废旧聚丙烯的回收及其在木塑复合材料中的应用研究

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近年来,随着国民经济的蓬勃发展,高分子材料产量越来越大,使用越来越普及,废旧塑料的产生量越来越多,其回收及再利用的研究,对于环境保护和资源再生具有重要意义。塑料是四大基础材料中可实现“减量化、再利用、资源化”的材料之一,绝大部分塑料使用后能够被回收再利用,是典型的资源节约型环境友好材料,“塑料再生”作为一个新兴产业也正在不断发展壮大,渐成规模,这对“循环经济”和“可持续发展战略”具有重要现实意义。另一方面,随着环保意识日益增强,各国对森林砍伐进行限制,但对木材的需求量却有增无减,因此,用木粉、稻糠、竹粉、剑麻、秸秆等废生物质纤维制造代木材料的研究越来越引起人们的重视。本文采用聚丙烯接枝马来酸酐(MAPP)为界面改性剂,分别选用新聚丙烯(PP)、废旧聚丙烯(RPP)与木质纤维复合制备木塑复合材料,同时添加玻璃纤维(GF)和碳酸钙(CaCO3)对聚丙烯基木塑复合材料进行增强改性。为了使木塑复合材料在添加润滑剂聚乙烯蜡(PEW)获得良好加工性能的同时,尽量减少力学性能的损耗,研究了通过熔融接枝法,采用马来酸酐(MAH)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)为接枝单体与PEW反应,制备了三单体接枝物(GPEW),并将其应用于木塑复合材料中,考查了GPEW对力学性能、加工性能以及热性能的影响。研究结果表明,MAPP有效地提高了聚丙烯/木质纤维复合材料的综合力学性能、界面相容性以及耐热性。当MAPP/木粉(WP)的值为0.20时,PP/WP(100/50)复合材料的综合力学性能达到最佳,拉伸强度提高46%,弯曲强度提高24%,冲击强度提高72%。将MAPP应用于RPP/WP、RPP/竹粉(BP)复合体系,当MAPP与木质纤维的比值为0.25时,RPP/木质纤维(100/50)复合体系的综合力学性能达到最佳,其中木粉复合体系的性能优于竹粉体系。扫描电镜(SEM)照片表明,MAPP可有效改善PP/WP和RPP/WP复合材料的中基体和木质纤维的界面粘结;通过对复合体系差示扫描量热(DSC)分析表明,MAPP在复合体系中起到异相成核剂的作用;另外TG测试表明MAPP加入后复合体系的热稳定性得到了提升。玻璃纤维的加入,对PP/WP和RPP/WP复合体系均有很好的增强效果,热性能也有一定的提高,但会降低体系的加工性能。RPP/WP/GF(100/50/20)复合体系和没有添加玻纤的RPP/WP(100/50)体系相比,在两体系取各自综合性能最佳点的情况下,前者的拉伸强度比后者高20%左右,弯曲强度高约25%,无缺口冲击强度提升了约30%。MAPP可以增进玻纤与基体的界面粘结,在复合材料破坏过程中,玻纤承担应力分散的作用。碳酸钙的加入可提高PP/WP复合材料力学性能,但对RPP/WP(100/50)复合体系的增强改性效果不如玻纤明显,而MAPP能促进碳酸钙在复合材料中的分散。通过比较不同单体组成、反应温度和时间以及引发剂用量制得的GPEW对PP/WP(100/100)复合材料拉伸强度的影响,探索了GPEW的最佳合成条件。此外还研究了GPEW对PP/WP和RPP/WP复合体系的加工性能以及热性能的影响。结果发现,固定PEW为100份,向其中加入MAH、MMA和BA的份数比为8:8:2,控制反应温度为120℃,BPO用量2份以及反应时间为4小时时制得的GPEW对PP/WP(100/100)复合材料拉伸强度降低程度最小,间接说明此时接枝效果好。通过TG测试表明,GPEW相比PEW在热稳定性上有所提高,接触角实验发现接枝反应后其表面疏水性大大降低。PP/WP(100/50)木塑复合体系的平衡转矩会随着PEW和GPEW的加入而降低,但GPEW的降低程度略低于PEW。毛细管流变测试显示,PEW和GPEW的对木塑复合材料的作用效果几乎一致,说明GPEW仍保留有PEW良好的润滑作用。通过DSC、TG和维卡软化点测试表明,GPEW和PEW的加入都会降低PP/WP复合体系的热性能,但GPEW的降低程度明显低于PEW。
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