废弃线性低密度聚乙烯制备功能性合成纸及其结晶行为

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自20世纪初第一种合成塑料问世以来,塑料制品就成为人们生活中不可或缺的一部分。近年来塑料制品产量呈现指数级增长,由此也产生了大量废弃物,这对生态环境以及人类健康产生了巨大的负面影响。回收再利用已成为处理废弃塑料的一种有效手段。在废弃塑料中,废弃线性低密度聚乙烯薄膜(LLDPEW)由于其相对较低的堆积密度一直难以回收再利用。另一方面,以高分子树脂为原料的合成纸,在一定程度上可弥补传统纸张易腐蚀、吸潮、高温易分解的不足。
  鉴此,本文将日常生活中的LLDPEW作为合成纸的基本原料。以液体石蜡(LP)作为稀释剂,基于热致相分离法(TIPS)并结合纳米技术,制备具有不同功能的合成纸。使用红外光谱分析仪进行特征官能团分析;通过扫描电镜(SEM)观测其形貌;采用热重分析仪、电脑配色仪、电子拉力机、喷墨打印机等对其应用性能进行测试;借助差示扫描量热仪(DSC)研究LLDPEW/TiO2/LP三元共混体系的非等温结晶动力学,为优化合成纸制备条件提供理论依据。
  所得结论如下:
  (1)聚乙烯接枝的马来酸酐(PE-g-MAH)作为增容剂,nano-SiO2作为添加剂,采用TIPS法成功制备了LLDPEW/SiO2基合成纸。合成纸的最大拉伸强度和断裂伸长率分别达到8.17MPa和77.42%。在SEM图像中可观测到合成纸中多孔和丝状结构的存在,这使其表现出良好的吸水、吸油能力和印刷效果。多孔结构以及纳米颗粒的存在使得合成纸与其他功能性分子有着良好的亲和力,这有望将所制备的合成纸用作基材与功能性分子结合而应用于传感器、响应材料等。
  (2)基于TIPS法成功制备了LLDPEW/TiO2基合成纸。该合成纸具有多孔结构,表现出良好的印刷效果。DSC和XRD测试表明,所制备的合成纸结晶度分布于40%-60%,低含量nano-TiO2的加入有利于合成纸结晶度的提高。基于nano-TiO2对紫外的吸收和反射作用,所制备的LLDPEW/TiO2基合成纸对紫外光具有强的吸收作用,同时紫外线防护系数(UPF)值高于1500,有望应用于防紫外线包装材料和户外环境中。
  (3)LLDPEW在LLDPEW/TiO2/LP三元共混体系中的非等温结晶动力学研究结果表明:随着冷却速率的增加,半结晶时间t1/2减小,总结晶速率增大。此外,Jeziorny模型显示nano-TiO2在共混体系中扮演成核剂的作用;LLDPEW在LLDPEW/TiO2/LP三元共混体系中的成核机理为异相成核;加入nano-TiO2使得结晶速率增大。MO和Tobin模型有着与Jeziorny模型相同的结论。当nano-TiO2的含量为1wt%时,LLDPEW有着最低的结晶活化能(536.7kJ/mol),nano-TiO2的成核活性为0.54,说明nano-TiO2的加入有利于LLDPEW的结晶,从而提高了合成纸的可加工性。
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