勇，包璐璐*，刘 义，韩李旺，郭晓东，苟荣恒，李国锋
3、（国能新疆化工有限公司，新疆乌鲁木齐 831400）摘 要：研究了两种有机成核剂NX8000K，HPN-20E对煤基聚丙烯K1860结晶性能、力学性能及光学性能的影响。结果表明：成核剂的加入使K1860的结晶温度、拉伸强度、弯曲模量较空白试样明显提升；NX8000K在添加量为0.25%（w）时，雾度较空白试样下降了22.6%，增透效果突出；HPN-20E在低添加量 0.030%（w）时，结晶温度、拉伸强度、弯曲模量较空白试样分别提升了5.3%，9.7%，25.7%。关键词：煤基聚丙烯 结晶性能 力学性能 光学性能中图分类号：TQ325.1+4 文献标志码：B 文章编号：1002-1396（20
4、23）01-0006-04Application of organic nucleating agent in coal based polypropyleneWang Yong，Bao Lulu，Liu Yi，Han Liwang，Guo Xiaodong，Gou Rongheng，Li Guofeng（CHN ENERGY Xinjiang Chemical Co.，Ltd.，Urumqi 831400，China）Abstract：InthispapertheeffectsoftwokindsoforganicnucleatingagentsNX8000kandHPN-20Eonthec
5、rystallization，mechanicalandopticalpropertiesofcoalbasedpolypropyleneK1860werestudied.Theresultsshowthatthecrystallizationtemperature，tensilestrengthandflexuralmodulusofK1860aresignificantlyimprovedbyaddingnucleatingagentsindifferentconcentrations.WhenthemassfractionofNX8000Kis0.25%，thetransparencyo
6、fK1860isoutstandingandthehazeofK1860isdecreasedby22.6%.WhenHPN-20Eisaddedatlowmassfractionof0.3，thecrystallizationtemperature，tensilestrength，andflexuralmodulusofK1860areincreasedby5.3%，9.7%，25.7%，respectively.Keywords：coalbasedpolypropylene；crystallizationbehavior；mechanicalproperty；opticalproperty
7、收稿日期：2022-07-27；修回日期：2022-10-26。作者简介：王勇，男，1979年生，学士，工程师，2001年毕业于新疆大学化学专业，现主要从事聚烯烃树脂技术指导工作。E-mail：。基金项目：国家能源投资集团有限责任公司科技创新项目（GJNY-20-22）。通信联系人。E-mail：。DOI：10.19825/j.issn.1002-1396.2023.01.02*第 1 期.7.剂1010，抗氧剂168：工业品，德国BASF公司；硬脂酸钙，中国医药集团有限公司；成核剂NX8000K，HPN-20E：美国Milliken公司。1.2 主要仪器HT-30型双螺杆挤出机，南京橡塑机械
8、厂有限公司；Q2000型差示扫描量热仪，美国TA仪器公司；MI-4型熔体流动速率仪，德国高特福有限公司；CC-6801型分光色彩精灵黄度仪，德国BYK公司；CMT4204型电子万能试验机，美特斯工业系统有限公司；CJ80E型注塑机，震德塑料机械有限公司；HIT5.5P型摆锤冲击试验机，德国Zwick公司；WGT-S型雾度仪，上海精密科学仪器有限公司。1.3 试样制备抗氧剂1010，抗氧剂168和硬脂酸钙用量分别为0.04%，0.08%，0.04%（w），成核剂NX8000K用量分别为0.12%，0.15%，0.18%，0.20%，0.25%（w）时得到的PP记作试样1试样5，成核剂HPN-20
9、E用量分别为0.030%，0.050%，0.075%，0.100%，0.150%（w）时得到的PP记作试样6试样10。将添加剂与K1860粉料混合均匀后加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机17区的温度分别为200，220，230，230，230，230，210，主机螺杆转速为40r/min，机头温度为210，喂料转速为15r/min；PP粒料送入注塑机，注塑机13段温度分别为220，220，210，射胶压力分别为110，110，90MPa，保压压力分别为90，90，70MPa，制得标准测试样条。1.4 测试与表征PP的熔融结晶性能：通过差示量热扫描仪来研究PP试样的熔融温度、结晶焓和结晶温度。
10、以50/min升温速率快速升温到200，恒温5min以消除热历史，然后以10/min降至40，再以10/min升至200。结晶度按式（1）计算。100%HmHfXc=（1）图1 成核剂对PP熔融结晶性能的影响Fig.1 EffectsofNX8000kandHPN-20EoncrystallizationandmeltingcharacteristicsofPP80100120140160热流温度/温度/温度/温度/空白试样1试样2试样3试样4试样5空白试样6试样7试样8试样9试样10空白试样6试样7试样8试样9试样10热流热流热流1201401601802008010012014016012
11、0140160180200空白试样1试样2试样3试样4试样5a 试样1试样5的非等温结晶曲线b 试样1试样5的二次熔融曲线c 试样6试样10的非等温结晶曲线d 试样6试样10的二次熔融曲线王 勇等.有机成核剂在煤基聚丙烯中的应用式中：Hm为二次熔融时焓值，J/g；Hf为完全熔融时焓值，取值209J/g；Xc为结晶度，%。下同。PP的力学性能：拉伸性能按GB/T1040.22006测试，拉伸速度为1mm/min；弯曲性能按GB/T93412008测试，弯曲速度为2mm/min。PP的光学性能：雾度按ASTMD10032013测试。2 结果与讨论2.1 成核剂对PP熔融结晶性能的影响从图1a和表1
12、可以看出：只添加抗氧剂的PP（记作空白试样）的结晶温度为122.5，结晶焓为104.8J/g，成核剂NX8000K添加量在0.18%（w）以上体现出优良的促进PP结晶的作用，使PP的结晶温度得到提升，这是因为NX8000K分子通过分子间的氢键作用形成一定浓度的凝胶网络使其发挥成核作用。当NX8000K用量在0.18%（w）以下时，成核剂的浓度较低，不容易通过氢键作用形成具有成核作用的凝胶网络，无法发挥成核特性，用量提升到0.18%（w）会有一定的凝胶结构形成，并且随着用量从0.18%（w）提升到0.20%（w），凝胶浓度明显上升，进而出现成核作用提升明显的现象。但随着成核剂用量的进一步提升，成
13、核剂凝胶网络结构过于庞大，会限制PP分子的进一步运动，成核性能提升的作用逐渐减弱。从图1c可以看出：HPN-20E用量仅为0.030%（w）时，PP的结晶温度提升到129.0，较空白试样提高了5.3%，随着成核剂用量的进一步提升，结晶温度出现下降趋势，表明此类成核剂可以在更低的浓度范围内促进结晶。从图1b和图1d可以看出：在熔融过程中，只在163.0左右出现一个明显的熔融峰，没有出现熔融峰双峰现象，表明是典型的晶型PP，其具有有效的改善PP刚性的作用15。合 成 树 脂 及 塑 料2023年第40卷.8.从表1还可以看出：w（NX8000K）大于0.18%，w（HPN-20E）大于0.030%
14、（w）时，PP的结晶度均略增，说明两类成核剂主要是提供更多的结晶中心，从而加速PP的结晶，并且通过细化球晶减少球晶之间的相界面，对PP结晶过程以及宏观性能产生影响。2.2 成核剂对PP光学性能的影响从图2a看出：空白试样雾度为80.7%，添加NX8000K使PP雾度先增加后降低，当NX8000K用量为0.25%（w）时，PP雾度为62.5%，较空白试样下降了22.6%，可见其在较高用量时有助于优化球晶尺寸，PP增透效果突出。从图2b看出：HPN-20E用量为0.030%（w）时，雾度较空白试样降低了3.72%，表明NX8000K可有效改善PP透明性16。表1 PP的熔融结晶数据Tab.1 Da
15、ta of melting crystallization properties of PP试 样结晶温度/熔融温度/结晶焓/（J g-1）Hm/（J g-1）Xc，%空白122.5163.0104.8105.150.3试样1122.5160.2101.5101.448.5试样2122.1160.5101.9101.448.5试样3125.9161.9105.1108.051.7试样4128.9162.6104.7108.852.1试样5128.5162.2107.2105.450.4试样6129.0161.9106.7106.651.0试样7127.5162.1106.2108.451.9试
16、样8128.0162.2105.3106.450.9试样9127.9162.3107.1112.854.0试样10127.7161.7109.1110.953.1a 试样1试样5b 试样6试样10图2 成核剂对PP光学性能的影响Fig.2 EffectsofNX8000KandHPN-20EonopticalpropertiesofPP5060708090试样5试样3试样4试样2试样1雾度，%雾度，%空白60708090试样10试样9试样8试样7试样6空白2.3 成核剂对PP力学性能的影响从图3可以看出：与空白试样相比，NX8000K在高浓度即用量为0.25%（w）时，拉伸强度提升了7.2%，弯曲模量提升了25.4%；HPN-20E用量仅为0.030%（w）时，二者分别提高了9.7%，25.7%，表明低用量下HPN-20E在改善PP拉伸强度、弯曲模量性能方面表现优异；随着成核剂用量的继续提升，力学性能的增幅不明显。a 试样1试样5b 试样6试样10图3 成核剂对PP力学性能的影响Fig.3 EffectsofNX8000KandHPN-20Eonmechanicalproperties
