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研究人员探究蒙脱石（MMT）对石油基和生物基聚酯物理回收性能的影响，发现其影响因聚合物基质而异，为优化聚酯回收提供依据。
在材料科学的世界里，聚酯材料凭借着出色的性能，如强度高、柔韧性好、耐磨损、防潮以及良好的电气绝缘性等，广泛应用于服装、家具、食品包装、汽车制造等众多领域。然而，随着环保意识的增强，聚酯材料的回收问题逐渐成为关注焦点。一方面，聚酯材料在多次回收循环后，难以维持其原有的机械和热性能；另一方面，常用的增强聚酯性能的蒙脱石（MMT），对聚酯纳米复合材料的可回收性和长期性能的影响尚不明确。为了解决这些问题，来自匈牙利约翰?冯?诺依曼大学、布达佩斯工业大学等机构的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Heliyon》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法来深入探究。通过差示扫描量热法（DSC）测量与温度相关的物理变化，以确定材料的初始结晶度百分比（CRF）、熔点和结晶温度；利用扫描电子显微镜（SEM）分析样品的表面形态，观察 MMT 在聚合物基质中的分布情况；还进行了动态力学分析（DMA）来测定纳米复合材料的玻璃化转变温度（Tg）等。
研究结果主要如下：
- 聚酯在再加工过程中的降解：通过测量特性粘度（IV）来监测材料在多次再加工过程中的降解情况。结果发现，PET 的降解最为明显，第一次挤出后 IV 下降 13%，第二次挤出后下降 16%。这是因为用于改性 MMT 以增强与聚酯相容性的铵离子在高温下通过霍夫曼消除机制分解，在粘土表面产生酸性位点，促进聚酯的降解。而 PLA、PBS 和 PBT 的降解程度相对较小12。
- 注塑样品的收缩特性：研究发现，PET 和 PLA 的收缩率较低，PBS 和 PBT 的收缩率较高。添加 MMT 后，所有材料在第一次加工后收缩率均降低，线性收缩率下降 0.01 - 0.5%，体积收缩率下降 1.7 - 2.3%；第二次挤出后，收缩率进一步降低。但对于不含 MMT 的材料，重复加工也会使收缩率降低。此外，PLA 在流动方向和横向的收缩率变化不同，呈现出各向异性，这可能与模具温度和壁厚有关34。
- 纳米复合材料的结晶度和结构：DSC 测量结果显示，再加工和 MMT 增强对材料的熔点影响较小，但 MMT 的添加使 PET 的结晶温度升高 11 - 12°C，其他聚酯升高 1 - 2°C，表明 MMT 具有成核作用。同时，再加工降低了 PET 的过冷度，增加了 PBT 的过冷度，添加 MMT 除了对 PBS 材料外，均降低了过冷度，促进了结晶。但 MMT 也降低了 PBS 的结晶分数，抑制了其分子链的有序排列56。
- 纳米复合材料的机械性能：通过缺口悬臂梁冲击试验和弯曲试验分别测量材料的冲击抗性和准静态机械性能。结果表明，PBS 基体材料的缺口冲击强度最高，其他材料较低。添加 MMT 会降低 PBS 基体纳米复合材料的冲击强度，而在回收过程中，PET 和 PLA 基体纳米复合材料的缺口冲击强度下降，PBT 和 PBS 纳米复合材料的冲击强度上升。弯曲强度方面，PLA 最高，PET 和 PBT 次之，PBS 最低。在回收过程中，PET 的弯曲强度下降，其他材料上升。弯曲模量方面，不同材料有所差异，纳米复合材料在回收过程中的刚度变化也因材料而异78。
研究结论和讨论部分指出，再加工过程中发生的降解不仅直接影响注塑样品的收缩率和机械性能，还会间接影响注塑参数，进而影响成品的重量和密度。纳米复合材料在回收过程中的机械性能变化与未增强的聚合物不同，尤其是在结晶度较低的聚酯（如 PET 和 PLA）中更为明显。这主要归因于 MMT 的成核作用以及其在再加工过程中的分布变化。此外，纳米复合材料比纯聚酯更容易降解，这是由于聚酯与改性粘土之间的相互作用。虽然回收是一种可行的废料回收解决方案，但聚酯 - MMT 纳米复合材料在回收过程中的性能变化比未增强材料更显著，表明 MMT 在整个回收过程中并没有增强这些材料的耐久性。
总的来说，这项研究为聚酯材料的回收利用提供了重要的参考，有助于推动可持续材料的发展，让我们在材料回收的道路上又迈出了坚实的一步。
