petpp共混研究

1、PP/PET 材料能共混，及需要什么作為相容劑？ 材料能共混，及需要什么作為相容劑？聚丙烯(PP)是目前用量最大的通用塑料之一，具有許多優(yōu)異性能：質(zhì)輕，無毒，電絕緣性能、化學(xué)穩(wěn)定性好，易加工成型，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。但 PP 也存在低溫脆性、機(jī)械強(qiáng)度及硬度較低以及成型收縮率大等缺點(diǎn)。聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)是一種重要的工程塑料，具有耐磨、耐熱、電絕緣性好及耐化學(xué)藥品等優(yōu)良性能，主要用于合成纖維、雙軸拉伸薄膜、中空容器等

2、。但是由于 PET 的玻璃化溫度和熔點(diǎn)比較高，在通常加工溫度下，結(jié)晶速度較慢，沖擊韌性差，因而阻礙了 PET 樹脂在某些方面的應(yīng)用。針對(duì) PET 和 PP 的缺點(diǎn)，人們一直致力于對(duì)其進(jìn)行改性。將兩者進(jìn)行共混，能進(jìn)一步優(yōu)化其性能：PET 能提高 PP 的強(qiáng)度、模量、耐熱性及表面硬度；而 PP 則能提高 PET 的加工、沖擊、耐環(huán)境應(yīng)力開裂和阻隔等性能。特別對(duì)解決兩種廢舊塑料的回收問題具有十分重要的意義。1 簡單二元共混1.1 共混方式簡單

3、二元共混是將 PET 和 PP 樹脂用單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)共混，共混溫度高于 PET 的熔點(diǎn)(一般為270-280℃)，然后觀察其形態(tài)和(或)通過注塑成型或模壓成型制備成試樣進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)定。1.2 共混物形態(tài)PET 和 PP 屬于熱力學(xué)不相容體系，這是由于 PET 屬極性聚合物，溶解度參數(shù)大(δ=10.7)，而 PP 屬非極性聚合物，溶解度參數(shù)小(δ=7.6-8.0)。兩者簡單共混形成典型的不相容體系，兩相界面清晰，界面黏結(jié)松散。當(dāng)

4、PP 與 PET 質(zhì)量比為20/80、40/60時(shí)，PET 基體是連續(xù)相，PP 組分呈球形液滴分散；當(dāng)PP/PET 為80/20時(shí)，PET 是分散相，PP 是連續(xù)相；而當(dāng) PP/PET 為50/50時(shí)，兩相具有一定程度的連續(xù)結(jié)構(gòu)與“海-島”結(jié)構(gòu)共存的相形態(tài)。Verfaillie G 等研究了 PET 和 PP 不相容共混物在壓制成型時(shí)，成型條件和模具的表面性質(zhì)對(duì)共混物的表面和本體形態(tài)的影響。結(jié)果表明，剪切作用較小時(shí)，表面和本體形態(tài)相似；

5、剪切作用較大時(shí)，若 PET 為分散相，表面的 PET 粒子變形較大，且表面的 PET 濃度大于本體內(nèi)部，若 PP 為分散相則表現(xiàn)相反。1.3 共混物性能1.3.1 非等溫結(jié)晶性能對(duì)于結(jié)晶性共混物，由于第二組分的存在，改變了結(jié)晶組分在混合物內(nèi)的化學(xué)與物理環(huán)境，因此，結(jié)晶行為不僅取決于兩熔體組分的相容性，而且與第二組分是否起到異相成核作用或兩組分界面間是否具有誘導(dǎo)成核作用有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)在 PET/PP 共混體系中，兩相界面或 PP 組分對(duì)

6、PET 沒有明顯的異相成核效應(yīng)，但會(huì)降低PET 結(jié)晶的完整性；當(dāng) PP 為連續(xù)相時(shí)，已結(jié)晶的極性 PET 顆粒對(duì) PP 組分的異相成核作用較為明顯；當(dāng) PP 為分散相時(shí)，已經(jīng)結(jié)晶為固態(tài)的 PET 組分在一定程度上阻礙了 PP 分子鏈的運(yùn)動(dòng)，PP 組分只能在分散的本體相中規(guī)整堆砌，均相成核趨勢(shì)加大。但 Tao Y J 等研究回收 PET(r-PET)與 PP 共混時(shí)，發(fā)現(xiàn) r-PET 結(jié)晶溫度降低，從而認(rèn)為 PP 對(duì) PET 的結(jié)晶也具有

7、異相成核效應(yīng)。蔣雪璋用 GJY-3型光學(xué)解偏振儀測(cè)定了 PET/PP(3：1)合金的結(jié)晶動(dòng)力學(xué) Avrami 指數(shù)為3。1.3.2 流變性能PET/PP 共混體系微觀不相容的相形態(tài)顯著影響其動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)等宏觀流變行為。兩相界面的存在增加了體系動(dòng)態(tài)彈性響應(yīng)，頻率依賴性增加；此外，不相容相形態(tài)具有穩(wěn)態(tài)剪切的敏感性。1.3.3 力學(xué)性能由于 PET/PP 共混體系微觀不相容性導(dǎo)致其力學(xué)性能較差，一般沒有多大利用價(jià)值。沈經(jīng)緯等研究了PET/PP

8、簡單共混后的注塑試樣發(fā)現(xiàn)：拉伸強(qiáng)度在 PET 含量低于10%時(shí)隨 PET 含量的增加而增加，最大值比純 PP 增加約5%，含量超過10%則性能下降；彈性模量隨 PET 含量的增加而增加，達(dá)到15%后基本不變，這是由于 PET 的本體模量(E=1.93GPa)比 PP 高(E=1.35GPa)，表現(xiàn)出一定的增剛作用。李忠明等也進(jìn)一步證明 PET/PP(15/85)直接混合后拉伸強(qiáng)度較純 PP 低，分散相 PET 呈粒子狀，粒子大，相互作制

9、或注塑成型)。通過“熔融共混-微纖化-無規(guī)化”三步來實(shí)現(xiàn)對(duì)聚合物形態(tài)的控制。3.2 共混物的形態(tài)PET 和 PP 在熔融共混，拉伸后全部取向，分散相 PET 形成微纖存在于基體 PP 中，當(dāng)在 PP 和PET 的熔點(diǎn)之間(兩者熔點(diǎn)之差超過40℃)進(jìn)行熱處理或成型后，PET 微纖得以保存而形成 PET/PP 微纖復(fù)合增強(qiáng)材料(圖2略)。若成型溫度高于 PET 的熔點(diǎn)(250℃)則會(huì)破壞 PET 微纖?；貜?fù)到未拉伸前的球形狀態(tài)。分散相 PE

10、T 微纖的長徑比大，直徑在幾百納米至幾微米。隨 PET 含量增加，纖維數(shù)量增多，而直徑和分散性先減小后增大，但最小直徑基本保持不變。增容劑等的加入會(huì)使纖維與基體間的作用增強(qiáng)，有利于微纖的形成，分散均勻性變好，但使纖維變短。在 PET/PP 微纖復(fù)合增強(qiáng)材料中，分散相 PET 的成纖對(duì)基體 PP 的結(jié)晶形態(tài)產(chǎn)生了影響。在遠(yuǎn)離PET 纖維區(qū)域，PP 以球晶的形式存在；而在鄰近 PET 纖維區(qū)域，PP 以 PET 纖維為核垂直于纖維方向生成橫

11、晶(transcrystalline)，形成了“shish-Kebab”結(jié)構(gòu)。3.3 共混物的性能PET 微纖及橫晶對(duì) PP 起著增強(qiáng)及增韌作用。沈經(jīng)緯等用擠出-拉伸-注塑法制得的 PET/PP 微纖復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量分別比純 PP 提高了20%和70%。若加入3%的 PP-g-MAH 則可使性能進(jìn)一步提高。Friedrich K 等分別將擠出-冷拉后的 PET/PP 共混物進(jìn)行壓制和注塑成型(用乙烯和甲基丙烯酸甘油酯的共聚物

12、 E-GMA 作增容劑)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：注塑成型后的彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度比純 PP 提高了60%-70%，而壓制成型后的力學(xué)性能達(dá)到玻纖(GF)增強(qiáng) PP 的性能，沖擊強(qiáng)度比 GF 增強(qiáng)的稍高，是純 PP 的3-4倍。測(cè)定 PET/PP 微纖復(fù)合材料的性能發(fā)現(xiàn) Tsai-Hill 方程適用，并且實(shí)際強(qiáng)度比計(jì)算值稍高。3.4 納米纖維復(fù)合材料微纖增強(qiáng)復(fù)合材料(MFC)可進(jìn)一步制成一種新型的納米纖維復(fù)合材料(NFC)，這種材料最早由 Li J X