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摘要：選取環(huán)氧樹脂為擴鏈劑,在雙螺桿擠出機中對聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)進行熔融擴鏈,利用熔體質量流動速率(MFR)的變化表征擴鏈效果,研究了環(huán)氧樹脂擴鏈PET時,擠出溫度、擴鏈劑選擇、擴鏈劑用量等對擴鏈反應的影響,并與擴鏈劑ADR-4380進行了比較。通過實驗發(fā)現(xiàn):不同的擠出溫度對擴鏈效果影響較大;不同類型環(huán)氧樹脂的擴鏈效果差異很大;隨著擴鏈劑加入量的增加,擴鏈效果先增加明顯后趨于穩(wěn)定。與擴鏈劑ADR-4380相比,縮水甘油酯類環(huán)氧的擴鏈效果更好。
熱塑性聚酯,特別是聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)自其工業(yè)化生產(chǎn)以來,已迅速發(fā)展成為一種重要的塑料。20世紀50年代PET實現(xiàn)了纖維領域的工業(yè)化生產(chǎn),通過對PET改性,使PET的應用范圍逐步擴大,特別是由于聚酯增黏技術的發(fā)展,使得20世紀70年代末期注拉吹瓶生產(chǎn)實現(xiàn)了工業(yè)化。但隨著聚酯工業(yè)的迅猛發(fā)展,相伴而來的是聚酯廢料越來越多,目前已成為引起“白色污染”的元兇之一。針對大量廢舊PET飲料瓶的回收問題,如果單純使用普通擠出機加工,則在擠出加工過程中很容易發(fā)生水解、熱解等反應,導致產(chǎn)品的摩爾質量較低,其力學性能不能滿足下游制品成型加工的要求,因此在完成PET的再生過程中需要提高聚酯的摩爾質量。自20世紀80年代起日本的Inata[1-6]等人對聚酯擴鏈反應進行了一系列的研究,即通過加入擴鏈劑與聚酯中的端羧基和端羥基反應,將不同聚酯大分子連接起來,從而提高聚酯的摩爾質量。這種方法由于具有高效、快速等特點,引起了許多學者的興趣。這種熔融擴鏈法也日益引起工業(yè)界的注意,此方面的研究工作層出不窮[7-12]。通過研究不同擴鏈劑和反應條件對PET擴鏈反應的影響,尋找合適的擴鏈劑和反應條件,可以將熔融擴鏈法應用于PET的再生過程中。本文選取環(huán)氧樹脂為擴鏈劑,通過測定試樣的熔體質量流動速率(MFR),研究了擠出溫度、擴鏈劑種類、擴鏈劑用量等因素對PET擴鏈效果的影響,并將環(huán)氧樹脂與商品擴鏈劑ADR-4380進行了比較。
1 實驗部分
1·1 原料
1·2 主要設備
雙螺桿擠出機: SHJ-35,南京杰恩特機電有限公司;熔體流動速率儀: XRL-400 A/B/C/D型,承德精密試驗機有限公司。 
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2·1 擠出溫度對PET擴鏈效果的影響
為了研究反應溫度對PET擴鏈效果的影響,我們分別在260、265和270℃下擠出造粒,測試所得粒料的MFR,具體數(shù)據(jù)列于表1。從表1可以看到:隨著造粒溫度的升高,純PET的MFR變大,從260℃時的37 g/10min到265℃時的38 g/10min,再到270℃時的40 g/10min,表明造粒溫度提高, PET的摩爾質量變小,說明PET對溫度十分敏感,溫度升高使得PET降解。PET中加入0·5份不同環(huán)氧樹脂,經(jīng)260℃擠出造粒后,其MFR明顯降低,這證明了環(huán)氧樹脂對PET的明顯擴鏈效果。對于同一擴鏈體系來說,MFR也隨溫度的升高而變大,其變化規(guī)律都是相似的,MFR都隨溫度的升高而變大,說明PET在進行擴鏈反應的同時也有降解反應發(fā)生,為提高擴鏈效果應盡量降低造粒溫度。
2·2 擴鏈劑種類及用量對PET擴鏈效果的影響
為考察擴鏈劑種類及用量對PET擴鏈效果的影響,分別使用三種環(huán)氧樹脂,改變用量并在260℃下擠出造粒,測試所得粒料的MFR,其結果見圖1。圖1的結果表明,三種環(huán)氧樹脂擴鏈劑的變化規(guī)律是相似的,當擴鏈劑用量較少時, PET的MFR隨擴鏈劑用量增加而急劇下降;當擴鏈劑用量較多時, PET的MFR隨擴鏈劑用量增加下降緩慢。這說明, PET中擴鏈劑用量較少時的擴鏈效果更明顯。
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從圖1中還可看到,三種環(huán)氧樹脂擴鏈劑的擴鏈效果是明顯不同的。隨擴鏈劑用量從0增加到1份,PET+711體系的MFR從37 g/10min下降到8 g/10min; PET+TDE85體系的MFR從37 g/10min下降到13 g/10min;而PET+LY3505體系的MFR從37g/10min下降到18 g/10min。說明三者的擴鏈效果是: 711>TDE85>LY3505。711和TDE85均為縮水甘油酯型環(huán)氧,而LY3505為雙酚A型,這也符合以下規(guī)律[13]:縮水甘油酯型>縮水甘油醚型>雙酚A型>脂環(huán)族型。這是因為PET和環(huán)氧樹脂的反應是親核反應,聚酯羧基上顯負電的羥基氧攻擊環(huán)氧基團上顯正電的碳,因此環(huán)氧基團的鄰近基團如果具有吸電性,會增加環(huán)氧基團上碳的正電性,使反應活性提高;相反,如果環(huán)氧基團的鄰近基團具有推電子性,則會降低環(huán)氧基團上碳的正電性,反應活性降低。不同類型環(huán)氧樹脂由于環(huán)氧基團鄰近基團親電性的不同,使得其擴鏈反應活性顯示出很大的不同。實驗證明,縮水甘油酯類環(huán)氧為PET的良好擴鏈劑。
3 結論
利用環(huán)氧擴鏈劑可以對PET進行擴鏈。實驗發(fā)現(xiàn):不同類型環(huán)氧樹脂的擴鏈效果相差很大,縮水甘油酯類環(huán)氧(711, TDE85)具有較好的擴鏈效果;隨著擴鏈劑用量的增加,擴鏈效果先增加明顯后變化緩慢; PET在進行擴鏈反應的同時也有降解反應發(fā)生,為提高擴鏈效果應盡量降低造粒溫度;雙酚A型環(huán)氧LY3505的擴鏈效果不如ADR-4380,但甘油酯類環(huán)氧711和TDE85的擴鏈效果優(yōu)于ADR-4380。
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