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2023
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通過反應混合回收異質混合廢棄聚合物 （3）
關鍵詞:
來源：公司內部
3.2. 混合時間的影響
所有研究結果表明，形態、流變和機械性能取決于加工條件，而作用在熔體上的機械應力起著非常重要的作用。圖 7 是樣品 A3 的扭矩隨著混合時間變化而變化的曲線。
圖 7. A3 樣品的扭矩隨混合時間變化的曲線
與所有混合操作中的扭矩曲線類似，由于冷聚合物的加入，曲線首先上升，達到最大值，然后下降，達到熱流-動態平衡，表明混合物的形態不再發生變化?？紤]到之前的假設，即高機械應力值會對形態的發展產生有利影響，我們在 1 分鐘后停止混合進行了測試，此時達到最大值。表 11 和圖 8 分別列出了混合 1 分鐘（A3/1）和 5 分鐘（A3/5）的 A3 樣品的 MFI 值和流動曲線。
圖 8. A3/1 和 A3/5 混合物的復數粘度與角頻率的函數關系
表11. A3/1和A3/5混合物的MFI值
| 特性 | A3/1 | A3/5 |
| MFI, g/10 分 | 0.425 | 0.503 |
A3/1 混合物無論在低頻還是高頻下，均顯示出較低的 MFI 值和較高的流量曲線值。 特別是，樣品 A3/1 在此頻率范圍內未達到牛頓高原，而是表現出更明顯的非牛頓特性。如前所述，這種現象是由于分散顆粒的大小和/或更好的粘附力造成的。根據這些流變數據，可以推測樣品 A3/1 的顆粒尺寸減小和/或連續相和分散相之間的粘附性增強。圖 9 顯示了兩個樣品的掃描電子顯微鏡的照片。粒徑分布與數均粒徑值的相對曲線分別如圖10和表12所示。
圖 9. 掃描電子顯微鏡照片：(a) A3/1，(b) A3/5 混合物
圖10 粒徑正態分布曲線
表12. A3/1和A3/5混合物的數值平均直徑值
| A3/1 | A3/5 | |
| 數值平均直徑, Dn, um | 3.58 | 6.57 |
經過 1 分鐘處理的混合物中，分散相顆粒的直徑值較小，該試樣連續相中的空隙也較小。因此，施加的應力不僅能破碎分散相顆粒，減小其尺寸，還能形成共聚物，降低基體和分散相之間的界面張力，進而提高基體和分散相之間的粘附力。數值平均直徑約為 3.5 微米，直徑分布從 3-10 微米降至 2-6 微米。兩種混合物的機械性能見表 13，其應力-應變曲線見圖 11。此外，圖中應力-應變曲線的突然變化是由于十字頭速度的變化造成的。
圖 11. A3/1 和 A3/5 混合物的應力-應變曲線
表 13. A3/1 和 A3/5 混合物的拉伸性能
| 混合代碼 | E, MPa | TS, MPa | EB, % |
| A3/1 | 212 ± 13 | 7.6 ± 2.5 | 19.1 ± 4.1 |
| A3/5 | 176 ± 19 | 4.2 ± 2.5 | 5.1 ± 1.5 |
兩條應力-應變曲線有很大不同。 事實上，相對于 A3/5 樣品的曲線是脆性聚合物的典型應力-應變曲線，而樣品 A3/1 的應力-應變曲線顯示了屈服應力和延展行為。
加工 1 分鐘的混合物的彈性模量、拉伸強度和斷裂伸長率明顯更高。然而，通過優化加工時間，A3/1 混合物的機械性能發生了顯著變化，出現了脆性到韌性的轉變，并出現了屈服應力。
由于基體和分散顆粒之間的接觸面積增大，以及基體和其他相之間的粘附力增強，形態的變化意味著脆性向韌性的轉變。
由于時間原因出現這種顯著的效果，有兩種解釋。第一，與 1 分鐘內經歷的較高機械應力有關。 在較高扭矩值下獲得的樣品形態被“凍結”。 第二，可能與少量共聚物的形成有關，隨著混合時間的增加，這些共聚物會被相同的機械應力破壞，從而降低這些粘合促進劑的效果，并使共混物的最終形態惡化。 此外，在這種情況下，比率 ????3/1?? / ????3/5??≅ 1.83，因此與 A3/5 混合物相比，接觸面積要大得多，尤其是比脆性樣品的接觸面積大得多。這一結果與上述結果相符。圖 12 顯示了 A3/1 和 A3/5 混合物的傅立葉變換紅外光譜。
圖 12. A3/1 和 A3/5 混合物的 FTIR 光譜
觀察結果與之前報告的結果類似，A3/5 和 A3/1 混合物之間沒有觀察到新的峰值或明顯的峰值移動。
圖 13 和圖 14 分別顯示了在 180 °C、250 rpm、1 和 5 分鐘條件下制備的二元共混物的 PS/PET 和 LDPE 溶液的照片，而表 14 則匯總了濁度值。 很明顯，兩種懸浮液顯示出一定的渾濁度，這表明存在以膠體形式存在的 PS-PET 和 LDPE-PET 共聚物。還可以清楚地看出，制備 1 分鐘的混合物的濁度高于混合 5 分鐘的混合物的濁度。這些共聚物充當增容劑，使其具有更好的粘附性和形態。
圖 13. PS/PET 溶液的照片：(A) PS/PET_1：(a) 溶劑，(b) 懸浮液； (B) PS/PET_5：(a) 溶劑，(b) 懸浮液
圖 14. LDPE/PET 溶液的照片：(A) LDPE/PET_1：(a) 溶劑，(b) 懸浮液； (B) LDPE/PET_5：(a) 溶劑，(b) 懸浮液
表14.懸浮液的濁度
| 濁度, FTU | PS/PET_1 | PS/PET_5 | LDPE/PET_1 | LDPE/PET_5 |
| 懸浮液 | 9.21 ± 1.1 | 3.16 ± 0.8 | 36.9 ± 7.8 | 10.5 ± 2.6 |
共聚物的形成與同一共聚物的熱機械降解之間的競爭可以很好地解釋這一結果，以及 1 分鐘制備的混合物在形態和機械性能方面出現的最大值。共聚物形成的同時，熱機械應力也會破壞共聚物，從而降低粘附效果。
4. 結論
由于不同成分之間的不相容性，加工異質混合物以生產具有良好機械性能的混合物非常困難。在這種情況下，混合物機械性能較差。為了解決這一問題，通常使用接枝或嵌段共聚物作為相容劑。然而，在處理由兩種以上成分組成的異質混合物時，不是總有專門的增容劑可以使用，尤其是當這些成分來自城市固體廢棄物時更是如此，其化學性質往往會因降解過程而發生變化。
在本文中，使用傳統的實驗室混合機研究了溫度、轉速和時間對異質共混物的形態、粘度和機械性能的影響。特別是，對加工參數進行了優化，以獲得高應力，從而能夠產生尺寸極小的分散相顆粒，并產生可用作相容劑的共聚物。
據觀察，通過降低溫度和提高轉速，分散顆粒的尺寸減小，基體和分散顆粒之間的粘附力增強，流變能和延展性都有所提高。粘附性的提高是因為在高機械應力作用下，大分子之間形成了少量共聚物。此外，據觀察，通過優化混合時間，將其從 5 分鐘縮短至 1 分鐘，延展性增加了約 270%，并出現了脆性到韌性的轉變。這是因為1 分鐘后在最高剪切應力下形成的共聚物在熱機械應力的作用下隨著混合時間的延長而斷裂。
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