目前,我國軟飲料產(chǎn)量以超過20%的年均增長率遞增,其包裝用聚對(duì)苯二甲酸乙二酯( PET)瓶的需求量也以年均18%的速率增長。據(jù)統(tǒng)計(jì), 2005年我國約有140萬tPET瓶被丟棄,由此造成的污染問題日益嚴(yán)重。如何實(shí)現(xiàn)大量廢棄PET瓶的回收和循環(huán)利用已成為一個(gè)亟待解決的社會(huì)問題。開發(fā)先進(jìn)的回收技術(shù),大幅度提高PET瓶“升級(jí)利用”的比例,有利于資源的綜合利用,減輕污染,解決包裝工業(yè)發(fā)展的后顧之憂,開辟新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。為了回收再利用PET,人們做了不少工作[1～5 ] ,而利用回收PET制備工程塑料的研究相對(duì)較少。
由于回收PET(簡稱rPET)存在特性粘度低、流動(dòng)穩(wěn)定性差、脫模困難、沖擊性能差等問題,一般不能直接采用注射和擠出成型工藝加工。另一方面,聚酰胺66(PA66)綜合性能優(yōu)良,廣泛用于汽車、機(jī)械等行業(yè), 但價(jià)格較貴。而rPET的價(jià)格便宜, 與PA66的熔點(diǎn)又很相近,因此研究和開發(fā)rPET/PA66復(fù)合材料將不僅可以解決PET的回收問題,同時(shí)也可以降低PA66的成本,帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1. 1 原材料
rPET:瓶片級(jí),美國URRC公司;
PA66: LEONA 5KR58M,Asahikasei化學(xué)公司;相容劑OZ:惡唑啉類共聚物,自制。
1. 2 設(shè)備與儀器
高速攪拌機(jī): SHR - 5型,張家港瑞達(dá)機(jī)械制造廠;
雙螺桿擠出機(jī): TSE - 35型,南京瑞亞高聚物裝備有限公司;
注塑機(jī): HTB Ⅱ0X/1型,寧波海天機(jī)械有限公司;
電子萬能試驗(yàn)機(jī): 4465型,美國Instron公司; 沖擊試驗(yàn)機(jī): Uinversal型,英國Ray - ran公司;
掃描電鏡( SEM) : S - 2150 型, 日本HitachiHigh - Technologies公司;
熱變形維卡溫度測定儀:WKW - 300 型,長春市智能儀器設(shè)備有限公司;
旋轉(zhuǎn)流變儀: Gemini 200HR型,英國Bohlin In2struments公司。
1. 3 試樣制備
首先將一定量的已烘干的rPET、PA66和相容劑在高速攪拌機(jī)內(nèi)混合均勻,然后將混合好的物料加入雙螺桿擠出機(jī)中按設(shè)定的溫度和螺桿轉(zhuǎn)速進(jìn)行反應(yīng)擠出,水冷,切粒制得rPET/PA66復(fù)合材料粒料。將粒料置于120℃烘箱中干燥8 h,然后利用注塑機(jī)注射成型標(biāo)準(zhǔn)試樣。
1. 4 性能測試
拉伸性能按ASTM D638 - 03測試。
沖擊性能按ASTM D256 - 04測試。
形貌觀察:將擠出的樣條在液氮下脆斷,經(jīng)真空鍍金后在SEM上觀察并拍照,加速電壓為15kV。動(dòng)態(tài)流變性能:測試溫度為270℃,頻率設(shè)定為0. 01～10 Hz,應(yīng)變設(shè)定為0. 01 (處于線性粘彈區(qū))。靜態(tài)剪切粘度:測試溫度為270℃,剪切速率為0. 01～10 s- 1。
維卡軟化溫度:試樣尺寸為10 mm ×10 mm,載荷為10 N,升溫速率為5℃/6 min (起始溫度40℃,恒溫300 s) 。
2 結(jié)果與討論
2. 1 PA66 用量對(duì)rPET/PA66 復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
由于rPET和PA66的粘度都很低,且兩者之間的相容性又較差,擠出時(shí)物料流淌成液滴而難于成條,故加入相容劑OZ對(duì)其進(jìn)行改性。加入相容劑后,物料的粘度明顯上升,可利用擠出機(jī)擠出造粒。
PA66用量對(duì)rPET/PA66復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。隨著PA66用量的增加,材料的拉伸強(qiáng)度呈上升趨勢,而懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度的變化比情況較復(fù)雜。PA66質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%時(shí),材料的缺口沖擊強(qiáng)度最高,拉伸強(qiáng)度也很高。綜合考慮,選擇PA66的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%。
2. 2 相容劑用量對(duì)rPET/PA66復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
固定PA66的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%,考察相容劑OZ用量對(duì)rPET/PA66復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。
隨著相容劑用量的增加,材料的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度呈先提高后略微降低趨勢。這是由于相容劑用量太少時(shí),對(duì)材料體系的增容作用不夠明顯,而相容劑用量太多時(shí),則導(dǎo)致反應(yīng)劇烈使得體系的粘度快速增加,造成加工困難,同時(shí)也使得體系由于含有過多分子量較低的相容劑而性能下降。選用相容劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%,此時(shí)材料的力學(xué)性能較優(yōu)。
2. 3 rPET/PA66復(fù)合材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)
為進(jìn)一步了解相容劑的作用效果,筆者考察了rPET/PA66復(fù)合材料的形態(tài)結(jié)構(gòu),未加相容劑的體系可以看到明顯的相分離,而且分散相尺寸很大;隨著相容劑用量的增多,相界面開始變得模糊不清,而且分散相的尺寸也逐漸減小直至消失。由于相容劑OZ的分子結(jié)構(gòu)中有惡唑啉基團(tuán),既可以與PET末端的羧基發(fā)生反應(yīng),又可以與PA66末端的胺基反應(yīng),這樣有可能原位生成PET與PA66 的嵌段共聚物, 從而使得rPET/PA66材料的相容性得到明顯改善。
2. 4 rPET/PA66復(fù)合材料的流變性能
選擇一組力學(xué)性能較好的rPET/PA66 復(fù)合材料,對(duì)其流變行為進(jìn)行了研究。純PA66和復(fù)合材料的靜態(tài)流變曲線PA66 和rPET/PA66復(fù)合材料均表現(xiàn)出假塑性流體行為,即熔體粘度均隨剪切速率的增大而降低。這是因?yàn)榫酆衔镌诹鲃?dòng)過程中,剪切速率或剪切應(yīng)力的增加使分子鏈解纏,分子發(fā)生取向,從而降低了粘度[ 6 ]。在相同剪切速率時(shí),復(fù)合材料的剪切粘度明顯高于PA66的粘度,這進(jìn)一步證實(shí)相容劑OZ與PA66、PET發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),使體系的分子量增大,熔體粘度提高。
純PA66和rPET/PA66復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)流變曲線,其中貯能模量G′代表了流體的彈性分量;損耗模量G″代表了流體的粘性分量。PA66 的G′曲線處于rPET/PA66復(fù)合材料的G′曲線的下方,這說明了PA66熔體的剛性較rPET/PA66復(fù)合材料熔體的剛性低。這也證明了rPET/PA66復(fù)合材料的力學(xué)性能確實(shí)優(yōu)于純PA66。rPET/PA66 復(fù)合材料的G″在任何頻率段都高于純PA66,這說明rPET/PA66復(fù)合材料的熔體粘度高于PA66的熔體粘度,可能由于相容劑能與PET和PA66發(fā)生反應(yīng)形成了分子量更大的嵌段共聚物而使粘度增大。
2. 5 rPET/PA66復(fù)合材料的熱性能
考察rPET、純PA66及rPET/PA66復(fù)合材料的熱性能, rPET的維卡軟化溫度較低,這可能是由于實(shí)驗(yàn)中所采用的PET均為回收料,雖然經(jīng)過挑選,但是其各方面性能均不可避免的降低了。而rPET/PA66復(fù)合材料的維卡軟化溫度幾乎與純PA66接近。
3 結(jié)論
(1)反應(yīng)性相容劑OZ可使rPET/PA66復(fù)合材料的熔體粘度增加,使復(fù)合材料易于擠出成型。
(2)隨著相容劑用量的增加,復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度呈先提高后略微降低趨勢,其微觀形態(tài)也由明顯的相界面過渡到幾乎看不到相界面。
(3) PA66的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60% ,相容劑OZ質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí), rPET/PA66復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱性能與純PA66相當(dāng)。
（轉(zhuǎn)載）
