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南科大陳忠仁教授團(tuán)隊(duì) 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(lái)源：高分子科技

占比全球塑料產(chǎn)量三分之二的聚乙烯（PE）和等規(guī)聚丙烯（iPP），年產(chǎn)量超過(guò)2億多噸，而只有約1%iPP和7%HDPE被回收，這對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的“白色污染”。由于PE和iPP視覺(jué)相似，密度相近，很難通過(guò)浮選法和人工分揀來(lái)分離PE/iPP混合物；而且該兩類(lèi)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(lái)提高分散相的相容性。有報(bào)道1%添加量就能實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能增強(qiáng)的預(yù)制嵌段共聚物，但成本較高且無(wú)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(dá)到10%左右。

南方科技大學(xué)陳忠仁教授團(tuán)隊(duì)在這一領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展：他們利用可逆自由基反應(yīng)在PE和iPP相界面上進(jìn)行三元乙丙橡膠（EPDM）的接枝反應(yīng)，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(qiáng)了共混物的機(jī)械性能，各項(xiàng)加工特性與力學(xué)性能指標(biāo)接近PE、iPP新料。

圖1. 接枝反應(yīng)增強(qiáng)了PE/iPP界面的剝離強(qiáng)度

圖2. 不同含量的EPDM參與反應(yīng)性共混對(duì)共混物拉伸性能的影響

該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，僅需1-3wt.%的EPDM即可通過(guò)反應(yīng)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(jī)械性能，尤其是斷裂伸長(zhǎng)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(guān)鍵。當(dāng)EPDM添加量為1wt%時(shí)，共混物的斷裂伸長(zhǎng)率就可以達(dá)到400%，當(dāng)添加量為3wt%時(shí)，則達(dá)到了700%。當(dāng)添加量為5%時(shí)，拉伸應(yīng)變略微的降低，說(shuō)明過(guò)量的EPDM會(huì)增加界面厚度，從而降低了界面的力學(xué)性能。反應(yīng)性共混的樣品即使經(jīng)過(guò)三次加工循環(huán)，樣品的斷裂伸長(zhǎng)率仍可達(dá)到約400%，如圖3所示。這一成果不僅在學(xué)術(shù)上具有重要意義，也為解決塑料回收難題，提供了經(jīng)濟(jì)可行的新方案。

圖3. 3wt.%EPDM反應(yīng)性增容的共混物的機(jī)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(guò)程

該研究工作通過(guò)各種表征技術(shù)，包括拉伸、流變、剝離和透射電子顯微鏡（TEM），證實(shí)了反應(yīng)性共混的接枝機(jī)理，如圖5所示。當(dāng)EPDM被乙烯和降冰片烯的無(wú)規(guī)共聚物（CEENB）或者亞甲基封端聚乙烯（VPE）替代時(shí)，樣品的機(jī)械性能降低，也證實(shí)了EPDM分布在PE/iPP相界面上對(duì)形成接枝多嵌段共聚物的重要性。值得注意的是，接枝反應(yīng)引起的分子量分布峰的移動(dòng)可以忽略不計(jì)，表明在反應(yīng)性共混過(guò)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(yīng)在減少副反應(yīng)中起著重要作用。

圖5. 反應(yīng)性共混生成接枝多嵌段的機(jī)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市自然科學(xué)基金和廣東省催化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)網(wǎng)址：https://faculty.sustech.edu.cn/chenzr/

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（責(zé)任編輯：xu）

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