基于老化降解机理的废旧ABS、HIPS改性研究

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丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和高抗冲聚苯乙烯(HIPS)具有优良的力学性能和加工性能,因此,被广泛应用到各种电子电器产品中。然而,随着大量电子电器产品的报废,必将产生数量庞大的废旧ABS和HIPS塑料,这些塑料的随意丢弃,将会带来巨大的资源浪费和环境污染,因此,废旧ABS和HIPS塑料的改性研究及高值化回收利用具有重要的研究意义。本文首先对ABS和HIPS在自然使用过程中发生的老化降解行为进行研究,通过力学性能、FTIR、SEM、GPC、凝胶含量和接枝率等测试分别对ABS、HIPS新料和旧料进行对比,提出了ABS、HIPS的老化机理。在此基础上,针对老化降解机理,加入羟基型扩链剂均苯四甲酸二酐(PMDA)分别对废旧ABS(rABS)和废旧HIPS(rHIPS)进行熔融扩链,制备出rABS和rHIPS改性材料,研究了PMDA含量的变化对rABS和rHIPS的力学性能、相对分子质量、断面形貌特征和动态力学性能的影响。最后,在PMDA熔融扩链的基础上,再分别加入弹性体氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)来研究PMDA/SEBS对rABS和rHIPS力学性能和熔体质量流动速率的影响。研究结果如下:(1)ABS、HIPS具有相似的老化降解机理,它们在加工和使用过程中会发生老化降解,引起聚合物分子链断裂,导致分子量降低,并且均为聚丁二烯相发生降解,产生含氧基团——羰基和羟基,同时导致聚合物两相分离,相容性变差,宏观上引起力学性能尤其是冲击韧性的恶化。(2)PMDA的加入对rABS有良好的修复效果,将rABS中原本断裂的分子链连接起来,提高了rABS的相对分子质量,实现了分子修复,使得材料的储能模量和损耗模量增加,宏观上引起力学性能的提高,其中冲击强度的提高最为明显;同时,PMDA的加入也使接枝物PB-g-SAN得到修复,微观上表现为PB相和SAN相界面粘结力增加,两相相容性变好;FTIR测试结果表明,rABS中的羟基与PMDA中的酸酐基团发生反应生成酯基;同时加入SEBS和PMDA之后,rABS/PMDA/SEBS改性材料的韧性相比rABS/PMDA有一定提高,但会使得材料的拉伸强度下降。(3)PMDA的加入对rHIPS有良好的修复改性效果。与rHIPS相比,扩链之后的rHIPS相对分子质量增加,分子量分布变窄,储能模量和损耗模量均有提高,宏观上表现为力学性能的提高;扩链之后的rHIPS中PB相和PS相相容性变好,在SEM图中表现为相界面更加模糊,试样断面凹凸不平,在DMA中表现为PB相的Tg和PS相的Tg更加靠近;FTIR测试结果表明rHIPS的羟基与PMDA中的酸酐基团发生反应生成酯基;同时加入SEBS和PMDA之后,相比rHIPS/PMDA,rHIPS/PMDA/SEBS改性材料的冲击强度提高,证明SEBS和PMDA对rHIPS具有协同增韧的作用。
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