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本文采用低温固相挤出和反应挤出相结合的加工工艺,将回收聚对苯二甲酸乙二醇酯(r-PET)与乙烯.辛烯共聚物(POE)、高密度聚乙烯(HDPE)及甲基丙烯酸环氧丙酯接枝改性乙烯-辛烯共聚物(mPOE)等进行共混,在制备低成本、高性能的工程塑料的同时解决了回收PET在共混改性再生过程中易降解等技术难点。
(1)采用低温固相挤出制备了不同POE或mPOE含量的r-PET/POE和r-PET/mPOE两个体系的共混物,动态力学性能(DMA)和流变仪测试结果表明两个共混物体系是相分离的,都存在剪切变稀现象,属于假塑性流体。扫描电镜(SEM)表明,r-PET/POE共混物中r-PET与POE的相容性较差,分散相粒子尺寸和粒间距τ较大;且分散相粒子尺寸随POE含量的增大的而增大,共混物的缺口冲击强度较低;在r-PET/mPOE共混物中,生成的PET-g-POE接枝共聚物提高了r-PET与mPOE之间的相容性,分散相粒子较小;而且随着mPOE含量的增大,分散相粒子尺寸基本保持不变,粒间距τ逐渐减小;当mPOE含量为20 wt%时,r-PET/mPOE共混物达到了临界粒间距0.24μm,缺口冲击强度大幅提高。逾渗模型能够比较好的定量解释r-PET/mPOE共混物的增韧机理;mPOE所起的作用是通过粒子的空化作用使应力得到有效的分散,但共混物主要的增韧机理是基体的剪切屈服和银纹化。对r-PET/POE和r-PET/mPOE共混物在注塑过程中形成的多次结构研究表明,注塑样条在厚度方向上呈现出明显的皮-芯型形态结构。
(2)研究了r-PET/POE或r-PET/mPOE共混物中分散相POE或mPOE含量对r-PET非等温结晶行为影响,及其非等温结晶动力学。结果表明,POE和mPOE都能起到异相成核的作用,使r-PET的结晶峰向高温偏移,成核速率和结晶速率增加,但r-PET/mPOE中生成的PET-g-POE接枝共聚物会限制PET链运动,使mPOE的成核效果低于POE。
(3)考察了增容剂mPOE用量对r-PET/POE/mPOE共混物形态结构和力学性能的影响,并从理论上计算了共混物中增容剂的临界浓度。结果表明,随着r-PET/POE/mPOE共混物中mPOE含量的增加,分散相粒径和粒间距变小;但mPOE含量超过临界浓度5wt%后,分散相粒径和粒间距趋于恒定。而理论计算得到的r-PET/POE/mPOE共混物中增容剂mPOE的临界浓度为1.2 wt%。R-PET/POE/mPOE共混物的缺口冲击强度和断裂伸长率随着mPOE含量的增加而迅速增大,但超过mPOE的临界值浓度后变化不大。
(4)研究了聚合物组分性质对PET/POE/mPOE共混物形态结构和性能的影响。结果表明,共混物中分散相粒子尺寸随基体PET分子量的增大而减小,但PET分子量超过一定值后,分散相粒子尺寸减小幅度变小;而分散相粒子尺寸随POE分子量的增大而增大。PET/POE/mPOE共混物的缺口冲击强度和断裂伸长率随PET分子量的增大而增大,而随POE分子量的增大而减小。PET/PO/mPOE共混物中分散相粒子尺寸随聚烯烃(PO)的共聚单体含量的减小而增大,共混物的缺口冲击强度和断裂伸长率随聚烯烃的共聚单体含量的减小而减小,但弯曲强度、弯曲模量和拉伸强度增大。
(5)以过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂,制备了含HDPE-g-mPOE接枝共聚物的HDPE/mPOE共混物,然后再与r-PET进行共混制备r-PET/HDPE/mPOE共混物(两步法);对比了两步法与一步法制备的r-PET/HDPE/mPOE共混物之间形态结构和性能的差异。结果表明,两步法制备的共混物中,分散相HDPE和mPOE能形成核—壳粒子形态,分散相粒子尺寸更小、更均匀,而且共混物的缺口冲击强度和断裂伸长率更高。Harkins铺展系数法能够帮助分析和解释r-PET/HDPE/mPOE共混物中分散相形成核—壳粒子形态的机理。同时还考察了DCP和mPOE用量对r-PET/HDPE/mPOE共混物形态结构和性能的影响。
结果表明,随着DCP用量的增大,r-PET/HDPE/mPOE共混物的缺口冲击强度和断裂伸长率先增大后减小,用量为0.1 wt%时最佳;共混物的缺口冲击强度随mPOE含量增大而增大,当含量超过5wt%后略有下降;断裂伸长率随mPOE含量增大而增大,而弯曲强度、弯曲模量和拉伸强度都呈下降趋势。