利用廢舊回收飲料瓶R-PET與PC共混制備工程塑料的研究.pdf

1、隨著 PET飲料瓶的廣泛使用,廢舊回收飲料瓶(以下簡稱 R-PET)的綜合回收再利用問題亟待解決。但是 R-PET在高溫和紫外線下易發(fā)生水解和熱降解造成分子鏈斷裂,造成其特性黏度低、流動穩(wěn)定性差、結(jié)晶速度慢、脫模困難、韌性差等問題,限制了它的二次使用。而聚碳酸酯PC作為用量較大的通用工程塑料,具有耐沖擊性好,強度高,耐熱性強,流動穩(wěn)定性好,尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點,另一方面PC與R-PET之間由于結(jié)構(gòu)中具有相同端羧基和羥基,結(jié)構(gòu)的相似性使得在

2、相容劑的選擇上更有針對性,更易實現(xiàn)二者的反應(yīng)性增容,從而達到增容改性以提高R-PET的特性性度,提高熔體流動穩(wěn)定性,提高沖擊韌性的目的。最終研究的目標是使改性后的 R-PET能達到工程塑料PBT(聚對苯二甲酸丁二醇酯)性能指標從而替代價格昂貴的PBT生產(chǎn)汽車配件、工業(yè)零件等,實現(xiàn)廢舊回收飲料瓶R-PET的高附加值回收加工再利用。本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　1.研究了擴鏈劑環(huán)氧樹脂EP和帶環(huán)氧基團官能團化的彈性體PTW(乙烯

3、-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯)對 R-PET/PC共混材料的擴鏈增黏作用、相容性及韌性的影響。在此基礎(chǔ)上,研究了二者共同作用對共混材料性能的影響,并進行了一系列的性能測試分析,研究結(jié)果如下:
　　(1)當PTW單獨作用于R-PET/PC共混材料時,隨著PTW含量的增加,共混材料的沖擊強度大幅提高,拉伸強度、彎曲強度略有下降。在 PTW含量為10％時, R-PET/PC/PTW共混材料的綜合力學(xué)性能最佳,此時沖擊強度達到11.

4、74kJ/m2,拉伸強度基本與不加PTW的共混材料相差不多,約為47MPa。當擴鏈劑環(huán)氧樹脂EP單獨作用于R-PET/PC共混材料時,隨著EP含量的增加,共混材料的沖擊強度先增大后減小,沖擊強度最大為5.5kJ/m2,比 PTW單獨作用時要小很多,但拉伸強度和彎曲強度要比PTW單獨作用時大10MPa左右。當二者共同作用時,共混材料的沖擊強度和拉伸強度均比單獨使用時要大,尤其在PTW含量為10％,EP含量為0.9％時,共混材料的沖擊強度達

5、到13.47kJ/m2。
　　(2)通過沖擊斷面掃描電鏡分析可知:當EP單獨作用于R-PET/PC共混材料時,兩相界面分離明顯,二者相容性較差,沖擊性能并沒有明顯提高。相反,當單獨加入PTW后,在PTW含量為10％的R-PET/PC/PTW共混材料的相界面模糊,表面粗糙不平,分散相粒徑變小且分布均勻,沖擊斷面呈現(xiàn)明顯韌性斷裂特征,說明PTW是R-PET和PC共混時一種很好的相容劑,起到很好的增容增韌作用。當PTW和EP共同作用時,

6、在PTW含量為10％,EP為0.9％時,共混材料的沖擊斷面的過渡層厚度較大,相界面較模糊,共混材料的相容性較好。
　　(3)通過紅外光譜分析、粘度測試分析及轉(zhuǎn)矩流變儀測定分析可知:PTW、EP在熔融共混過程中均與 R-PET和 PC的端羥基和羧基發(fā)生了一定化學(xué)反應(yīng),從而提高了R-PET的分子量及特性粘度。當PTW和EP共同作用時,在PTW的用量固定為10％, EP含量為0.9％時,共混材料的特性粘度達到0.8456dL/g,已完全

7、達到工程塑料應(yīng)用所需的粘度要求。
　　(4)通過DSC分析可知:加入EP或PTW后,共混材料的相容性均有一定提高,尤其是在EP和PTW共同作用時,共混材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度彼此向中間靠攏,說明共同作用下的共混材料的相容性最好。
　　2.從PET與PC在熔融共混過程中可能發(fā)生的酯交換反應(yīng)方面考慮,通過加入一種適合工藝條件的酯交換催化劑單丁基氧化錫(MBTO),研究了酯交換催化劑MBTO含量對R-PET和PC的酯交換反應(yīng)對共混材料

8、性能的影響;同時研究了彈性體PTW和酯交換催化劑共同作用時對共混材料性能的影響,并對產(chǎn)生這種影響的原因進行了比較分析,得出了以下結(jié)論:
　　(1)酯交換催化劑MBTO單獨作用時最佳的含量為0.06％,但共混材料總體上還是呈現(xiàn)硬而脆的特性。在MBTO和PTW共同作用時,當 PTW含量較少時,MBTO的酯交換催化作用起到主要作用,PTW只起到彈性體的作用;但隨著PTW含量的不斷增加,PTW中的環(huán)氧基團的與R-PET和PC的反應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)

9、地位,MBTO在其中起到某種剛性粒子或粉狀填料的作用,導(dǎo)致界面粘結(jié)力變小,材料相容性變差,最終造成R-PET/PC/MBTO/PTW共混材料的沖擊強度和拉伸強度不如 R-PET/PC/PTW的共混材料好。
　　(2)通過對沖擊試樣斷面的SEM觀察發(fā)現(xiàn):在酯交換催化劑MBTO和彈性體PTW共同作用時,隨著PTW含量的增加,R-PET/PC/MBTO/PTW共混材料的沖擊斷面從明顯區(qū)別的兩相片層狀結(jié)構(gòu)逐漸變成兩相融和的立體狀云層結(jié)構(gòu),

10、沖擊斷面表現(xiàn)出強韌性材料沖擊斷面特性。但與R-PET/PC/PTW沖擊斷面相比較來看,R-PET/PC/MBTO/PTW共混材料沖擊斷面存在許多分布不均的細微小孔,沖擊時易造成應(yīng)力集中,從而使得R-PET/PC/MBTO/PTW共混材料的沖擊強度比 R-PET/PC/PTW共混材料的沖擊強度要差。
　　(3)通過紅外光譜測試、轉(zhuǎn)矩流變分析和黏度測試分析發(fā)現(xiàn),酯交換催化劑MBTO催化使得R-PET與PC之間生成了新的酯基, MBTO

11、與PTW共同作用時相互之間起到競爭作用。當PTW含量少于5％時,R-PET/PC/MBTO/PTW共混材料的粘度和平衡轉(zhuǎn)矩均比R-PET/PC/MBTO0.06％變小;在PTW含量大于5％后,隨著PTW含量的增多,粘度和平衡轉(zhuǎn)矩又不斷增大,在PTW含量達到10％時,粘度達到最大值0.6235dL/g,這個最大值比R-PET/PC/PTW10％共混材料的特性粘度(0.6328dL/g)要小一些。
　　(4)通過DSC非等溫結(jié)晶測試分