马来酸酐原位增容HDPE/GTR共混物的研究

贺茂勇 李迎春 白培康(中北大学 材料科学与工程学院，山西 太原 030051)

马来酸酐原位增容HDPE/GTR共混物的研究

贺茂勇 李迎春 白培康(中北大学 材料科学与工程学院，山西 太原 030051)

本文采用马来酸酐(MAH)在过氧化二异丙苯(DCP)的作用下实现了对高密度聚乙烯(HDPE)/废旧轮胎胶粉(GTR)共混物的原位增容，成功制备了力学性能良好的HDPE/GTR热塑性硫化胶(TPVs)。研究了MAH含量对共混物的力学性能和流动性能的影响。结果表明，加入2.50 wt%MAH和0.30 wt%DCP制得的HDPE/GTR(40/60)热塑性硫化胶的力学性能得到了显著改善，其拉伸强度和断裂伸长率分别达到13.50MPa 和225.98%，分别较未增容体系提高了70.24%和258.58%。另外，通过熔体流动速率，研究了MAH含量对HDPE/GTR共混物流动性能和围观形貌的影响。

废旧轮胎胶粉；热塑性硫化胶；高密度聚乙烯；马来酸酐

热塑性硫化胶(TPVs)是热塑性弹性体(TPE)的一种，其在常温下具有橡胶弹性，在高温下具有塑化成型的性质，兼具硫化胶的弹性和热塑性塑料易于加工成型的特点，逐渐引发了研究人员的极大兴趣。目前，废旧胶粉/聚烯烃热塑性硫化胶的开发研究已经成为了废旧橡胶高值化回收利用的一个重要方向，HDPE/

GTR热塑性硫化胶作为其中的一种，越来越受到相关科研人员的重视。然而，由于橡胶与高密度聚乙烯热力学不相容[1]，因此，增加二者的相容性已成为研究重点。通过胶粉表面改性[2～4]、加入相容剂和原位界面化学增容[5～7]等方法，可以有效提高共混物的相容性，进而制备性能优良的热塑性硫化胶。

本文通过自由基加成反应原位合成HDPE-gMAH接枝物，实现了HDPE/GTR共混物的原位界面增容，制备得到了综合性能优良的热塑性硫化胶，并且研究了MAH含量对共混物力学性能和流动性能的影响。

1 实验

1.1 实验原料

高密度聚乙烯(HDPE)，兰州石化公司，熔融指数为0.8～1.2g/10min。废旧轮胎胶粉(GTR)，60目，焦作市弘瑞橡胶有限公司。MAH，分析纯，天津市光复科技发展有限公司。DCP，工业级，上海白鸽农药化工厂。

1.2 热塑性硫化胶的制备

采用转矩流变仪熔融共混方法来实现共混材料的制备。制备过程中所用的转矩流变仪(XSM-1/70)，上海科创橡塑机械设备有限公司产品，转速为40 r/min，温度为180℃。先把高密度聚乙烯加入转矩流变仪内熔融2 min，然后加入MAH和DCP，实现HDPE与MAH的原位接枝反应，熔融共混6 min后加入GTR，熔融共混直到搅拌扭矩平衡为止，然后出料在平板硫化机(QLB-D750，上海第一橡胶机械厂产品)上压制成型，温度为180℃，压力为10MPa，时间为8min，制备样条进行相关性能的测试。

1.3 测试与表征

力学性能测试：室温(25℃)下，采用CMT6104型微机控制电子万能试验机，按GB/T1040-92标准，进行拉伸实验，试样为哑铃状Ⅰ型试样，标准距离为25 mm，拉伸速度为500 mm/min± 10%。

微观形貌分析：将拉伸试样的断面经表面喷金后，用美国FEI公司生产的DB235型聚焦离子束扫描电镜观察其微观形貌。

2 结果与讨论

2.1 力学性能分析

图1 MAH含量对HDPE/GTR共混物的拉伸性能的影响

图2 MAH含量对HDPE/GTR共混物的流动性能的影响

图1所示为MAH含量对HDPE/GTR共混物拉伸强度和断裂伸长率的影响。从图中可以得到，随着MAH含量的增加，共混物的拉伸强度和断裂伸长率都呈现先增加后减少的趋势。当MAH含量为2.5份时，共混物的拉伸性能达到最优。DCP在高温下分解产生的初级自由基引发HDPE和MAH的反应，实现了HDPE-g-MA接枝物的原位合成，然后接枝物的酸酐基团一方面与胶粉表面有由于氧化降解产生的羟基反应形成化学键，另一方面与胶粉表面的极性基团产生了较强的分子间作用力，从而提高了共混物的橡塑界面的界面粘结力，改善了体系的相容性，使得其力学性能显著提高。

2.2 流动性能分析

图2所示为MAH含量对HDPE/GTR共混物熔融指数和平衡转矩的影响。从图中可以看出，随着MAH含量的增加，HDPE/GTR共混物的熔融指数呈现先减少后增加的趋势，平衡转矩正好呈现出先增加后降低的趋势。如上文所述，由于原位合成的HDPE-g-MAH接枝物通过化学键和范德华力增强了共混体系的界面粘结力，使得体系的粘度增加，流动性变差。另外，过量的MAH会通过范德华力包覆在GTR粒子便面，某种程度上起到了润滑剂的作用，使得共混物的流动性又有所增加。

2.3 围观形貌分析

图3所示为MAH含量对HDPE/GTR共混物围观形貌的影响。从图中可以看出，当MAH含量为0.50份时，断面表面较光滑，说明胶粉和基体相之间的界面粘结力较小，在拉伸力的作用下材料很快从相界面处发生断裂；当MAH含量为1.50

图3 MAH含量对HDPE/GTR共混物的流动性能的影响

份时，原位反应生成的HDPE-g-MAH接枝物，一方面，酸酐基团通过与胶粉表面的极性基团羟基形成化学键，另一方面，接枝物上的极性基团与胶粉表面的极性基团形成较强的范德华力，当共混物受到外力作用时，在界面处由于较强的界面强度而产生了大量的纤维状物质，当MAH含量为2.5份时，上述接枝物的增容作用更加明显，纤维状物质变的尤为明显。

3 结语

通过HDPE与MAH的原位接枝反应，实现了MAH对HDPE/GTR热塑性硫化胶的原位增容，当MAH含量为2.50份时，共混物橡塑界面处通过酸酐基团与GTR表面的羟基的化学反应以及酸酐基团与GTR之间较强的分子间作用力，使得界面强度得到增加，进而显著改善了共混物的其相容性，从而制备得到了性能优良的热塑性硫化胶。

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