南科大陈忠仁教授团队 Polymer：原位接枝EPDM的多嵌段共聚物作为聚乙烯（PE）与等规聚丙烯（iPP）共混物的增容剂

2024-12-27 来源：高分子科技

占比全球塑料产量三分之二的聚乙烯（PE）和等规聚丙烯（iPP），年产量超过2亿多吨，而只有约1%iPP和7%HDPE被回收，这对环境造成了严重的“白色污染”。由于PE和iPP视觉相似，密度相近，很难通过浮选法和人工分拣来分离PE/iPP混合物；而且该两类聚合物并不相容，很难有效回收再利用。目前，广泛采用的方法是依靠相容剂来提高分散相的相容性。有报道1%添加量就能实现力学性能增强的预制嵌段共聚物，但成本较高且无法商业化。目前商用的OBC增容效果良好，但添加量太高，要达到10%左右。

南方科技大学陈忠仁教授团队在这一领域取得了突破性进展：他们利用可逆自由基反应在PE和iPP相界面上进行三元乙丙橡胶（EPDM）的接枝反应，原位合成接枝的多嵌段共聚物显著提高了PE和iPP的相容性，大幅增强了共混物的机械性能，各项加工特性与力学性能指标接近PE、iPP新料。

图1. 接枝反应增强了PE/iPP界面的剥离强度

图2. 不同含量的EPDM参与反应性共混对共混物拉伸性能的影响

该研究团队发现，仅需1-3wt.%的EPDM即可通过反应性共混显著改善PE和iPP的相容性，从而显著提高共混物的机械性能，尤其是断裂伸长率，如图2所示。EPDM由于相分离而趋向于分布在PE/iPP相界面，是显著降低了EPDM的添加量的关键。当EPDM添加量为1wt%时，共混物的断裂伸长率就可以达到400%，当添加量为3wt%时，则达到了700%。当添加量为5%时，拉伸应变略微的降低，说明过量的EPDM会增加界面厚度，从而降低了界面的力学性能。反应性共混的样品即使经过三次加工循环，样品的断裂伸长率仍可达到约400%，如图3所示。这一成果不仅在学术上具有重要意义，也为解决塑料回收难题，提供了经济可行的新方案。

图3. 3wt.%EPDM反应性增容的共混物的机械性能随着循环加工次数的影响

图4. EPDM接枝多嵌段共聚物的制备过程

该研究工作通过各种表征技术，包括拉伸、流变、剥离和透射电子显微镜（TEM），证实了反应性共混的接枝机理，如图5所示。当EPDM被乙烯和降冰片烯的无规共聚物（CEENB）或者亚甲基封端聚乙烯（VPE）替代时，样品的机械性能降低，也证实了EPDM分布在PE/iPP相界面上对形成接枝多嵌段共聚物的重要性。值得注意的是，接枝反应引起的分子量分布峰的移动可以忽略不计，表明在反应性共混过程中聚合物的降解和交联很少，意味着引入硫和秋兰姆（TMTM）试剂的可逆自由基反应在减少副反应中起着重要作用。

图5. 反应性共混生成接枝多嵌段的机理

以上成果发表在最新一期的《Polymer》上。论文的第一作者为博士研究生余锋，通讯作者为陈忠仁教授。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、深圳市自然科学基金和广东省催化重点实验室的大力支持。

论文信息：

YU F, LONG C, FENG S, DONG Z, LIU X, LI Y, CHEN Z-R. In-Situ Grafted Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM) Rubber Multiblock Copolymers as Compatibilizers for Polyethylene (PE) and Isotactic Polypropylene (iPP) Blends. Polymer, 2024,

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.polymer.2024.127959

团队网址：https://faculty.sustech.edu.cn/chenzr/

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（责任编辑：xu）

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