文摘

由于需要不断增长的更可持续和环保的未来,这项研究是由混合内部产生biorenewable聚合物(BP)从废物食用油标准的低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)通过melt-mixing在低比率。这些混合物然后通过注塑生产复合拉伸样品。通过使用单个化合物注射的质量,所有比率参数获得的低密度聚乙烯/ BP是相同的和整洁的低密度聚乙烯,而一些调整所需的HDPE / BP化合物。相应的机械行为的比率也检查结果表明,抗拉强度和应变的LDPE / BP比整洁的低密度聚乙烯。另一方面,增加了英国石油公司在HDPE / BP将内容增加韧性的复合如果比较整洁的HDPE。因此,英国石油公司的存在不仅提供可再生性能,但它也提高了力学性能。此外,英国石油的加工温度和成分都将影响产品的质量和力学性能。因此,这项研究可以帮助任何意图在处理这些内部产生聚合物注射成型。

1。介绍

高分子塑料的形式最丰富的产品,我们使用在我们的日常生活中。如今,大部分的消费行业使用的聚合物合成石油来源,例如,聚乙烯热塑性塑料。聚乙烯是全球最受欢迎的塑料之一,所有商业最简单结构的聚合物。两个主要类型的聚乙烯低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE) [1]。

LDPE和HDPE是两个最广泛使用的塑料,特别是在制造塑料瓶,购物袋,或容器2]。这些聚乙烯类可以获得乙烯的聚合。低密度聚乙烯生产通过自由基聚合在极高的压力,在HDPE通过Ziegler-Natta聚合合成大气压力(3]。低密度聚乙烯以其相对较低的密度是由于小分子的分支。与此同时,HDPE是众所周知的高强度与密度比。传统上,不同的分支内容聚乙烯类混合为了提高韧性和加工性能(4]。乙烯来自石油的不可再生资源,不接受可持续退化的过程(5]。

由于这种不利影响和依赖有限的来源,一定有方法来取代或改善这些塑料(6,7]。目前,都做了广泛的研究,以适应世界的愿景发展更可持续和环保的未来(8]。这将导致生产biorenewable塑料的一系列研究,包括研究做使用废植物油作为可持续的替代原料单体(6,7]。目标是逐渐改变这些塑料再生塑料,这些标准的可再生单体混合热塑性聚合物。

科,一个世界领先的生物塑料生产商,宣布其树脂组合的扩张计划生产30 kilotonnes biobased低密度聚乙烯(LDPE)。该产品2014年1月以来,市场上提供。Braskem生产高密度聚乙烯(HDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)制成的可再生原料工业规模。Biobased聚乙烯的变化属性相同的传统聚乙烯;然而,因为它是来自可再生材料,它具有决定性的优势,如减少温室气体排放量将二氧化碳从大气中(9]。

混合这些环保羟化biorenewable单体和交联剂使biorenewable聚合物(BP)生产(6,7]。结合BP与标准LDPE和HDPE建议改善光降解,这是由于曝光聚合物降解。即便如此,biorenewable聚合物没有任何的手段处理是一种浪费。退化的照片或热可能会改变在债券分离方面,化学转换,形成新的官能团10]。降解PE,受热或紫外线涉及热或光致氧化,在很大程度上取决于材料的性质和环境暴露于(11]。

注射成型是最常见的、容易和商业方法对塑料零件的加工或制造成各种产品甚至材料测试(12- - - - - -14]。由于注射成型是热塑性塑料加工应用最广泛的方法之一,本文旨在确定和理解的加工条件LDPE / SP和HDPE / SP复合注塑(13]。注射成型的一个重要优势是复杂的几何形状可以轻松地在一个生产步骤在一个自动化的过程。注塑机操作首先倒斗的材料导致加热桶配备了往复式螺杆(14]。材料加热到熔融状态后,螺丝将内容通过喷嘴到模具有足够的冷却时间和产品将被驱逐。

最重要的过程在生产塑料产品,注塑生产的大规模生产的产品由于原材料可以被转换成一个固体的形状由单一程序。不可否认的是,对于任何过程,处理温度的关键因素之一使大多数影响性能或产品的加工性能。因此,本研究的重点是参数,主要是温度,需要生产一些混合比率这些绿色聚合物和LDPE和HDPE的注塑。biorenewable聚合物的存在的化合物可以降低所需的加工条件,这将节约能源消耗。除此之外,结果每个注入样品的机械性能也会分析。

2。实验

2.1。原材料

这个工作的原材料包括低密度聚乙烯(LDPE)(熔融指数= 5克/ 10分钟,密度= 0.922克/厘米³,维卡软化点= 93°C),高密度聚乙烯(HDPE)(熔融指数= 4 g / 10分钟,密度= 0.957克/厘米³,维卡软化点= 124°C),灵活和刚性polymethane聚苯异氰酸酯(改性聚合MDI)(粘度25°C = 120 - 160 cps,比重在25°C = 1.18 - -1.20 g / mL, NCO含量、和wt % = 26.3 - -27.3),和biorenewable单体(可持续的多元醇)。

2.2。Biorenewable多元醇的合成

biorenewable单体转化率的废植物油化学实验室规模的操作使用不到1 L的植物油(6,7,15]。

制备的羟化biorenewable单体分为两个阶段:第一阶段是催化剂的制备不饱和脂肪酸化合物生成环氧化合物,而第二个阶段是acid-catalysed环氧化合物的开环形成多元醇。

催化剂制备是如下:蒸馏水(0.6毫升)和过氧化氢(1.26毫升,30% w / w)和加热的解决方案是添加50°C和彻底激起了(约30分钟)和冷却到室温和集中水磷酸(90毫克,85% w / w)(1.2毫升)涌入。

通用汽车废植物油(30)被加热在50°C和催化剂制备了早些时候,紧随其后的是水(50 mL)。磷酸(15通用、85% w / w)和过氧化氢(w / w) 18毫升,30%是一滴一滴地添加到混合物。混合物在90°C和搅拌加热6小时。这产生了羟化biorenewable单体。

2.3。准备样品

一般来说,羟化biorenewable单体与交联剂反应,即柔性或刚性改性聚合物4,4-dimethylen-bis——(phenylisocyanate) (MDI),生产biorenewable聚合物(BP)。英国石油公司准备通过增加羟化biorenewable单体(1通用;0.2通用当量与多元醇)和适量的柔性或刚性MDI(0.5%当量的多元醇)。混合物是机械搅拌,直到粘性复合导致离开治疗在室温下至少6个小时,直到消失的N = C = O组以红外光谱。

同时,复合过程液BP(准备根据上一步但避免在预定时间)左右治愈与LDPE和HDPE手动搅拌混合,直到表面BP凝固和奉行LDPE和HDPE的表面。成分的权重确定基于BP和LDPE和HDPE的比例,分别。样品是用1%的英国石油公司(wt / wt比率)LDPE和HDPE的100%。同样的方法被用来混合2%,3%,4%,和5%的英国石油(BP)与LDPE和HDPE柔性或刚性的交联剂。

BP和HDPE / LDPE / BP标本被美联储注塑机(日水平螺杆式注塑NP7)配备了模具拉伸标本根据ISO 527 (5)。使用纯LDPE和HDPE的一般处理条件和TGA结果作为指导原则来确定初始参数,由此产生的质量测试酒吧被用作基准调整参数变化的比率。

2.4。光谱和热特性

起始植物油及其羟化单体,即biorenewable单体,确定通过傅里叶变换红外(FTIR)光谱。热重分析(TGA)测试执行的英国石油公司使用Linseis TGA的热性能根据ISO 11358的英国石油公司。TGA的分析技术措施的分解减肥小聚合物样品作为时间的函数或温度。它提供了一个定量描述材料的热稳定性和相应的残渣。减肥减肥和导数测量20°C到900°C的升温速率下10°C /分钟氧气气氛和流量为0.3μL使用氧化铝坩埚。

2.5。机械特性

万能拉力机AG-I日本岛津公司10 kN用5毫米/分钟十字头速度,被用来分析各自的力学性能产生的标本在每个参数16]。然后拉伸测试5个样品从每个成分测试和平均价值。每个试样的抗拉强度和应变得到和列表检查。

2.6。结构表征

为了执行一个断裂分析每个标本,骨折的扫描电子显微镜(SEM)下观察。最初的样品镀铂和在不同的放大观察。然而,在500倍的放大仔细观察。

3所示。结果与讨论

3.1。Biorenewable合成聚合物的红外光谱(聚氨酯)及其热特性

红外光谱(图1)biorenewable多元醇表现出强烈的、新的广泛的峰值为3400厘米⁻¹验证存在的氢键合成羟基(OH)组织的产品。(哦,集团会与二异氰酸酯反应形成聚氨酯聚合物,即biorenewable聚合物(BP))。否则,要在同一位置的主要红外吸收谱对所有四个化合物。

红外光谱的废物植物油基聚氨酯的合成BP在图所示2。清楚地看到,聚氨酯完全治愈。这是证明的减少和几乎完全消失NCO峰值为2275厘米⁻¹。以下在红外光谱特征波段光谱观察:3300,1720,1525,1220,1086厘米⁻¹(这个乐队的形成是由于聚氨酯结构nh (6,7]),2800 - 3000厘米⁻¹(CH伸展振动),2919厘米⁻¹(非对称CH₂拉伸),2853厘米⁻¹(对称CH₂伸展)。

一个吸收峰观察到1595厘米⁻¹乐队的C = C伸缩振动在MDI的芳香环。一个强大的乐队,分配给氢保税- o - o) (NH-C =伸展振动,是出席1705厘米⁻¹。免费(non-hydrogen保税)C = O拉伸出现high-wavenumber一边肩膀这个乐队(1730厘米⁻¹,图2)。

指图3、减肥曲线(TG)和微分热重(壳体)评价SP样本,注塑的初始温度是保证不超过降解温度。第一个高峰出现在温度范围小于100°C的开始减肥的挥发性物质(17),水分干燥阶段(18进化),水分的水(19),和水蒸发(20.,21在壳体评价的样本。

退化过程的定性特征阐述了发病和最大峰值温度的第一步和相同的第二步和。TGA的细节开始分解温度()和最大分解温度(),英国石油(BP)如表所示1。发生降解温度温度和最大降解速率前英国石油降解阶段是238°C和419°C,分别。第一聚合物分解温度的峰值代表了硬段,而第二个峰值代表软链段的退化。图2展示了英国石油公司的导数减肥超过93.7%。BP的减肥开始小于100°C表明样品中挥发分相当于4.3%。

与此同时,分解温度是由于灵活的异氰酸酯交联剂的含量。有人建议,减肥的数量在每个退化阶段可以使用的定量测定在英国石油公司硬性和软性的内容。这是由第一个减肥的BP表示大约类似于第一个分解温度为238°C和第二分解温度为419°C,分别。

3.2。注塑参数

TGA结果的基础上,每个区域的注塑温度是保证不超过238°C。这是确保BP不分解之前注入。然后,通过指的熔化温度和典型的纯LDPE和HDPE注塑温度,初始参数设置。接下来的几温度值随着英国石油公司组成进行调整,以确保最佳的样品生产。

所有成分的LDPE / BP化合物,不管使用何种类型的交联剂,没有需要调整饲料的温度值,后面1,后面2,中间,前面,喷嘴区。这些值表中列出2。

基于值列在下表中2,LDPE / BP化合物能够被处理在同一参数整洁的低密度聚乙烯,不管的基点。这是有益的处理这些提议biorenewable塑料不需要任何额外的周期时间。然而,如果进一步发展复合处理较低的温度,较低的注射压力与应考虑减少周期时间。由于较低的温度和注射压力要求处理,减少能源消耗和英国石油公司(BP)的热降解减少。

同时,HDPE / BP化合物,必须调整参数,主要是温度,以确保模具完全融化了。所有的标本注射从任何缺陷被逐个检查。相应的值列在下表中3。

根据这些结果,用于纯HDPE的参数是相同的在低百分比的英国石油公司灵活的交联剂。然而,当BP的成分增加,温度必须增加银条纹开始出现。不仅如此,压力也需要增加熔体的完全填充模具。这绝对不是最初的想法降低加工条件节约能源消耗。

的参数值的增加可能是由于HDPE的存在。其高密度混合条件的影响增加。然而,在进一步的研究中,将试图降低加工温度和由此产生的对力学性能的影响进行了研究。这可能大大减少能源消耗这些化合物的处理。然而,视觉观察不能独立;从今以后,每个化合物的相应的力学性能进行了分析。

3.3。机械特性

化合物的力学性能进行了分析基于他们的抗拉强度和应变和断裂伸长率。这些数据是通过拉伸试验获得的。表4显示了拉伸试验实验数据对于所有的LDPE / BP化合物开发的这项工作。

抗拉强度测量显示了独特的趋势,因为它显著增加在低比例的英国石油(BP)和BP的逐渐下降。同样的趋势是观察样品的断裂伸长率。这可能是由于BP的柔软特性与强烈的混合性能的低密度聚乙烯生产艰难和强劲的化合物。英国石油(BP)的存在不仅使它更可再生,但它也提高了力学性能。

塑化效应解释了一个给定的热物性参数和力学性能的变化在室温下降低聚合物的刚性。这可以澄清拉伸应变的增量。聚合物链具有常规的结构能够在合适的条件下结晶,要么从熔化或者解决方案。这表明分子链盘绕和无序状态更改为一个紧密折叠对齐和有序的状态。除此之外,之间没有显著差异见过不同类型的交联剂。进一步解释可以断裂分析提供的是在下一节中完成的。另一方面,表5揭示了HDPE / SP化合物的力学性能。

HDPE为延性,展品脆性行为提供了后续失去韧性复合材料(22,23]。一般的英国石油公司增加韧性和减少强度的化合物。这可能是由于软SP的属性。抗拉强度测量结果表明,机械与BP内容增加属性值减少使用灵活的交联剂的样品。然而,与刚性交联剂的样品,不管BP内容,抗拉强度仍然停滞在33到34 MPa左右。这可能是由于特征的灵活和僵化的交联剂。灵活的聚氨酯通常用于缓冲和包装,而硬质聚氨酯用于绝缘材料和包装。总体下降趋势可能是由于BP的软特性。

同时,样本的断裂伸长率增加灵活的刚性交联剂的交联剂,反之亦然。较高的拉伸应变的HDPE / BP化合物相比,整洁的HDPE也可能由于塑化效果。基于这些结果,当BP加上灵活的异氰酸酯,它可能作为填料,因为它提高了拉伸应变值。

如果两个样本的LDPE / BP和HDPE / BP化合物相比,可以说,HDPE / BP的强度明显优于低密度聚乙烯/ BP。这个图中可以看到4。

抗拉强度的显著差异可以解释为个人HDPE和LDPE的属性。HDPE为其强大的属性是众所周知的。因此,相同特征观察即使BP与交联剂。

除此之外,LDPE / BP化合物的拉伸应变观测高于HDPE / BP化合物。这是显示在图5。

高价值的断裂伸长率低密度聚乙烯/ BP化合物是由于更灵活的属性。这允许前显著收益,导致拉伸应变的高价值。因此,低密度聚乙烯/ BP比HDPE / BP相对更加灵活。

这些结果都是有利的,因为他们不会改变HDPE和LDPE的属性太彻底,因此可以允许化合物逐渐取代HDPE和LDPE行业的使用。

3.4。断口分析

断口分析,以了解和检查骨折在一个特定的放大。除此之外,它还可以证明化合物注射的同质性。这可以通过将样品在扫描电子显微镜(SEM)。不同的放大观察,但本研究的目的在500 x放大拍摄该照片。

图6显示了整洁的SEM图像获得的低密度聚乙烯,而图7显示了LDPE / SP的SEM图像获得的化合物后断裂。图片显示的一般结构注入样品。

从图6可以看出,断裂韧性。这是由于显著的破坏或柱头伸长量。的塑性变形可以被撕裂线发生断裂表面支持扣除(24]。然而,可能会有一些压力点,可以观察到由于部分熔解LDPE的结构。椭圆形的SEM结构出现在整洁的LDPE证明这些结构不因英国石油公司检查,如图7。相反,他们可能是杂质或不熔化的低密度聚乙烯。

各种结构观察通过这些图片但它可以得出的结论是,英国石油(BP)含量的复合使它能够显著延长打破之前,除了纯LDPE的延性性质。由于较低的温度和注射压力要求处理,减少能源消耗和英国石油公司(BP)的热降解减少。这可以证明通过在每个断裂形成长链。这个属性可以允许在不同的应用程序中使用这些化合物需要艰难的或高韧性材料。

除此之外,斑点的材料不均匀对整个样本的LDPE / BP化合物与灵活的交联剂。泡沫结构可以识别这些斑点的交联剂与化合物可能并没有完全被混合。它也可能是由于在注塑工艺条件。

由于气泡是没有明显的低密度聚乙烯/ BP与刚性复合交联剂,它导致力学性能比与灵活的交联剂。同时图6显示了整洁的HDPE和图的扫描电镜图像8显示了所有的HDPE / BP的SEM样品。

撕裂线见图8可能代表塑性变形又可以证明的撕裂线,如图9。图片描绘了一个均匀的HDPE熔体注入。断裂的HDPE / BP化合物的SEM图像如图所示9。

根据图片,可以看出结构可能不是完全均匀一些粗糙的表面可以看到。一些股展示塑性变形和延性的失败也可以观察到。如果LDPE / BP图片相比,没有泡沫结构被认为这可能证明用于注射成型的温度大约是准确的。

这些发现可以帮助支持这一事实不仅英国石油(BP)的构成,还用于注塑参数,主要是温度,给出一个对力学性能影响的HDPE / BP复合生产。

4所示。结论

通过使用melt-mixing在注塑过程中,基于不同的新复合聚合物比BP LDPE和HDPE成功生产。低密度聚乙烯的加工条件/ BP和HDPE / BP,可再生塑料、注塑测定和分析。的初始加工条件标准LDPE和HDPE热塑性被用作一个基础点。得出结论,LDPE / BP化合物的工艺条件,可再生塑料,注射成型是一模一样的整洁的LDPE, HDPE / BP化合物增加注塑中使用的参数是必需的。相应的机械性能的化合物也被检查。抗拉强度和断裂伸长率增加而提高BP内容成分低,开始减少石油含量高的低密度聚乙烯/ BP化合物。然而,抗拉强度和应变的LDPE / BP化合物一般都比整洁的低密度聚乙烯。因此,BP在化合物的存在不仅提供可持续发展的特点,但它也提高了力学性能。另一方面,抗拉强度普遍降低了HDPE / BP与柔性和刚性交联剂而断裂伸长率增加。这些结果符合纯LDPE和HDPE的属性。 Apart from the changing ratios of BP to LDPE or HDPE, the processing temperature was also considered to have an influence on the mechanical properties of the compound. By acting as a guideline, this study aids any intention on processing these in-house produced polymers via injection molding. Further research should be done in this area by decreasing the processing conditions to reduce the energy consumption.

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢马来西亚政府,大学桶侯赛因Onn马来西亚(UTHM)、柔佛,和马来西亚科技大学卓越中心(MTUN CoE)支持这项研究在研究资助嗓音起始时间C014和探索性研究资助计划(尔格)E018。不要忘记,作者表达深深的感谢奥克兰大学,新西兰,研究实习机会。