PP/回收PET共混物的形态与性能研究

摘要

本文以聚丙烯(PP)为基体，回收聚对苯二甲酸乙二醇酯(r-PET)为分散相，聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MA)、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(PP-g-GMA)和乙烯一辛烯共聚物接枝马来酸酐(POE-g-MA)为相容剂，在双螺杆挤出机上制备了PP/r-PET、r-PET/PP-g-MA、r-PET/PP-g-GMA、PP/r-PET/PP-g-MA、PP/r-PET/PP-g-GMA和PP/r-PET/PP-g-MA/PP-g-GMA一系列共混物，用多种技术方法研究了上述PP/r-PET系列共混物的形态、非等温结晶与熔融行为、流变行为和力学性能等。在此基础上，采用纳米碳酸钙负载β-晶成核剂，首次制备了未增容β-成核PP/r-PET共混物和PP-g-MA、PP-g-GMA、POE-g-MA和EVA-g-MA(乙烯-醋酸乙烯共聚物接枝马来酸酐)分别增容β-成核PP/r-PET共混物，用差示扫描量热仪(DSC)和广角X射线衍射(WAXD)详细研究了r-PET、相容剂及其含量、熔融温度与时间以及降温速率对β-成核PP/r-PET共混物中PP的非等温结晶行为、熔融特性和β-晶含量的影响，探讨了PP/回收PET共混物中PP的β-晶高含量化的方法。主要研究结果如下： (1)未增容PP/r-PET共混物的相界面作用较差，且r-PET含量越高，r-PET分散相尺寸越大，相分离越严重。PP-g-MA和PP-g-GMA均可提高PP/r-PET共混物的相容性，降低r-PET的尺寸。PP-g-MA和PP-g-GMA用量高，共混物的相容性更好。用红外光谱法证明了PP-g-MA和PP-g-GMA的活性官能团与r-PET的端基(-OH和-COOH)发生了化学反应。 (2)PP/r-PET共混物的非等温结晶行为、熔融特性与界面作用有关。对于未增容共混物，PP和r-PET存在相互异相成核诱导作用，使PP和r-PET结晶温度提高。在r-PET/相容剂共混物中，r-PET结晶温度随着PP-g-MA含量增加而降低，但受PP-g-GMA含量的影响较小，表明PP-g-MA与r-PET端基化学反应较PP-g-GMA与r-PET的强。在PP-g-MA增容共混物和PP-g-GMA增容共混物中，相容剂含量对PP结晶温度影响不大，POE-g-MA增容可提高共混物中PP的结晶温度。PP-g-MA增容共混物中的r-PET熔融温度比PP-g-GMA增容的低，也表明PP-g-MA与r-PET端基化学反应较PP-g-GMA与r-PET的强。熔融温度提高，PP/r-PET共混物中PP结晶与熔融峰温降低，r-PET熔融峰形、熔融峰温与熔融温度有关。在260℃下熔融，熔融时间对PP/r-PET共混物的非等温结晶与熔融行为无明显影响。偏光显微镜(POM)观察到未增容和增容共混物中PP的球晶尺寸和完善性都比纯PP的低，非等温结晶动力学研究发现r-PET可提高PP的结晶速率，表明r-PET对PP结晶存在异相成核诱导作用。共混物中PP结晶速率从高到低为：PP/r-PET/PP-g-GMA ＞ PP/r-PET ＞PP/r-PET/PP-g-MA＞PP。 (3)PP/r-PET共混物的稳态剪切粘度和剪切应力与共混物的组成、结构、形态和剪切速率有关。在较高剪切速率下，r-PET的加入降低了PP的剪切粘度和应力，提高PP的流动性。PP-g-MA增容使PP/r-PET共混物的粘度提高，PP-g-GMA增容使PP/r-PET共混物的粘度降低，这与r-PET与相容剂间化学反应及相容剂的粘度有关。剪切应力-剪切速率曲线研究表明，r-PET使PP的剪切变稀特性更明显。随着PP-g-MA含量的增加，PP-g-MA增容共混物的非牛顿指数n先减小后保持不变，而PP-g-GMA对n值无明显影响。共混物的动态流变行为与共混物的组成、结构、形态和剪切频率有关，Cole-Cole曲线能反映出未增容共混物的形态与组成的关系，以及PP-g-MA和PP-g-GMA增容对共混物结构的影响，研究结果与扫描电子显微镜(SEM)研究结果一致。 (4)r-PET的加入可提高PP的拉伸强度和模量、弯曲强度和模量，而且随着r-PET含量增加而提高，但冲击强度降低。PP-g-MA增容提高PP/r-PET共混物的拉伸强度，但冲击强度略微降低，PP/r-PET/PP-g-MA70/30/5共混物的拉伸强度比纯PP的提高了17％。POE-g-MA增容提高PP/r-PET共混物的冲击强度，但使拉伸强度略微降低。用PP-g-MA和POE-g-MA同时增容可解决用POE-g-MA增容使拉伸强度降低和用PP-g-MA增容使冲击强度降低的矛盾，使共混物具有较高的强度和韧性。根据不同相容剂的复配，可制备出高强度或高韧性的共混物。 (5)含β-成核剂的PP结晶主要形成β-晶，但r-PET加入使β-PP的结晶峰温和β-晶含量降低，并且β-晶含量随r-PET增加而降低。认为与r-PET起到α-成核诱导作用，β-成核剂由于极性相互作用易溶解在r-PET相中有关。共混物中PP的α-晶熔融峰温随着共混物的熔融温度的增加而降低，但r-PET含量、相容剂及其用量以及熔融时间对PP的熔融峰无明显影响。Avrami法和莫志深法可用来分析β-成核PP/r-PET共混物的非等温结晶动力学。 (6)未增容β-成核PP/r-PET共混物中的PP主要以α-晶存在，增容β-成核PP/r-PET共混物中β-晶含量取决于相容剂类型。PP-g-MA增容共混物中的PP主要以β-晶存在，PP-g-GMA增容可略微提高β-晶含量，POE-g-MA和EVA-g-MA增容对β-晶含量几乎没影响。认为与相容剂/r-PET界面相互作用、相容剂/PP相容性有关。PP-g-MA增容能显著提高共混物中PP的β-晶含量归结于PP-g-MA与r-PET存在化学反应，PP-g-MA与PP相容性高，导致分散相r-PET和β-成核剂在PP中良好分散。 (7)增加PP-g-MA用量、提高熔融温度和延长熔融时间可提高PP-g-MA增容共混物中PP的β-晶含量，但降温速率低不利于PP-g-MA增容β-成核PP/r-PET共混物中PP的β-晶形成。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1 PP/PET共混物的研究进展

1.1.1 PP/PET共混物的制备方法

1.1.2 PP/PET共混物的结晶与熔融行为

1.1.3 PP/PET共混物的形态

1.1.4 PP/PET共混物的物理性能

1.1.5 PP/PET共混物的力学性能

1.1.6小结

1.2 β-晶PP共混物的研究进展

1.2.1 β-PP的制备方法与性能

1.2.2 β-晶PP/塑料共混物

1.2.3 β-晶PP/橡胶共混物

1.3课题的提出、意义和研究内容

参考文献

第二章PP/r-PET共混物的形态

2.1实验部分

2.1.1原料

2.1.2共混物的制备

2.1.3 FT-IR表征

2.1.4 SEM形态表征

2.2结果与讨论

2.2.1共混物组分间的化学作用

2.2.2共混物的形态

2.3本章小结

参考文献

第三章PP/r-PET共混物的非等温结晶与熔融行为

3.1实验部分

3.1.1原料

3.1.2共混物的制备

3.1.3 DSC表征

3.1.4 WAXD表征

3.1.5 POM表征

3.2结果与讨论

3.2.1未增容PP/r-PET共混物的非等温结晶与熔融行为

3.2.2 r-PET/PP-g-MA和r-PET/PP-g-GMA共混物的非等温结晶与熔融行为

3.2.3增容PP/r-PET共混物的非等温结晶与熔融行为

3.2.4共混物的冷结晶行为

3.2.5共混物中PP的晶型

3.2.6熔融温度对共混物非等温结晶与熔融行为的影响

3.2.7熔融时间对共混物的非等温结晶与熔融行为的影响

3.2.8共混物的非等温结晶动力学研究

3.2.9共混物非等温结晶的球晶形态

3.3本章小结

参考文献

第四章PP/r-PET共混物的流变行为

4.1实验部分

4.1.1原料与共混物的制备

4.1.2流变性能测试

4.2结果与讨论

4.2.1共混物的稳态流变行为

4.2.2共混物的动态流变行为

4.3本章小结

参考文献

第五章PP/r-PET共混物的力学性能

5.1实验部分

5.1.1样品的制备

5.1.2力学性能测试方法

5.2结果与讨论

5.2.1拉伸与弯曲性能

5.2.2 Charpy冲击性能

5.3本章小结

参考文献

第六章β-成核PP/r-PET共混物的非等温结晶与熔融行为和晶型

6.1实验部分

6.1.1原料

6.1.2共混物的制备

6.1.3 DSC表征

6.1.4 WAXD表征

6.2结果与讨论

6.2.1制样方法的影响

6.2.2 r-PET含量的影响

6.2.3相容剂的影响

6.2.4熔融温度的影响

6.2.5熔融时间的影响

6.2.6降温速率的影响

6.2.7 β-α晶型转变

6.2.8非等温结晶动力学研究

6.3本章小结

参考文献

全文总结

附录 攻读博士学位期间发表的论文

致谢