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研究高性能、高附加值的聚对苯二甲酸乙二酯(PET),使其作为工程塑料使用,对于解决我国PET产能增长已远大于产品需求量增长的矛盾,使越来越多的PET废弃物也能作为工程塑料使用,具有重要的经济、社会意义和学术价值。
使PET作为工程塑料应用要解决两方面的科学技术问题:其一,提高韧性;其二,改变结晶行为,加快结晶速度,降低成型加工模温。为了研制出韧性大幅度提高而刚性基本不降低或少降低,又能在较低的模温(如60~70℃)下成型加工的增韧PET,本工作提出了研制一种多功能母料(MFMB),这种MFMB不仅可以使PET的韧性大幅度提高,而且通过MFMB中微晶对PET的钉铆-铰链作用可以抑止引入低刚性组分导致的增韧PET刚性的降低,同时,还具有加快PET结晶速度,使成型加工模温降低,使PET结晶结构更加完善等作用的研究思想。
基于上述构思,本文以高密度聚乙烯(HDPE,表示为E)、丁苯弹性体(表示为N)、环氧化合物(表示为C)及助反应剂(表示为R)等为主要原料,采用多种特殊技术,通过化学反应研制出了EN型多功能母料(表示为EN-MFMB),将EN-MFMB与PET进行热机械共混,制备出了可以在60℃左右模温下成型,韧性大幅度提高而刚性基本不降低的增韧PET(PET/EN-MFMB),并对EN-MFMB的化学结构、结晶形态、熔体流动速率和PET/EN-MFMB的化学结构、力学性能、热性能、非等温结晶行为与形态等进行了研究。取得了以下主要结果和结论:
(1)EN-MFMB中的HDPE、弹性体主要以未反应的“游离”形式存在,少量以与架桥剂形成的接枝共聚物、交联聚合物的形式存在。架桥剂以均聚物、二者的共聚物及与HDPE、弹性体形成的接枝共聚物、交联聚合物的形式存在。EN-MFMB是由未反应的HDPE、弹性体,HDPE、弹性体与架桥剂形成的接枝共聚物及交联聚合物,架桥剂的均聚物、二者的共聚物组成的。
(2)制备EN-MFMB时,随着环氧化合物与助反应剂配比中环氧化合物比例的增大,架桥剂的表观转化率逐渐增大,EN-MFMB中HDPE、弹性体与架桥剂形成的接枝共聚物及交联聚合物的含量增加,环氧官能团的含量增加。
(3)EN-MFMB中HDPE的结晶形态不同程度的细化。
(4)EN-MFMB的熔体流动性较小。随制备EN-MFMB时HDPE和弹性体配比中弹性体比例的增加,MFR减小;环氧化合物与助反应剂配比对MFR影响不大。
(5)随着制备EN-MFMB时环氧化合物与助反应剂配比中环氧化合物比例的增加,PET/EN-MFMB中弹性体、HDPE通过化学键与PET连接的数量及PET扩链的程度、交联结构成分的含量增加。
(6)PET/EN2-MFMB中弹性体含量相同(如3.0%)时,随着制备EN2-MFMB时环氧化合物与助反应剂配比中环氧化合物比例的增加,刚性(TYS、FM)先减小而后增大;韧性(NIIS)先提高而后降低,环氧化合物与助反应剂配比为5/5时呈现极大值。在环氧化合物与助反应剂配比中环氧化合物比例比较高(如4/6或6/4)时,随着PET/EN2-MFMB中弹性体含量增加,韧性(NIIS)逐渐提高,刚性(TYS、FM)先减小而后增大,但弹性体含量有一临界值,超过这一临界值时,PET/EN2-MFMB中交联聚合物含量迅速增大,结构极度不均匀,力学性能劣化。如使用EN2-MFMB(E∶N2=68∶32,C/R=4/6)制得的PET/EN2-MFMB,弹性体含量为7%时,综合力学性能最好,NIIS提高到原料PET的4.54倍时,TYS和FM分别为原料PET的103%和99%。
(7)PET/EN-MFMB中PET的熔融温度一般均比原料PET的有所提高,HDPE的熔融温度比原料HDPE的有所降低。
(8)PET/EN-MFMB中PET的冷结晶温度比原料PET的有所降低,原料PET型号不同降低的幅度不同;热结晶温度比原料PET的也有所降低,随EN-MFMB含量增加降低的幅度增大;热结晶成核速率比原料PET的大,EN-MFMB的含量为10.5%时呈现极大值;HDPE的结晶放热峰非常弥散。PET/EN-MFMB中PET的结晶形态不同程度的细化。