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南科大陳忠仁教授團隊 Polymer：原位接枝EPDM的多嵌段共聚物作為聚乙烯（PE）與等規(guī)聚丙烯（iPP）共混物的增容劑
2024-12-27  來源：高分子科技

  占比全球塑料產量三分之二的聚乙烯（PE）和等規(guī)聚丙烯（iPP），年產量超過2億多噸，而只有約1%iPP和7%HDPE被回收，這對環(huán)境造成了嚴重的“白色污染”。由于PE和iPP視覺相似，密度相近，很難通過浮選法和人工分揀來分離PE/iPP混合物；而且該兩類聚合物并不相容，很難有效回收再利用。目前，廣泛采用的方法是依靠相容劑來提高分散相的相容性。有報道1%添加量就能實現(xiàn)力學性能增強的預制嵌段共聚物，但成本較高且無法商業(yè)化。目前商用的OBC增容效果良好，但添加量太高，要達到10%左右。


  南方科技大學陳忠仁教授團隊在這一領域取得了突破性進展：他們利用可逆自由基反應在PE和iPP相界面上進行三元乙丙橡膠（EPDM）的接枝反應，原位合成接枝的多嵌段共聚物顯著提高了PE和iPP的相容性，大幅增強了共混物的機械性能，各項加工特性與力學性能指標接近PE、iPP新料。


圖1. 接枝反應增強了PE/iPP界面的剝離強度


圖2. 不同含量的EPDM參與反應性共混對共混物拉伸性能的影響


  該研究團隊發(fā)現(xiàn)，僅需1-3wt.%的EPDM即可通過反應性共混顯著改善PE和iPP的相容性，從而顯著提高共混物的機械性能，尤其是斷裂伸長率，如圖2所示。EPDM由于相分離而趨向于分布在PE/iPP相界面，是顯著降低了EPDM的添加量的關鍵。當EPDM添加量為1wt%時，共混物的斷裂伸長率就可以達到400%，當添加量為3wt%時，則達到了700%。當添加量為5%時，拉伸應變略微的降低，說明過量的EPDM會增加界面厚度，從而降低了界面的力學性能。反應性共混的樣品即使經過三次加工循環(huán)，樣品的斷裂伸長率仍可達到約400%，如圖3所示。這一成果不僅在學術上具有重要意義，也為解決塑料回收難題，提供了經濟可行的新方案。


圖3. 3wt.%EPDM反應性增容的共混物的機械性能隨著循環(huán)加工次數(shù)的影響


圖4. EPDM接枝多嵌段共聚物的制備過程


  該研究工作通過各種表征技術，包括拉伸、流變、剝離和透射電子顯微鏡（TEM），證實了反應性共混的接枝機理，如圖5所示。當EPDM被乙烯和降冰片烯的無規(guī)共聚物（CEENB）或者亞甲基封端聚乙烯（VPE）替代時，樣品的機械性能降低，也證實了EPDM分布在PE/iPP相界面上對形成接枝多嵌段共聚物的重要性。值得注意的是，接枝反應引起的分子量分布峰的移動可以忽略不計，表明在反應性共混過程中聚合物的降解和交聯(lián)很少，意味著引入硫和秋蘭姆（TMTM）試劑的可逆自由基反應在減少副反應中起著重要作用。


圖5. 反應性共混生成接枝多嵌段的機理


  以上成果發(fā)表在最新一期的《Polymer》上。論文的第一作者為博士研究生余鋒，通訊作者為陳忠仁教授。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、深圳市自然科學基金和廣東省催化重點實驗室的大力支持。


  論文信息：

  YU F, LONG C, FENG S, DONG Z, LIU X, LI Y, CHEN Z-R. In-Situ Grafted Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM) Rubber Multiblock Copolymers as Compatibilizers for Polyethylene (PE) and Isotactic Polypropylene (iPP) Blends. Polymer, 2024,

  全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.polymer.2024.127959

  團隊網址：https://faculty.sustech.edu.cn/chenzr/

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（責任編輯：xu）
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