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本研究以回收聚对苯二甲酸乙二醇酯(R-PET)饮料瓶为主要原料,在增容剂的作用下,采用低温固相挤出工艺制备出一系列具有优良性能的回收聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚乙烯(R-PET/PE)共混物。文中系统考察了增容剂用量、扩链剂、PE类型和增容剂类型对R-PET/PE共混物结构与性能的影响,并对热处理时间和热处理温度对R-PET/LLDPE-g-MA共混物中PET的玻璃化转变温度(Tg)及其力学性能的影响进行讨论。
对R-PET/LLDPE/SEBS(或SEBS-g-MA)共混物而言,研究结果表明SEBS-g-MA的增容效果比SEBS好,分散相(LLDPE)在基体(PET)中分散更均匀,当SEBS-g-MA用量超过10wt%时,部分PET链段通过反应进入分散相,并形成具有双重salami的微观结构;共混物的缺口冲击强度也从未添加弹性体时的7.3kJ/m2提高到添加10wt%SEBS-g-MA时的14.7kJ/m2,相应地,断裂伸长率从10.4%提高到267.5%。
共混物的储能模量和损耗模量随SEBS或SEBS-g-MA用量的变化是非线性的,这是由组分聚合物之间的相互作用、增容剂在两相界面的协同效应、弹性体的低模量和PET的结晶行为共同决定的;共混物的损耗因子(tanδ)不受弹性体用量的影响。LLDPE对PET的结晶有成核作用。SEBS-g-MA与SEBS对共混物中PET的结晶行为有不同影响,共混物中弹性体为SEBS时,PET的结晶温度比较低,半结晶时间短,平均结晶速率大。弹性体的用量对PET的结晶起始温度(Tc,on)、半结晶时间(t1/2)、结晶过冷度(△T)和结晶焓几乎没有影响;但当SEBS含量达到20wt%时,PET有更高的结晶温度(Tc)。在退火条件下,PET和LLDPE的结晶度随着弹性体的用量增加而增加。
多次甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)优先SEBS-g-MA与PET反应,PAPI降低了SEBS-g-MA的增容效果。随着PAPI用量增加,分散相的形状由球状结构逐渐演变为不规则球状、棒状和其它不规则结构,PET的熔融温度和结晶温度降低,冷结晶温度升高,共混物的缺口冲击强度逐渐增加而断裂伸长率下降。在PAPI用量低于0.7wt%时,PET的玻璃化转变温度(Tg)随着其用量增加而增加,然后趋于稳定。
聚乙烯结构和增容剂结构对R-PET/PE共混物的力学性能也有影响,选用LDPE和EVA作为分散相时,R-PET/PE/SEBS-g-MA共混物抵抗冲击的性能更突出,表明PE分子链结构和在分子链上引入极性链段对共混物的性能有影响;PE的分子链结构对PET的熔融和结晶行为几乎无影响。比较而言,POE-g-MA和EVA-g-MA对R-PET/PE共混物的增容效果比SEBS-g-MA和LLDPE-g-MA好,分散相与基体之间的粘结更好;除SEBS-g-MA外,选择其它三种增容剂时,PET的Tg都比纯R-PET的低。对R-PET/LLDPE-g-MA共混物而言,随着LLDPE-g-MA用量增加,分散相的形状由分散相是球形的单连续结构逐渐过度到分散相呈不规则“棒状”结构,最后为不规则的球状单连续结构。分散相的粒子尺寸的大小也由开始的不足1 um逐渐增大到3 um左右,说明R-PET和LLDPE-g-MA之间本来是不相容的,但由于分散相和基体之间存在反应,生成物(PET-b-LLDPE嵌段共聚物)在体系中发挥增容剂的作用,改善两相之间的相容性。LLDPE-g-MA用量少时,有利于PET的结晶,而当LLDPE-g-MA用量超过20wt%时,不利于PET的结晶。LLDPE-g-MA用量对共混物的断裂伸长率几乎无影响,LLDPE-g-MA用量少于20wt%时,共混物的缺口冲击强度随着其用量的增加而增加,其它力学性能随着LLDPE-g-MA用量增加而降低。
在PET的Tg以下对R-PET/LLDPE-g-MA共混物进行热处理。热处理时间不变时,PET的Tg随热处理温度升高而升高;而当热处理温度一定时,PET的Tg随着热处理时间的延长而变化,变化趋势与热处理温度有关,但最后都趋于稳定。除热处理温度为40℃外,在其它温度(低于PET的Tg)下对共混物进行热处理,在PET的玻璃化转变区域都出现热焓松弛现象。热处理温度和时间对共混物的力学性能也有影响,变化趋势与PET的Tg基本一致。热处理温度超过PET的冷结晶开始温度(Tcc,on)时,热处理有利于PET晶体更趋于完善。