《Next Materials》：Structure–Property Relationship in Injection‐Molded Recycled Polypropylene: Mechanical, Thermal, and Spectroscopic Evaluation
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再生聚丙烯（rPP）作为原始聚合物的可持续替代品越来越受到关注；然而，其应用常受限于先前加工周期中降解导致的性能变异性。在本研究中，研究人员系统研究了注射成型rPP的力学、热学、光谱和形态学行为，以评估性能保持和降解机制。通过拉伸、弯曲、冲击和冲剪测试评估力学
再生聚丙烯（rPP）作为原始聚合物的可持续替代品越来越受到关注；然而，其应用常受限于先前加工周期中降解导致的性能变异性。在本研究中，研究人员系统研究了注射成型rPP的力学、热学、光谱和形态学行为，以评估性能保持和降解机制。通过拉伸、弯曲、冲击和冲剪测试评估力学性能，同时使用差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA）检查热转变和稳定性。结果表明，与原始聚丙烯相比，拉伸强度降低45%，归因于再加工过程中的链断裂和分子量降低，而冲击性能变化相对较小。热分析显示熔点保持可比（170?°C），TGA显示稳定降解行为，起始温度约为412?°C。傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实主要化学结构基本保留。扫描电子显微镜（SEM）显示主要为脆性断裂形态，有限塑性变形，支持观察到的延展性降低。这些发现提供了rPP的结构-性能关系见解，并表明其在受控加工条件下适用于非关键应用。
本研究系统评价了注射成型再生聚丙烯（rPP）的结构-性能关系，旨在阐明力学、热学、光谱和形态学特征及其关联机制，为可持续聚合物应用提供基准数据。研究背景：全球塑料产量超3.59亿吨/年，聚丙烯（PP）因优异综合性能占主导地位，但回收后降解导致的性能变异性限制了再生聚丙烯（rPP）的工程应用。现有研究多聚焦于改性rPP系统（含填料、增容剂等），缺乏对未改性rPP在工业相关注射成型条件下内在行为的系统性理解，且力学、热学与分子级结构变化的综合关联研究不足。因此，有必要建立未改性rPP的基线性能数据集，明确其结构-性能关系，为后续改性优化提供参照。研究人员从A.K. Rathinavel Polymers（印度泰米尔纳德邦）采购后消费废物流来源的rPP，并通过注射成型制备标准试样，系统整合力学（拉伸、弯曲、冲击、冲剪）、热学（DSC、TGA、热变形温度HDT）、光谱（FTIR）和形态学（SEM）分析，在单一实验框架内评估性能保持与降解机制。研究发现，rPP拉伸强度（22.9?MPa）较原始PP（35–45?MPa）降低约45%，归因于链断裂和分子量降低；但拉伸模量（2104?MPa）高于文献报道的原始PP（1582?MPa），可能源于后消费废物流中残留无机成分、颜料和稳定剂残渣的填料效应。热分析显示熔点（170.3?°C）与原始PP相当，结晶度（23%）显著降低，结晶温度（153.1?°C）升高，表明存在异相成核但晶体生长受限。TGA显示起始降解温度（约412?°C）略降，但降解路径保持单一阶段，残留炭渣增加。FTIR确认主化学结构基本保留，仅羰基（C=O）弱峰指示轻度氧化降解。SEM显示混合断裂模式：微孔和局部韧性撕裂区域共存，支持延展性降低。rPP冲击强度（38.1?J/m）和HDT（104.4?°C）与原始PP可比，表明韧性及热负荷能力保留良好。本研究发表在《Next Materials》。主要关键技术方法：材料来自单一认证回收设施（A.K. Rathinavel Polymers，印度泰米尔纳德邦），经手动分拣、清洗、干燥后造粒，采用卧式注射成型机（Windsor IS?180）按ASTM标准制备试样；力学测试包括拉伸（ASTM D638）、弯曲（ASTM D790）、Izod冲击（ASTM D256）和冲剪（ASTM D732）；热学表征使用DSC（PerkinElmer DSC 4000）和TGA（TGA Q500）评估熔融/结晶行为及热稳定性；化学结构通过FTIR（Bruker Alpha II，ATR模式）分析；断裂形态通过SEM（溅射金涂层）观察；所有测试在室温进行，每组至少5个试样。研究结果如下：4.1 熔体流动行为—MFI约11?g/10?min，表明分子量降低，但仍适合注射成型。4.2 力学性能—4.2.1 拉伸性能：强度22.9?MPa（降低45%），模量2104?MPa（升高），伸长率显著降低，归因于链断裂和残留无机成分的增强效应。4.2.2 弯曲性能：强度35?MPa（降低），模量1583?MPa（保持），链断裂削弱弯曲抗力，但刚度受残留刚性相支撑。4.2.3 冲击强度：38.1?J/m（与原始PP可比），表明分子链运动性和能量耗散机制保留。4.2.4 冲剪强度：22.8?MPa（略低于原始PP），剪切主导性能对降解敏感度较低。4.3 热学性能—4.3.1 DSC：熔点170.3?°C，结晶温度153.1?°C升高（异相成核），结晶度23%降低（链不规则性限制晶体生长）。4.3.2 TGA：单步降解，起始温度略降低（约412?°C），残留炭渣增加（无机杂质）。4.3.3 HDT：104.4?°C（与原始PP可比），热负荷能力保留。4.4 FTIR：保留PP特征峰（–CH?、–CH?伸缩/弯曲振动），羰基峰弱显示轻度氧化，主化学结构未变。4.5 SEM：断裂表面粗糙含微孔和局部韧性撕裂，呈混合断裂模式，与延展性降低一致。总结讨论部分：rPP的性能受降解诱导的链断裂与残余链完整性的平衡支配，虽然强度降低，但模量、冲击韧性和热稳定性保留，适用于非关键和半结构应用。结论翻译：本研究调查了注射成型再生聚丙烯（rPP）的力学、热学和光谱行为，以评估机械回收后的性能保持。结果表明，rPP保留适当功能性能，尽管因链断裂和分子降解导致拉伸强度和冲击抗力下降。热分析确认熔点与原始聚丙烯可比，表明晶体结构保留，同时观察到热稳定性轻微下降。FTIR结果进一步显示基本化学结构基本保留，表明降解主要是物理性而非化学性。rPP的性能由分子降解与残余链完整性之间的平衡决定，导致在典型再生材料范围内表现稳定。因此，rPP可被认为适用于需要中等力学和热学性能的非关键及半结构应用。这些发现强化了再生聚丙烯作为循环制造系统中可持续替代品的潜力，并为通过材料改性和加工策略进一步性能提升提供了基础。
