废饮料瓶制备高性能工程塑料合金的研究

摘要

利用反应挤出技术制备不同种类的聚乙烯接枝马来酸酐(PE-g-MAH)，将其作为废旧饮料瓶(r-PET)用于工程塑料的改性剂，再利用不同类型的挤出机研究改性剂对改性产物的力学性能、微观形态、结晶性能、热性能的影响规律，探索出最佳改性剂种类、用量、最适宜反应设备和产物的性能。 首先利用接枝型反应挤出机，制备出具有反应活性、纯净、无色无味、可用于聚酯增韧的PE-g-MAH。实验结果表明，MAH以化学键接到PE大分子链上的；随着引发剂过氧化二异丙苯用量的增加，接枝率先增大后又降低；添加相同量的引发剂和马来酸酐制备的改性剂的接枝率大小次序为：LLDPE-g-MAH>I,DPE-g-MAH>([LLDPE/LLDPE')-g-MAH>(LLDPE/HDPE)-g-MAH>HDPE-g-MAH：反应挤出接枝后各改性剂的熔体流动速率(MFR)均有不同程度的降低。 通过研究在不同真空度下瓶片的含水量与烘干温度和烘干时间的关系，发现在真空度0.1MPa、120℃条件下，干燥1h就可以将原料瓶片含水量降到0.5％以下。 使用双螺杆挤出机和缩聚型反应挤出机制备r-PET/PE-g-MAH时，挤出过程稳定，样条粗细均匀、无杂质、且制备的r-PET/PE-g-MAH合金的力学性能较好；使用SEM研究微观形态，结果表明，LLDPE-g-MAH在r-PET的连续相中粒径大小均匀，分散较好。而使用单螺杆挤出机和接枝型反应挤出机挤出的样条粗细不均，制备的r-PET/PE-g-MAH合金的力学性能不理想；LLDPE-g-MAH在r-PET中颗粒大小不均匀。 使用缩聚型反应挤出机研究了r-PET/PE-g-MAH合金的性能。实验结果表明，LLDPE与r-PET的相容性不好；LDPE-g-MAH，HDPE-g-MAH和LLDPE-g-MAH与r-PET相容性均较好，LLDPE-g-MAH的增韧改性效果最好；含有20wt％LLDPE-g-MAH的r-PET/LLLDPE-g-MAH简支梁缺口冲击强度比r-PET增加了70％；简支梁无缺口冲击强度增加了140％；断裂伸长率增加了170％；测试合金的MFR，发现加工流动性也被大大改善。 使用双螺杆挤出机研究了LLDPE-g-MAH的接枝率大小对合金的力学性能的影响，结果发现LLDPE-g-MAH的接枝率越大，合金的力学性能越好。 研究改性前后物料热力学性能和结晶性能，发现改性后产物WAXD谱图中产生了新的衍射角，DSC测试结果表明，加入LLDPE-g-MAH后r-PET的冷结晶峰温度有所下降，随LLDPE-g-MAH用量的增多r-PET的结晶度下降。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

1文献综述

1.1聚酯饮料瓶

1.2物理回收法

1.2.1废饮料瓶的分选与分离

1.2.2废饮料瓶瓶体的切片清洗

1.2.3聚酯瓶片的直接利用

1.3化学回收法

1.3.1醇解法

1.3.2水解法

1.3.3氨解法

1.3.4部分解聚法

1.4反应挤出增粘回收法

1.5高分子合金制造技术

1.5.1聚合物合金概况

1.5.2聚合物合金的制造技术

1.6以PET为基础的合金研究进展

1.6.1 PET/PO合金

1.6.2 PET/PE共混合金

1.6.3回收PET制备合金的研究进展

2实验部分

2.1主要原料和试剂

2.2实验设备和仪器

2.3各种聚乙烯接枝马来酸酐的制备

2.4接枝产物的表征

2.4.1标准溶液的配置与标定

2.4.2接枝率和接枝效率的测定

2.4.3红外光谱测定

2.4.4熔体流动速率测定

2.5瓶片含水量的测定

2.6反应共混物制备

2.7反应共混物合金性能表征

2.7.1力学性能

2.7.2熔体流动速率

2.7.3 SEM

2.7.4 DSC

2.7.5 WAXD

3结果与讨论

3.1 r-PET用改性剂PE-g-MAH的研究

3.1.1 LLDPE-g-MAH型改性剂

3.1.2 HDPE-g-MAH型改性剂

3.1.3 LDPE-g-MAH型改性剂

3.1.4(LLDPE/HDPE)-g-MAH型改性剂

3.1.5(LLDPE/LLDPE')-g-MAH型改性剂

3.1.6提纯前后接枝物的红外表征

3.1.7各PE-g-MAH的性能对比分析

3.2回收瓶片的物性测定

3.2.1外光谱分析

3.2.2热谱分析

3.3瓶片干燥试验研究

3.3.1瓶片在不同真空度下的干燥情况

3.3.2瓶片在不同干燥温度下的干燥情况

3.3.3瓶片的特性黏度与瓶片含水量的关系

3.4反应挤出设备的选择与改进

3.4.1不同挤出机加工过程实验现象对比

3.4.2不同挤出设备制备合金的形态对比

3.4.3不同挤出设备制备合金的性能对比

3.4.4挤出机换网器对合金性能的影响

3.5使用缩聚反应挤出机研究r-PET/PE-g-MAH的性能

3.5.1使用不同改性剂合金的形态

3.5.2使用不同改性剂合金的力学性能

3.5.3添加不同量LLDPE-g-MAH合金的形态

3.5.4添加不同量LLDPE-g-MAH合金的力学性能

3.5.5添加不同量LLDPE-g-MAH合金的加工流动性

3.6使用同向双螺杆挤出机研究r-PET/PE-g-MAH的性能

3.6.1使用不同改性剂合金的力学性能对比

3.6.2改性剂为LLDPE-g-MAH合金形态的研究

3.6.3改性剂为LLDPE-g-MAH合金力学性能的研究

3.6.4改性剂为LLDPE-g-MAH合金加工性能的研究

3.6.5 LLDPE-g-MAH的接枝率对合金力学性能和形态的影响

3.6.6 LLDPE-g-MAH的MFR对合金力学性能和形态的影响

3.7 r-PET/LLDPE-g-MAH合金的结晶性能和热力学性能研究

3.7.1广角X射线衍射图谱分析

3.7.2 DSC图谱分析

3.8 r-PET/LLDPE-g-MAH合金的溶解性

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢