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News 塑料行业

美科学家研发出回收之法,白色污染或彻底解决

日期: 2017-12-29
来源: 中塑在线

聚乙烯(PE)和聚丙烯(iPP)是世界上应用最广泛的两大类商品塑料,年产量分别达到7亿吨和5亿吨,构成了世界近三分之二的塑料。其以优良的理化特性和耐用性能及质轻、美观、价廉等特点,取代了一大批传统的包装材料,促成了包装业的一场革命。然而,聚乙烯和聚丙烯尽管有类似的烃组成,但彼此互不相容,限制了混合废物的处理,降低了回收产品的价值,制造了大量耐久不腐的塑料垃圾。让我们的海洋变成了名副其实的白色垃圾场,是21世纪人类面临的最大威胁之一!

美科学家研发出回收之法,白色污染或彻底解决

聚乙烯/聚丙烯全球年销售额达到2000亿美元,具有极大的经济价值。毫不夸张地说,塑料(聚乙烯/聚丙烯)的回收利用将会影响到经济及可持续发展,绝不容小觑。目前,绝大多数聚乙烯和聚丙烯的制备采用异相铬和钛催化剂。异相烯烃聚合催化剂有许多活性位点,每个分子都有各自的反应性差异,导致不同分子量(MW)、分子量分布和微观结构的聚合物。以聚乙烯和聚丙烯为例,这些差异与相分离抑制了界面粘合,降低了熔融共混物的力学性能。当这些塑料被回收时,只有大约5%的性能被保留下来而成为低价值的产品。将增容剂用于聚乙烯/聚丙烯的回收,有望将聚乙烯/聚丙烯转化为等价或更高价值的材料,同时降低分拣成本,为塑料回收利用带来了曙光。


增加聚乙烯和聚丙烯的相容性依赖于大量非晶态聚合物(10%)添加剂的增加,而聚乙烯和聚丙烯中的嵌段共聚物可望起到添加剂的作用。Busico等利用C2对称的锆催化剂催化合成了二嵌段共聚物PE-b-iPP。实验结果表明,该催化剂通过β-氢消除,使链生长受限,结构简单,其中iPP嵌段被证明是显著有规立构的。继续改进催化剂,使其具有更长的寿命,能够产生更高分子量的聚乙烯/聚丙烯二嵌段共聚物和多嵌段共聚物是科学家追求的目标。


 最近,美国科学家发现以吡啶基氨基铪化合物为烯烃聚合引发剂可合成高分子量的PE-b-iPP二嵌段共聚物和多嵌段共聚物,并精确控制嵌段的长度。首先活化铪催化剂和B(C6F5)3,随后开始丙烯聚合反应,得到全同立构的聚丙烯。当丙烯完全被消耗后,反应釜中加入乙烯即可形成PE-b-iPP二嵌段共聚物。Mn(数均分子量)值随着单体的转化线性增长,与理论预测一致,符合活性聚合反应的特征。乙烯嵌段的MW(重均分子量)可由反应时间来控制,丙烯嵌段的MW则由丙烯和催化剂的比例来控制,从而达到精确控制聚合物分子量的目的。


通常由于热力学不相容性,弱范德华作用以及无定形聚合物在熔融成型材料连接处的积累,使得大多数商用聚丙烯和聚乙烯显示很差的界面粘合性。研究者使用一个简单的剥离试验评估了含嵌段共聚物和无嵌段共聚物两种情况下,聚乙烯和聚丙烯层压组合材料的粘合性。结果显示,无嵌段共聚物的层压组合材料很容易被剥离。


纯聚丙烯和聚乙烯在室温下承受拉力时显示延展性和机械硬度,然而将两种材料混合则导致两个组分的相分离和断裂点应变力的显著降低,导致机械性能很差。美科学家开发出的催化剂体系能够合成半晶态聚乙烯/聚丙烯嵌段共聚物,并且可精确控制嵌段的长度和结构。通过合理设计,这些大分子可与商业用聚乙烯和聚丙烯形成了牢固的界面。界面强度的增强即可控制商业聚乙烯和聚丙烯共混物的形态和机械韧性,提高混合物的冲击和抗裂性能,使废弃塑料回收再利用产生更高价值的材料,为塑料垃圾的回收利用提供了有效的解决手段。


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