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科技文献检索报告
检索报告
——废胶粉/树脂基热塑性弹性体(RTPE)
材研1210—肖鹏—201220584
1.课题分析
课题名称:
废胶粉/树脂基热塑性弹性体的制备与性能研究
课题来源:
国家资助课题、国家863计划课题“废轮胎胶粉改性利用关键技术”、北京市重大科技成果落地转化项目。
课题背景及意义:
随着机动车辆的增加,每年报废的轮胎数目也急剧增加,传统的废胎处理,如原型改造废旧轮胎、热解废轮胎、翻新废轮胎、利用废轮胎生产再生橡胶等工艺成本高,利润低并且或多或少对环境有所污染,利用废胎生产精细胶粉,是国内外公认能耗低、无污染的方法。
将废胶与其它材料可共同制备具有高附加值的制品如高分子防水卷材、运动场塑胶跑道制品、建筑隔音材料、改性沥青等。
热塑性弹性体(TPE)是从20世纪50年代末期开始发展起来的一类新型高分子合成材料,它兼具橡胶和塑料的特性,在常温下显示橡胶的弹性,高温下又能像热塑性树脂一样塑化成型。
其结构特点是由化学键组成不同的树脂段和想较短,树脂段凭链间作用力形成物理交联点,想较短是高弹性链段,贡献弹性。
塑料段的物理交联随温度的变化而呈可逆变化,显示了热塑性弹性体的塑料加工特性,贡献塑性。
废胶粉/树脂(RTPE)热塑性弹性体性能与TPE相似。
RTPE比重轻,可通过热加工循环使用,广泛应用于各种工业制品,尤其是休闲和体育用品,如栅栏柱、防滑垫、鞋底等。
此外,它还可取代某些场合应用的高硬度热塑性弹性体,如洒水桶盖、地面铺设材料、密封条曾、枕木垫等。
聚丙烯和胶粉共混,可制成抗拉、有弹性、便于加工的新材料,应用于汽车和铁路业制作罩壳和减震器等。
还可将此共混材料注射成踏板等应用,其耐水性好、耐候性好、质量轻、硬度高且韧性好。
2.国内外研究现状
冯予星,翁子良等人研究了废胶粉与不同树脂体系(HDPE、PP、PVC)共混物的结构与性能,特别着重研究了胶粉与树脂两相界面的相容性,在使用一种自制相容剂后他们制得的RTPE性能接近与天然胶/树脂基热塑性弹性体。
赵素合等研究了SBR/胶粉体系的流变行为。
结果表明:
随着剪切速率的增加,胶粉对体系粘度的影响逐渐变小,在低剪切速率区时,胶粉表现出颗料状填料的增粘特性;在高剪切速率区时,胶粉本身的形变与SBR大分子的形变趋于一致,此时胶粉对体系粘度的影响逐渐减小直至消失。
S.H.Lee,A.M.Shanmugharaj,J.K.Kim等人在以往的工作里利用紫外线对胶粉进行表面改性,同时接枝丙烯酰胺,改性后的胶粉在与HDPE共混时辅以马来酸酐接枝聚丙烯为相容剂制得的胶片力学性能和抗冲击性能都有很大提高。
红外表征结果表面,胶粉表面接枝上的丙烯酰胺能与HDPE表面的马来酸酐反应,极大的增强了两相界面结合强度。
Zhang,ZX,Zhang,SL等人通过计算机模拟预测并研究了废胶粉与PP挤出物的微观结构与性能,这种方法简便且准确。
3.待解决的问题
高用量胶粉下,胶粉颗粒在树脂中分散不均匀且两者界面结合强度差。
具体通过以下三方面实现
①胶粉活化改性的工艺
②相容剂的种类及用量
③加工工艺的优化
4.检索过程与方法
①数据库
外文:
ACS、EI、CA、SCI、RCS、Elsevier
中文:
CNKI中国知网、万方数据资源、Google学术、维普
②检索途径
关键词
③检索关键词
热塑性弹性体,废胶粉,废胶粉/树脂基热塑性弹性体,废胶粉/PP共混物、wasterubberpowderblendswithPP,modificationofwasterubberpowder
④相关程度较高的15篇文献
1.李志澄(河南轮胎厂).胶粉的活化与改性.橡胶工业.1997,44(10):
621~627.
摘要:
介绍了国内外有关胶粉改性、活化的各种技术,包括胶粉活化改性的方法、原理及工艺。
列出了32种活化改性剂的功效及用途。
简述了活化改性胶粉在共混胶料中的应用效果,并对若干活化改性原理进行了讨论。
2.冯予星(北京化工大学).树脂/废胶粉热塑性弹性体.合成橡胶工业.2001,24
(2):
115~118.
摘要:
综述了树脂/废胶粉热塑性弹性体(RTPE)的制备方法、主要品种的典型性能及度胶粉的粒径和用量、增容剂、交联剂等不同因素对RTPE性能的影响;介绍了有关流变、结晶度、形态结构等方面的理论研究进展及其应用领城。
结果表明,随着度胶粉用童的增加,RTPE拉伸强度呈下降趋势,拉断伸长率有极大值;废胶粉粒径对RTPE物理机械性能影响不大;加入增容剂及交联剂,RTPE物理机械性能可大幅度提高。
3.王星义(四川大学化学学院).废胶粉/HDPE热塑性弹性体的制备研究.塑料工业.2008,36(8):
20~22.
摘要:
考察了废胶粉粒径和用量、共混时间、温度以及EVA用量对废胶粉/高密度聚乙烯(WRP/HDPE)力学性能的影响。
获得了制备性能良好的WRP/HDPE共混物的条件为:
WRP/HDPE的质量比为50/25、共混时间为22min、共混温度为170℃以及EVA用量为总质量的23%。
共混材料的微观结构研究结果表明,EVA的加入增强了共混物之间的界面结合力,提高了共混物的物理机械性能。
力学性能的研究表明,该共混材料可作为热塑弹性体使用。
4.翁子良(北京化工大学).废橡胶粉/高密度聚乙烯共混物的界面相容性.合成橡胶工业.2007,30
(1):
39~42.
摘要:
研究了用改性剂和界面相容剂来强化废橡胶粉与高密度聚乙烯之间界面结合的效果。
对废橡胶粉/高密度聚乙烯共混物的热力学性能、动态力学性能及微观结构形态等的研究结果表明,界面相容剂和改性剂的加入增强了共混物的界面相容性,提高了共混物的物理机械性能。
5.翁子良(北京化工大学).废胶粉/高密度聚乙烯热塑性弹性体的结构与性能.特种橡胶制品.2006,27(5):
5~9.
摘要:
主要考察了橡塑比、胶粉含量、相容剂C含量的变化对TPE力学性能的影响,胶粉含量对TPE的流动性能、挤出物的表观的影响。
结果表明:
随着橡塑比的增加,TPE的拉伸强度逐渐降低,拉断伸长率逐渐增加。
胶粉含量的增加,TPE的力学性能逐渐降低。
TPE的流动性、挤出物的表面随着胶粉含量的降低而变好。
随着相容剂C的增加,拉伸强度呈现先增加后减少的趋势,但拉断伸长率逐渐增加。
6.翁子良(北京化工大学).胶粉/高密度聚乙烯热塑性弹性体的性能研究.橡胶工业.2007,54(3):
137~140.
摘要:
制备胶粉/高密度聚乙烯(HDPE)热塑性弹性体(TPE),并研究其性能。
结果表明,混炼温度从150℃提高到200℃时,胶粉/HDPETPE的强伸性能降幅较大,但流变性能较好,且挤出物表观质量较好,混炼温度以150℃为宜;胶粉改性时过辊次数增加可使其粒径进一步减小,从而提高改性胶粉/HDPETPE的物理性能,但过辊次数增至一定程度时会使胶粉分子链降解,致使改性胶粉/HDPETPE的物理性能降低;胶粉/HDPETPE的返炼性能良好。
7.冯予星(北京化工大学).废胶粉/聚丙烯热塑性弹性体的界面增容研究.合成橡胶工业.2003,26
(1):
32~36.
摘要:
采取多种相容剂和反应加工手段,设计轮胎胎面废胶粉(WRP)与聚丙烯(PP)体系的不同界面,旨在制备出性能优异的热塑性弹性体(TPE)。
研究了纯WRP/纯PP、三元乙丙橡胶(EPDM)包覆WRP/纯PP、丁苯吡橡胶(BSPR)包覆WRP/接枝马来酸酐聚丙烯(MPP)/PP、特殊高分子相容剂(SMC)包覆WRP/PP、原位接枝胺基WRP/MPP/PP、动态接枝纯WRP/纯PP等六种体系制备的TPE的性能,WRP/树脂质量比为70/30。
结果表明,采用后三种体系制备的TPE性能优良,已经接近天然橡胶/聚丙烯TPE的性能水准,但WRP必须用酚醛树脂进行改性。
据此,提出强界面和合适的界面模量过渡是制备废胶粉/树脂热塑性弹性体的关键。
TEM的相态研究表明:
胶粉的分散粒径在几到十几个微米之间,较原始粒径有很大的细化。
8.IsmailH(SchoolofMaterialsandMineralResourcesEngineering,UniversitySainsMalaysia).Thecompatibilizingeffectofepoxyresin(EP)onpolypropylene(PP)/recycledacrylonitrilebutadienerubber(NBRr)blends.PolymerTesting2009;28(4):
363-70.
Abstract:
Anewmethodwasusedtopreparethermoplasticelastomersbasedonpolypropylene(PP)/recycledacrylonitrilebutadienerubber(NBRr)withimprovedmechanicalproperties.Anepoxyresin(EP)wasusedasacompatibilizingagent.TheeffectofEPonmechanicalproperties,swellingpercentageandmorphologicalcharacteristicsoftheblendswas
investigatedwithdifferentblendcompositions.TheresultsshowedthattheincorporationofEPhasimprovedthetensilestrength,Young’smodulusandelongationatbreakofPP/NBRr-EPblendscomparedwithPP/NBRrblends.TheenhancementoftensilepropertiesofPP/NBRr-EPblendsisduetothebetteradhesionbetweenthetwophaseswiththeincorporationofEP.Thisisquiteevidentbyscanningelectronmicroscopyoftensile
fracturedsurfaces.PP/NBRr-EPblendexhibitslowerstabilizationtorqueandswellingpercentagethanPP/NBRrblends.Thelowerstabilizationtorqueisanindicationofbetterprocessingcharacteristics.
9.LeeSH.Preparationandcharacterizationofpolypropyleneandwastetirepowdermodifiedbyallylamineblends.PolymersforAdvancedTechnologies2009;20(7):
620-25.
Abstract:
Wastetirepowdersubjectedtoallylaminemodificationinthepresenceofultraviolet(UV)radiationhasbeenusedtopreparepolypropylenebasedthermoplasticvulcanizateswithmaleicanhydridepolypropylene(MA-PP)ascompatibilizer.TheeffectofincreasingtheconcentrationofMA-PPonperformancecharacteristicsliketensilestrength,elongationandrheologicalpropertieshavebeeninvestigated.X-raydiffractionstudiesofthePP/wastetirepowderblendindicatethedisappearanceofbcrystallinepeaksonadditionofwastetirepowderinthePP,whereasitisobservedintheallylaminemodifiedrubberpowderloadedPP.Differentialscanningcalorimetryresultsfurthersupportedtheabovefact.TheimprovementinmechanicalpropertiesofthePP/allylaminemodifiedrubberpowderloadedthermoplasticvulcanizateshasbeenexplainedintermsofbatransformationofPPcrystalsduringstrainingofthesamplesanduniformdispersionofallylaminecoatedrubberpowderinthePPmatrix.ThemeltrheologicalpropertiesofthethermoplasticvulcanizatesloadedwithmodifiedrubberpowderarehigherthanitscounterpartduetothehigherdispersionasaresultofchemicalinteractionbetweentherubberpowdersurfacewiththeMA-PP.
10.ShanmugharajAM(CollegeofEnvironmentandAppliedChemistry,KyungHeeUniversity).UVsurfacemodificationofwastetirepowder:
Characterizationanditsinfluenceonthepropertiesofpolypropylene/wastepowdercomposites.PolymerTesting2005;24(6):
739-45.
Abstract:
Wastetirepowderwassubjectedtoultravioletradiation(UV)inthepresenceofallylamineandradiationsensitizerbenzophenone.FourierTransformInfraredspectralstudiesrevealedthepresenceofallylamineamineonthesurfaceoftherubberpowder.ThehighervalueofnitrogentocarbonX-raycountsobtainedfromenergydispersiveX-rayanalysisalsodemonstratesthepresenceofamineonthepowdersurface.Surfaceenergymeasurementsweredonebyadynamicwickingmethod.ImprovementintensilestrengthandelongationatbreakwereobservedforthePP/modifiedrubberpowderandisattributedtothechemicalinteractionbetweenthesurfaceofthemodifiedrubberpowderandmaleicanhydridegraftedPP.
11.冯予星(北京化工大学).聚氯乙烯/废胶粉热塑性体的性能研究.合成橡胶工业.2002,25(4):
235~238.
摘要:
利用反应加工技术制备了聚氯乙烯/废胶粉热塑性弹性体,并就实验工艺、增容剂种类及用量、增塑剂DOP用量、废胶粉粒径及用量对材料性能的影响进行了研究,对增容机理进行了初步探讨。
结果表明,反应加工时间存在一个最佳值:
NBR、CPE均可作为该热塑性弹性体的增容剂,两者并用时其增容效果较好,含有硫黄的NBR混炼胶效果更好,聚氯乙烯/废胶粉质量比为40/60~60/40时材料的综合性能最佳。
12.吕智超(上海交通大学).热剪切对聚乙烯/胶粉共混物结构演变及性能的影响.合成橡胶工业.2012,35
(2):
128~132.
摘要:
研究了聚乙烯(PE)/胶粉(GTR)共混物中GTR在不同热剪切加工条件下结构形态的演变过程及其对共混物力学性能、流变性能和溶胀行为的影响。
结果表明,PE/GTR共混物中GTR受到热剪切作用后,体系中会出现大量几微米的小颗粒,且几微米的小颗粒随温度的升高和加工时间的延长而增多,但即使在220℃下连续剪切25min,仍有100μm以上的大颗粒存在。
随着加工温度的升高和加工时间的延长,共混物的力学性能、流变性能略有下降;而溶胀比随温度的升高先减小后增大,随时间的延长则略有减小。
13.牛晓伟(扬州大学).废胶粉/聚氯乙烯热塑性弹性体的制备与性能研究.第一届江苏省高分子材料工程技术研讨会论文集.
摘要:
本文采用聚氯乙烯为基体树脂与废胶粉共混,通过调节成型时间、成型温度、交联剂的种类与用量等工艺条件,以求制得性能优良的废胶粉/聚氯乙烯热塑性弹性体,运用转矩流变仪调节废胶粉/聚氯乙烯热塑性弹性体的加工配方。
结果表明:
加工温度为160℃、加工转速为50rpm时,安全加工的时间较为适中,且能耗较低。
采用促进剂TT硫化体系,当氧化锌用量为4%巧%、促进剂TT为I.6%--2.4%、硫磺为1.6%屹.4%时,材料的性能相对较好。
14.张军(南京工业大学).聚氯乙烯/丁腈胶粉共混型热塑性弹性体.合成橡胶工业.2002,25(4):
231~234.
摘要:
将聚氯乙烯与废丁腈胶粉经高温机械共混,制备了动态交联的共混型热塑性弹性体。
讨论了共混比、硫化体系及其用量、废胶粉品种(丁腈胶粉、轮胎胶粉)等因素对热塑性弹性体性能的影响,同时将聚氯乙烯/丁腈胶粉与聚氯乙烯/轮胎胶粉制备的共混型热塑性弹性体的性能进行了比较。
结果表明,以聚氯乙烯100份(质量份,下同),邻苯二甲酸二辛酯50份,丁腈胶粉80份,丁腈橡胶20份,过氧化二异丙苯0.5份,氧化锌5份及适量其他助剂可制得综合性能较好的共混型热塑性弹性体。
扫描电镜结果显示该共混型热塑性弹性体具有较好的相容性。
15.张殿荣(青岛化工学院橡胶工程学院).动态硫化聚氯乙烯/再生胶/硫化胶粉共混型热塑性弹性体的研制.合成橡胶工业.1998,21
(2):
84~87.
摘要:
对聚氯乙烯(PVC)/再生胶(RR)/硫化胶粉(VRP)共混型热塑性弹性体的配方和加工工艺进行了研究。
结果表明,在160~170℃条件下,采用二阶一段动态硫化法制成的热塑性弹性体,其拉伸强度为8.2MPa,扯断伸长率为290%,邵尔A型硬度为70±5,撕裂强度为43kN/m。
流变试验和BrabenderGarvey口型挤出均得到了外观较好的挤出物,共混物的热塑性级别为4级。
⑤检索过程中遇到的困难及解决方法
找不到与课题相关的文献——更换关键词或者数据库
文献不能下载——通过学校的图书馆读者互助系统向其它学校递交原文传递申请单或者向其它学校的同学求助(小木虫网站也可以求助文献)。
5.检索总结
废胶粉结构交联,表面活性低,且它与树脂的模量有差异,相容性差,胶粉—树脂界面作用弱,很容易产生应力集中,在界面处破坏,不能进行有效的应力传递,导致材料的力学性能差。
此外,在高胶粉用量下,大量大粒径的胶粉分散在少量树脂中,很难被树脂全部包覆,导致材料的热塑性加工流动性也变差。
为了提高胶粉与—树脂的界面相容性,增强共混材料的性能,我们可以从三个方面着手:
1.提高胶粉表面的活性
对胶粉进行活化改性,提高其表面活化能的方法现今多种多样,大致可分为以下几类:
机械力化学改性、聚合物涂层改性、再生脱硫改性、接枝或互传聚合物网络改性、气体改性、核—壳改性、物理辐射改性、磺化与氯化反应改性。
机械力化学改性:
是将化学反应添加于胶粉中,在一定条件下借机械作用使胶粉产生化学反应而改性胶粉的一种方法。
它设备要求简单,操作方便,改性效果好。
通常它的改性程度不是通过调节改性剂浓度来实现的,而是依靠增加机械强度提高改性剂的反应结合量。
聚合物涂层法:
聚合物涂层法是借助粘附力用聚合物对胶粉进行包覆的方法。
通过聚合物涂层改性制成热固性和热塑性两种改性胶粉。
热固性胶粉一般采用液体橡胶(如丁苯橡胶)进行表面包覆;热塑性胶粉则采用液体塑料或热塑性弹性体(如聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等)进行包覆获得。
用于涂层的聚合物一般还含有交联剂、增塑剂等材料,其对胶粉包覆后呈干态或粉末状混合物。
包覆层在胶粉与胶料或塑料之间起着化学键的作用,在与胶料一起硫化或与塑料塑化成型时产生化学结合。
其同基质高分子材料相容性好,故可加快其在高分子基质材料中的分散,获得性能良好的共混材料。
聚合物涂层法采用的包覆工艺简单易行,效果较好,应用普遍。
再生脱硫改性:
是通过胶粉中加入再生活化剂或通过其他途径打断硫化胶中硫交联键,其表面产生较多的有利于同胶料化学键合的活性基团,从而达到改性的目的。
目前,常用的脱硫方法有微波脱硫、超声波脱硫、Delink再生法和微生物脱硫。
相比较而言前两者能耗较大,经济效益低,Delink再生法只适用于硫黄,微生物脱硫法操作费用低、设备要求简单,实用性强,具有良好的发展前景。
接枝或互穿聚合物网络改性:
胶粉接枝改性是通过加入接枝改性剂在一定条件下使胶粉表面产生接枝的改性方法。
这种方法成本高,生产的胶粉仅限于高附加值产品使用。
互穿聚合物网络是一种特殊的复合结构,它是由两种或多种各自交联和相互穿透的聚合物网络组成的高分子共混物,网络连续的互相穿插、渗透形成了牢固的界面结合。
目前互穿聚合物网络体系对胶粉的改性有聚丁二烯型聚氨酯(苯乙烯-二乙烯基苯)/硫化胶粉共轭三组分互穿聚合物网络对胶粉的改性、酚醛树脂/硫化橡胶双组分IPNs对胶粉的改性、间苯二酚/六亚甲基四胺对胶粉的改性、二硫化烷基酚醛低聚树脂对胶粉的改性。
其中在以往的实验中已经验证了前两者改性方法可以形成互穿网络,提高胶粉的分散性和界面粘合力,进而改善胶粉的力学性能。
气体改性:
采用混合活性气体处理胶粉表面,方法是使胶粉颗粒最外层置于可对其表面化学改性的高度氧化的混合气体中,从而使胶粉改性。
一般处理后的胶粉颗粒最外层分子的主链上生成了极
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