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PETPE共混合金的研究现状和应用二

2021-07-07 来源:山东机械信息网

PET/PE共混合金的研究现状和应用(二)

增容剂增容的PET/PE/增容剂三元共混体系主要是围绕PET与增容剂的相容性或相互作用,PE与增容剂的相容性而开展研究的。这些增容剂包括无规共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物、离聚体等。根据增容机理可以分为非反应性增容、反应性增容及特殊相互作用增容等类型。

2.1 非反应性增容剂增容PET/PE共混合金

具有与PET、PE相似结构的共聚物对PET/PE共混体系具有增容作用,如(苯乙烯/乙烯/丁二烯/苯乙烯)共聚物(SEBS)、(苯乙烯/乙烯/丙烯)共聚物(S-EP)、三元乙丙橡胶(EPDM)、乙丙橡胶(EPR)、(聚对苯二甲酸乙二酯/聚乙烯)共聚物(PET-b-PE)等。这些共聚物在PET/PE的相界面起到"表面活性剂"的作用,减小了界面张力,增加了界面粘接强度,减小了分散相的尺寸,从而提高了共混体系的相容性。

Traugott等用SEBS和EPR作为PET/HDPE共混体系的增容剂,研究了增容剂含量对共混物的形态和性能的影响。随SEBS含量的增加,PET/HDPE的强度和刚性下降;只需加入较少量的SEBS,便能显著提高断裂伸长率,当SEBS含量达到20%后,在Instron万能材料实验机的量程范围,共混物未被拉断。EPR的效果比SEBS差得多。

Curry等研究了S-EP作为增容剂对回收聚对苯二甲酸乙二酯/回收高密度聚乙烯(RPET/RHDPE)共混体系的力学性能的影响,认为由于S-EP的苯乙烯链段与PET具有相似的溶解度参数而相容,S-EP与PE相容并可减小PE的结晶度,因此,S-EP在较大的含量范围内对PET/HDPE具有很好的增容作用。即使是形成结晶的连续相,共混物仍有很好的韧性和冲击性能。

2.2 反应性增容剂增容PET/PE共混合金

反应性增容剂增容PET/PE共混体系是提高PET/PE相容性的有效手段,这类增容剂主要包括聚烯烃的接枝和嵌段共聚物。从结构上看,它们的基体与PE具有相容性,所带的功能基,如环氧基、酸酐基、羧基、酯基等与PET中的羟基、羧基、酯基通过加成、酯化、酯交换等反应"原位"形成共聚物起到增容剂的作用。其中效果最好的是甲基丙烯酸缩水甘油酯与烯烃的接枝共聚物和嵌段共聚物。

(1)马来酸酐(MAH)接枝共聚物增容剂

MAH接枝物增容剂包括聚乙烯接枝马来酸酐(PE-g-MAH)、(苯乙烯/乙烯/丁二烯/苯乙烯)共聚物接枝马来酸酐(SEBS-g-MAH)、(乙烯/丙烯酸甲酯/马来酸酐)共聚物(E-MeA-g-MAH)等。由于马来酸酐只能部分地与PET的端羟基在高温下发生可逆酯化反应,在共混条件下,PET与MAH接枝物之间的化学反应性差,因此,界面相互作用主要是色散力和酸碱作用。为了进一步提高界面相互作用,可加入环氧化合物界面改性剂。在MAH接枝物中,SEBS-g-MAH具有最好的增容作用,以接枝率为2%的SEBS-g-MAH增容的PET/PE(50/50)共混体系,为断裂伸长率600%的"超韧"共混物。

(2)甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝或共聚物增容剂

GMA接枝或共聚物增容剂包括聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(PE-g-GMA)、(乙烯/甲基丙烯酸缩水甘油酯)共聚物(E-GMA)、(乙烯/丙烯酸乙酯/甲基丙烯酸缩水甘油酯)共聚物(E-EA-GMA)等。GMA既可与PET的端羟基也可与PET的端羧基反应,在共混物界面"就地"形成的共聚物具有很好的增容作用。通过对共混物的形态结构、流变性能、热性能、力学性能的比较,常用的MAH和GMA改性共聚物增容作用具有以下次序:E-GMA>E-EA-GMA>SEBS-g-MAH>E-MeA-g-MAH,由此可见,GMA改性的共聚物是良好的PET/PE的增容剂。

(3)其它功能性共聚物增容剂

具有羧基、酯基、酰胺基结构的功能件共聚物对PET/PE共混体系也具有增容作用,如聚乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯(PE-g-MMA)、聚乙烯接枝甲基丙烯酸羟乙酯(PE-g-HEMA)、聚乙烯接枝丙烯酸乙酯(PE-g-EA)、聚乙烯接枝马来酰亚胺(PE-g-MI)、(乙烯/乙酸乙烯酯)共聚物(E/VAC)、(乙烯/丙烯酸)共聚物(EAA)等,这些共聚物大多是通过酯化或酯交换反应实现PET/PE共混体系的增容的。由于在加工温度下酯化或酯交换反应难以充分进行,因此,也就难以获得很好的增容效果。

为了促进酯化或酯交换反应,何慧等研究了过渡金属催化剂催化下E/VAC、EAA对HDPE/PET(75/25)共混体系的增容作用。化学分析和光谱分析表明,催化酯化或酯交换反应"就地"形成的共聚物起着增容剂的作用;在催化剂作用下,E/VAC、EAA改善了HDPE/PET共混合金的流变性能,提高了HDPE的耐热性,三元共混物的拉伸性能和冲击性能明显高于HDPE/PET共混物。对于HDPE高性能化具有指导意义。

2.3 新方法、特殊增容剂增容PET/HDPE合金

随着共混改性和加工方法的多样化,电子辐射等新的手段也被应用于PET/PE的共混改性。离聚体增容剂是近年引起研究兴趣的一种特殊增容剂,对于含结晶聚合物的共混体系,离聚体既可起到增容作用也可起到结晶成核剂的作用。离聚体增容剂与PET之间的相互作用除了可能存在酯化、酯交换反应外,还可能存在着离子-偶极、络合配位、离子簇的物理交联等特殊作用。

Kalfoglou用(乙烯/丙烯酸)共聚物钠盐(Surlyn1605)作为PET/LLDPE共混体系的增容剂,研究了不同的PET/LLDPE比例和离聚体(Surlyn)含量的增容效果。共混物PET/LLDPE/surlyn(68.2/22.7/9.1)具有较好的力学性能。基于对PET/Surlyn共混物的相容性研究,认为PET/Surlyn两相界面强烈的键合作用是增容的根本原因。

MascaJ等通过苯氧基聚合物(双酚A的聚羟基醚)与乙丙共聚物的马来酸酐混合得到接枝共聚物,再与(乙烯/丙烯酸)共聚物钠盐(Surlyn8660)混合后用苯酚钠和乙醇钠增强离子特性得到同离子混合物,并将接枝物和共混物用于增容。这两种增容剂有利于PET或HDPE的分散,因它们都是有效的表面活性剂。离聚体的加入使共混物的熔融粘度连续增加,但只有同离子混合物对共混物的拉伸强度和断裂伸长率产生实质的改善,这是因为混合物对共混物的结晶具有很强的成核作用,并增强了聚合物两相界面的粘接。

席世平等研究了低密度聚乙烯接枝马来酸酐镧(LDPE-g-MALa)对PET/LDPE共混体系的结晶行为和力学性能的影响。PET/LDPE/LDPE-g-MALa(80/18/2)体系的共混物冲击强度较PET提高了40%,拉伸强度提高了25%;较PET/LDPE(80/20)分别提高了170%和30%。离聚体含量增加到5%时,综合性能反而下降。离聚体含量增加,熔体结晶温度升高(Tcc),冷结晶温度(Tch)下降,Tcc升高说明离聚体对PET有成核作用,Tch下降说明离聚体柔顺的分子链对PET分子运动有-定的促进作用。

3 PET/PE共混合金的应用前景

以PE改性PET的目的是为了改善PET的流变性能,加快PET的结晶速度,提高PET的冲击性能,减小PET的吸水性,从而得到具有高拉伸强度、高韧性、高结晶度、耐高温的共混合金。这对于用价格低廉的PET替代其它价格高的工程塑料而用于电子电器、交通运输、机械仪表等领域,以及充分利用大量的回收PET具有广阔的应用前景。

以PET改性PE的目的是为了提高 PE的力学性能和耐热性,从而得到高性能化的PE。如采取适当的加工方法,使PET以层状结构分散于PE基体中,则可利用PET的耐溶剂性提高PE合金制备的包装制品、中空容器的阻隔性能。金日光等以EAA增容HDPE/PET(80/20)共混体系,得到了以PET为分散相的层状分散结构。PET层状趋势随体系的相相容性增大而增强;但当增容剂含量超过一定值时,层状分散相态从中心处开始被破坏。低熔融温度、低剪切速率及高成型温度有利于分散相大尺寸的保持、径向形变的发生及层状分散结构的形成。

4 结语

在PET/PE共混合金体系中,无论哪种合金形式共混改性,对于提高PET和PE的综合性能,拓宽PET和PE的应用范围,特别是回收再利用PET或PE都具有实际意义。

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