PP-g-MA及其混合相容剂增容r-PET/PP共混物的力学性能*

王春广，林劲新，章自寿，麦堪成

(中山大学化学与化学工程学院材料科学研究所∥聚合物基复合材料近功能材料教育部重点实验室∥新型聚合物材料设计合成与应用广东省高校重点实验室，广东广州 501275)

PET广泛使用产生大量废弃PET(r-PET)，虽然已开发出许多处置r-PET的方法，如化学回收、物理回收和能源回收等［1］，但从经济角度，物理回收是最简便与有效的方法，尤其r-PET与其他聚合物合金化。作为工程塑料的PET，具有比通用聚烯烃高的物理与力学性能，将r-PET与聚烯烃共混不仅可改善和提高聚烯烃物理与力学性能，而且是r-PET 高附加值利用的重要途径［2－18］。

虽然，增容PET/聚丙烯 (PP)的力学性能已有许多研究［8－15］，发现不同相容剂对PET/PP共混物力学性能有不同影响，如PP-g-MA可提高共混物的拉伸强度，弹性体相容剂能改善共混物的冲击强度和韧性。而两种相容剂混杂增容对r-PET/PP共混物力学性能影响的研究较少。在前期研究r-PET/PP共混物的结晶性能和流变行为基础上［16－18］，本文用PP-g-MA、POE-g-MA和EVA-g-MA及其混合物作为相容剂，制备了PP-g-MA及其混合相容剂增容r-PET/PP共混物，研究了相容剂对r-PET力学性能，r-PET对PP力学性能的影响及其相容剂增容r-PET/PP共混物力学性能，讨论了r-PET在共混物中的增强作用和混合相容剂的作用。

1 实验部分

1.1 原材料

聚丙烯 (PP):牌号HP500N，MFI=12 g/10 min(230℃，2.16 kg)，中海壳牌石油化工有限公司产品。回收PET(r-PET)和相容剂PP-g-MA、POE-g-MA和EVA-g-MA接枝率分别为0.8%、0.8%和2.0%，由从化聚赛龙工程塑料有限公司提供。

1.2 共混物的制备

r-PET于110℃真空烘箱干燥12 h，相容剂60℃真空干燥12 h。采用SJSH-Z-35型双螺杆挤出机制备共混物。主机转速30 r/min，挤出温度各段分别为240、245、255、265、280、275和255℃。

1.3 样品的制备

拉伸、弯曲和缺口冲击样条按照GB1042－79标准用Y－450－0型直立式注塑机 (广东省东莞石碣冠明机械厂制造)注塑成型，注射温度分别为225、230和225℃，注射压力23 MPa。

1.4 力学性能测试方法

按GB16421－1996标准在微控万能试验机SANS CMT6103(深圳新三思材料检测有限公司)测试拉伸性能，以2.0 mm/min速率测试弹性模量，50.0 mm/min速率测试拉伸强度和断裂伸长率。按GB16419－1996标准测试弯曲性能，以1.0 mm/min速率测试弯曲模量，10.0 mm/min速率测定弯曲强度。按GB/T 1043－93标准用XJJ－5型简支梁冲击实验机 (河北省承德市试验机厂)测试缺口冲击强度。

2 结果与讨论

2.1 相容剂对r-PET力学性能的影响

由于PP与r-PET不相容，通常采用大分子相容剂增容，相容剂主要与r-PET发生反应。为此，首先研究了大分子相容剂对r-PET力学性能的影响。表1是r-PET/相容剂共混物的力学性能。可见，相容剂加入降低r-PET拉伸强度，弯曲强度和模量，归结于相容剂的拉伸和弯曲强度低于r-PET。r-PET/相容剂共混物的拉伸和弯曲强度从高到低为r-PET＞r-PET/PP-g-MA＞r-PET/PP-g-MA/POE-g-MA ＞r-PET/PP-g-MA/EVA-g-MA，与相容剂拉伸和弯曲强度PP-g-MA＞POE-g-MA＞EVA-g-MA有关。这与弹性体和低强度聚合物加入降低r-PET的力学性能的普遍规律相一致。相容剂加入对r-PET缺口冲击强度影响不大，一方面与相容剂的冲击强度同r-PET的相当，另一方面弹性体相容剂与r-PET相容性差也可能是未获得增韧的原因。

表1 r-PET/相容剂共混物的力学性能Table 1 Mechanical properties of r-PET/compatibilizer blends

2.2 r-PET对PP力学性能的增强作用

图1是r-PET/PP共混物的拉伸强度和断裂伸长率。可见，r-PET加入提高PP拉伸强度，并且共混物拉伸强度随着r-PET含量增加而提高，表明高强度和刚性的r-PET对PP拉伸强度具有增强作用。但r-PET加入明显降低PP断裂伸长率，且随着r-PET含量增加而降低，归结于r-PET断裂伸长率低的影响。

图1 r-PET/PP共混物的拉伸强度和断裂伸长率Fig.1 Tensile strength and elongation at break of r-PET/PP blends

图2是r-PET/PP共混物的弯曲强度和模量。同样可见，r-PET加入提高PP弯曲强度和模量，且随着r-PET含量增加而提高，表明r-PET对PP弯曲性能存在增强作用。然而，r-PET/PP共混物缺口冲击强度随着r-PET含量增加而降低 (图3)，其规律与断裂伸长率相类似，归结于PET韧性低的影响。

2.3 PP-g-MA增容r-PET/PP共混物的力学性能

图4是增加5份相容剂PP-g-MA改性r-PET/PP共混物的拉伸强度和断裂伸长率。与图2比较，可观察到增容共混物的拉伸强度高于未增容，如纯PP拉伸强度为32.9 MPa，r-PET/PP 50/50(w(r-PET)/w(PP)=50/50，下同)共混物的拉伸强度为39.5MPa，PP-g-MA增容r-PET/PP 50/50共混物的拉伸强度达到41.7MPa，比纯PP和r-PET/PP 50/50共混物分别提高了26%和5.6%，表明加入PP-g-MA进一步提高r-PET/PP共混物的拉伸强度，归结于PP-g-MA改善了r-PET在PP中的分散和r-PET与PP界面相互作用。增容共混物拉伸强度也随r-PET含量增加而提高，如PP-g-MA增容r-PET/PP 20/80共混物拉伸强度为41.3 MPa，增容r-PET/PP 60/40共混物的拉伸强度为47.6 MPa，提高了15.3%，表明高强度和刚性r-PET在增容共混物中也存在对PP拉伸强度的增强作用。由于增容强化组分间相互作用，提高共混物拉伸强度而不易于发生形变，导致PP-g-MA增容r-PET/PP共混物断裂伸长率降低。

图5是PP-g-MA改性r-PET/PP共混物的弯曲强度和模量。同样可见，PP-g-MA增容r-PET/PP共混物的弯曲强度和模量不但高于纯PP，且高于未增容共混物，如增容r-PET/PP 50/50共混物弯曲强度 (60.1 MPa)＞未增容共混物 (55.4 MPa)＞PP(33.2 MPa)，比纯PP和未增容共混物分别提高了81.0%和8.5%。增容r-PET/PP 50/50共混物弯曲模量 (1 741 MPa)＞未增容共混物纯 (1 652 MPa)＞PP(1 140 MPa)，比纯PP和未增容共混物分别提高了52.7%和5.4%。增容共混物的弯曲强度和模量随r-PET含量增加提高，如PP-g-MA增容r-PET/PP 20/80共混物弯曲强度和模量分别为47.8 MPa和1 424 MPa，增容r-PET/PP 60/40共混物的弯曲强度和模量分别为60.7 MPa和1 759 MPa，分别提高了27.0%和23.5%，均表明在增容共混物中同样存在r-PET的增强作用。然而，相对于未增容共混物，加入PP-g-MA降低r-PET/PP共混物的缺口冲击强度 (图6)，如PP-g-MA加入使r-PET/PP 20/80共混物的缺口冲击强度从1.9 kJ/m2降低到1.5 kJ/m2，归结于PP-g-MA强化r-PET与PP界面相互作用，不易发生形变而导致韧性降低。

图6 PP-g-MA改性r-PET/PP共混物的缺口冲击强度Fig.6 Charpy impact strength of r-PET/PP/PP-g-MA blends

2.4 PP-g-MA混合相容剂增容r-PET/PP共混物的力学性能

表2是 PP-g-MA及其与 POE-g-MA、EVA-g-MA混合相容剂增容r-PET/PP共混物的力学性能。同样可观察到不同相容剂体系增容r-PET/PP共混物的拉伸强度和弯曲性能都随着r-PET用量增加而提高，显示出其在PP中的增强作用。然而，在PP-g-MA增容r-PET/PP共混物中加入POE-g-MA或EVA-g-MA，均降低共混物的拉伸和弯曲强度，尤其EVA-g-MA，但弯曲模量影响不大，归结于POE-g-MA或EVA-g-MA拉伸和弯曲强度低的影响。加入POE-g-MA或EVA-g-MA提高PP-g-MA增容r-PET/PP共混物冲击强度30%以上，尤其POE-g-MA达到40%，归结于POE-g-MA或EVA-g-MA冲击强度高起到增韧的作用。可见采用PP-g-MA与POE-g-MA混合增容，可获得综合性能平衡的r-PET/PP共混物。

3 结论

1)相容剂加入降低r-PET拉伸强度和弯曲性能与相容剂力学性能的有关。

2)r-PET提高PP拉伸和弯曲性能，且r-PET/PP共混物的拉伸和弯曲性能随r-PET用量增加而提高，归结于高强度高刚性r-PET在PP中存在增强作用。但低冲击强度的r-PET降低PP冲击强度。

表2 PP-g-MA及其与POE-g-MA、EVA-g-MA混合相容剂增容r-PET/PP共混物的力学性能Table 2 Mechanical properties of r-PET/PP blends compatibilized by mixture of compatibilizers

3)PP-g-MA加入提高r-PET/PP共混物拉伸和弯曲性能，归结于相容剂的增容作用;POE-g-MA和EVA-g-MA加入明显提高PP-g-MA增容共混物冲击强度，归结于弹性体相容剂的增容与增韧作用。因此，PP-g-MA与POE-g-MA混杂相容可获得综合性能优良的r-PET/PP共混物。

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