《Polymer Degradation and Stability》：Sustainable toughening of recycled polypropylene using pinecone powder as a bio-based nucleating agent
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本研究通过将回收聚丙烯（rPP）与原生聚丙烯（nPP）及松针粉（PCP）复合，有效恢复其机械性能。实验表明，添加nPP和PCP可提升结晶度、抑制链断裂，使拉伸强度达31.95 MPa，弯曲模量增加25%，显著改善循环使用后的降解问题。
作者：Phuong Dovan、M.N. Prabhakar、Dong-Woo Lee、Maksym Li、Song Jung-il
所属部门：智能制造工程系
摘要
聚丙烯（PP）的机械回收受到重复加工过程中热降解和机械降解的限制，这些降解会导致链断裂，从而降低分子量并减弱结构性能。因此，本研究通过将回收的PP（rPP）与原生PP（nPP）以及一种基于松果粉的生物成核剂（PCP）混合，来恢复并增强rPP的机械性能。经过六次挤出循环后，rPP的结晶度提高了10–15%，但由于链断裂引起的脆化，其拉伸强度从26.57 MPa下降到24.6 MPa。差示扫描量热法和X射线衍射分析表明，与nPP相比，rPP的分子有序性得到增强，结晶温度从98°C升高到103°C，结晶峰也更明显。将30 wt%的rPP与70 wt%的nPP混合后，聚合物的拉伸强度提高至28 MPa，弯曲模量增加了20%，从而缓解了降解的影响。添加15 wt%的PCP后，β相结晶得到促进，韧性、冲击强度和延展性得到改善，拉伸强度达到31.95 MPa，弯曲模量增加了25%（达到1.78 GPa）。扫描电子显微镜观察显示，PP与PCP之间形成了牢固的界面结合和机械互锁，提高了载荷传递效率。因此，本研究展示了一种可扩展的方法，可以有效增强rPP的结构完整性，对抗回收引起的降解效应，并通过提高结晶度来改善其机械性能。该方法为将回收聚合物应用于高价值可持续工程部件提供了有前景的途径。
章节摘录
引言
机械回收是管理消费后塑料废物并推动全球循环经济发展的最实用且广泛采用的策略之一。通过将使用过的塑料产品转化为可再加工的原材料，机械回收减少了了对原生聚合物的依赖，节约了化石资源，并减轻了环境污染。在热塑性聚合物中，聚丙烯（PP）因其巨大的全球产量而尤为突出。
材料
所使用的等规聚丙烯（nPP）的平均分子量为约340,000，数均分子量为约97,000，熔点为173°C，室温下的密度为0.905 g/cm3，由韩国Chemko S.C.公司提供。用于制备PCP的松果来自韩国昌原国立大学的校园。
聚合物混合物制备
原生PP使用微双锥双螺杆挤出机（SJZS-10B，武汉瑞明公司）在控制速度下进行加工。
XRD分析
图1显示了100nPP、100rPP和30rPP/70nPP样品的XRD结果。100nPP的谱图中在2θ范围内出现了对应于α相的明显峰，分别位于14.1°、16.8°、18.5°、21.3°和25.4°（图1A）。该相是聚合物加工过程中最稳定且最常见的结晶结构，在聚合物基体中形成有序区域，显著提高了其硬度、拉伸强度和热稳定性。
结论
本研究提出了一种综合的材料回收策略，用于解决回收聚丙烯（rPP）在反复热机械加工过程中出现的链断裂、氧化损伤和脆化问题。为了克服这些缺点，研究结合了原生PP（nPP）和松果粉（PCP），以恢复rPP的分子结构和机械韧性。nPP的加入补充了长链段，重新建立了聚合物的缠结结构。
资助
本研究得到了韩国教育部和科学技术信息通信部（项目编号：2018R1A6A1A03024509和2023R1A2C1006234）以及韩国国家研究基金会（NRF）的资助。
数据声明
本研究未生成新的数据集。所有支持研究结果的数据均包含在手稿中。
作者贡献声明
**Phuong Dovan**：撰写初稿、方法设计、数据整理。
**M.N. Prabhakar**：指导、方法设计、概念构思。
**Dong-Woo Lee**：指导、数据整理。
**Maksym Li**：指导、数据整理。
**Song Jung-il**：指导、资金获取。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了韩国教育部和科学技术信息通信部（项目编号：2018R1A6A1A03024509和2023R1A2C1006234）以及韩国国家研究基金会（NRF）的资助。
