PVC改性配方設(shè)計

1、、綜述PVC增韌改性研究進展摘要：概述了聚氯乙烯（PVC）幾種主要的增韌改性方法，探討了PVC彈性體共混增韌改性和剛性粒子共混增韌改性，提出了其今后的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：PVC;增韌改性；彈性體；剛性粒子.前言PVC樹脂具有阻燃、絕緣及耐腐蝕等優(yōu)良的綜合性能，同時由于其原料來源廣、價格低廉的優(yōu)點，被廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、化工等領(lǐng)域，是當今世界應用最多的通用塑料之一1-2。但是，普通PVC由于其熱穩(wěn)定性差、沖擊強度低及低溫脆性等缺點，其應用范圍受到較大限制。因此，研究人員需要對其進行大量改性研究，以滿足不同使用條件下的需求。國內(nèi)外自20世紀70年代起開始大規(guī)模開展PVC增韌改性的研究3,人們

2、采用了彈性體共混、納米粒子填充、纖維增強、彈性體，納米粒子復合材料增韌等方法對其進行改性，進一步拓寬了其應用領(lǐng)域?，F(xiàn)在PVC的增韌改性已經(jīng)成為PVC行業(yè)發(fā)展的主要方向。1 .彈性體增韌改性PVC彈性體增韌PVC是一種傳統(tǒng)的方法，其發(fā)展已較為成熟。用于增韌PVC的彈性體一類是代表“剪切-屈服銀紋化”機制的丙烯月青丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物（MBS）、丙烯酸樹脂（ACR）等，另一類是代表“網(wǎng)絡(luò)增韌”機制的丁月青橡膠（NBR）、氯化聚乙烯（CPE）、熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）等。1.1 “海一島”結(jié)構(gòu)增韌PVC在這類PVC,彈性體復合物中，兩相形成“海島”

3、結(jié)構(gòu)，彈性體均勻分散于PVC連續(xù)相中。當材料受到外力作用時，剪切屈服和銀紋化同時存在。彈性體粒子充當應力集中體，誘發(fā)基體產(chǎn)生大量的銀紋和剪切帶，從而吸收大量能量，起到增韌目的。同時，彈性體粒子和剪切帶又能夠控制和終止銀紋發(fā)展，使銀紋不至于形成破壞性裂紋。周麗玲等4在ABS對PVC的增韌改性研究中發(fā)現(xiàn)，隨著ABS用量的增加，增韌曲線呈S形，體系形態(tài)發(fā)生變化。PVC/ABS共混體系為半相容體系。試樣拉伸時，ABS作為應力集中體分散于PVC連續(xù)相中，引發(fā)銀紋和剪切帶，銀紋和剪切帶對共混體系增韌具有重要作用。黨四榮等5研究了ACR增韌PVC的性能，得出在ACR達到15份的時候改性體系的韌性達到最高，缺

4、口沖擊強度達到80kJ/m2。黎學東等研究了MBS對PVC的增韌改性。他們認為由于PVC是脆性材料，而脆性材料的增韌過程主要是脆韌轉(zhuǎn)變過程。脆性斷裂和韌性斷裂存在一個臨界尺寸，當裂紋的尺寸小于該臨界尺寸時，其發(fā)展較慢，為裂紋慢速發(fā)展的韌性區(qū)；反之，為脆性區(qū)，此臨界尺寸越大，材料的韌性越好。通過計算發(fā)現(xiàn)，MBS的增韌效果比NBR好。李正民等7研究也發(fā)現(xiàn)，當MBS填充量達到11份時，材料發(fā)生了脆韌轉(zhuǎn)變，力學性能達到最佳。1.2 多元體系增韌PVC多元增韌PVC彈性體系是近年來的一大發(fā)展方向，多元增韌可以使各相問產(chǎn)生協(xié)同作用效應，達到更好的增韌效果。朱勇平等網(wǎng)習用懸浮法合成三元乙丙橡膠(EPDM)與

5、甲基丙烯酸甲酯(MMA)及丙烯月青(AN)接枝共聚物(EPDM-g-MAN),用其增韌PVC。結(jié)果表明，EPDM含量為17.5%時，PVC/EPDM/g-MAN缺口沖擊強度達到91.9kJ/m2;而單純用CPE時，PVC/CPE共混物的缺口沖擊強度最高可達84.9kJ/m2,說明EPDM-g-MAN具有更好的增韌效果。這是由于EPDM-g-MAN與PVC樹脂具有良好的相容性，隨著EPDM含量的增加，共混物的相結(jié)構(gòu)由“海-島”結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻B續(xù)相結(jié)構(gòu)，增韌機理由裂紋支化終止轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟星嬗锌昭ɑ７墩讟s等9采用機械共混法制備了PVC/氯化聚乙烯/苯乙烯乙烯丁二烯-苯乙烯共聚物(PVC/CPE/S

6、EBS-g-MAH)三元共混物，研究了共混物的結(jié)構(gòu)和性能，探討了SEBS-g-MAH對共混物力學性能的影響。結(jié)果表明，CPE用量為3份、SEBS-g-MAH用量為6份時，CPE與SEBS-g-MAH協(xié)同增韌效果最顯著，此時共混物的相容性最佳，綜合力學性能較好。鄒潤德等10用馬來酸酊接枝橡膠和金屬離子交聯(lián)形成離聚體的方法提高順丁橡膠(BR)、NBR.PVC三元共混物的相容性，優(yōu)選了三元離聚體配方，與未經(jīng)改性PVC/BR/NBR三元共混物相比，硬脂酸鋅離子交聯(lián)馬來酸酊接枝的三元共混物的拉伸強度提高101%,斷裂伸長率增加113%。2 .納米粒子增韌改性PVC由于納米材料具有尺寸小，比表面積大而且產(chǎn)

7、生量子效應和表面效應等特點，將納米材料引入到PVC增韌改性研究中，發(fā)現(xiàn)改性后的PVC樹脂同時具有優(yōu)異的韌性、加工流動性、尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，特別是近年來，隨著納米粒子表面處理技術(shù)的發(fā)展，納米粒子增韌PVC已經(jīng)成為國內(nèi)外研究開發(fā)的熱點。2.1 納米CaCO3增韌改性PVC曾曉飛等11研究了納米CaCO3的用量對PVC復合材料結(jié)構(gòu)形態(tài)與性能的影響，結(jié)果表明，在PVC共混體系中加入納米CaCO3可明顯地提高材料的韌性，而不降低材料的強度。當共混體系中納米CaCO3的用量為8份時，復合材料的缺口沖擊強度達到81.1kJ/m2,是不加納米CaCO3的7.3倍。同時，納米CaCQ的加入使共混體系的加工流

8、動性能變差，但加入流動改性劑M可以改善共混體系的流變性能。權(quán)英等12研究了納米碳酸鈣復合丙烯酸酯橡膠(ACR)對RPVC的增韌增強效果及納米碳酸鈣復合ACR和CPE的協(xié)同改性效果。實驗結(jié)果表明，采用納米碳酸鈣復合ACR對RPVC的增強增韌效果顯著，且在其與CPE的復合改性體系中，納米碳酸鈣復合ACR與CPE產(chǎn)生了協(xié)同效應。通過掃描電鏡顯示，在此復合改性體系中，出現(xiàn)了拉絲及網(wǎng)化結(jié)構(gòu)，使低溫韌性大幅度提高。2.2 納米SiO2增韌改性PVC王銳蘭等13但采用納米SiO2粒子作為種子進行聚丙烯酸酯的原位乳液聚合，并用此種聚丙烯酸酯復合物和PVC樹脂共混，結(jié)果表明，此種復合物比純聚丙烯酸酯與PVC樹脂

9、共混的材料有更好的增強增韌效果，且當納米SiO2含量為10%時，材料的力學性能最好。采用納米級SiO2填充PVC,可以在材料的補強增韌、阻隔等改性中獲得良好的效果，也可用于調(diào)節(jié)聚合物流體的流變性能及其存放性能。田滿紅等14采用超聲波、振磨等方法對納米SiO2粒子進行表面處理，通過熔融共混的方法制備了PVC/SiO2納米復合材料。研究了納米粒子對PVC的增強、增韌效果。研究結(jié)果表明，通過超聲波、振磨等方法對納米粒子進行表面處理，可以促進納米粒子在基體中的均勻分散，大幅度提高復合材料的強度和韌性。納米SiO2的添加量為3%時，復合材料的綜合力學性能最好，其拉伸強度、沖擊強度和楊氏模量均有較大的提高

10、。振磨處理時間對納米粒子改善復合材料性能也有影響，處理6h時改善復合材料的沖擊性能效果最好。3 .納米級微纖增韌改性PVC納米級聚合物微纖/聚合物復合材料是利用模板聚合，將有納米尺寸微孔的聚合物浸入另一種單體和氧化劑中，使單體溶脹于納米級微孔中，用一定的引發(fā)劑或一定的聚合方法使單體在微孔中形成微纖或中空的納米管，從而形成增強的微纖/聚合物復合材料，這種材料類似于纖維增強，也可以使沖擊強度明顯提高。凹凸棒上是一種具有特殊纖維狀晶體型態(tài)的層鏈狀結(jié)構(gòu)的含鎂鋁硅酸軟礦物。張啟衛(wèi)等15用硅烷偶聯(lián)劑甲基丙烯酰氧丙基二甲氧基硅烷(MPTMS)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)對凹凸棒土(AT)進行表面接枝改性，并以

11、改性的凹凸棒土填充硬質(zhì)聚氯乙烯。研究發(fā)現(xiàn)，在凹土填充量15%之前復合材料的拉伸強度、缺口沖擊強度隨改性凹土填充量的增加而增大；當填充量超過15%時，材料的拉伸強度、缺口沖擊強度有所下降。材料的斷裂伸長率在凹土填充量小于4%時，隨凹土含量的增加略有增加，然后隨凹土填充量的增加而顯著降低，體現(xiàn)了短纖維增強的特性。隨著試樣中凹土含量的增加，復合材料的彎曲強度和彎曲模量隨之增大，尤其是彎曲模量有十分顯著的提高。這表明凹土的短纖維結(jié)構(gòu)對復合材料具有明顯的補強作用。改性凹凸棒土的填充可使PVC復合材料的拉伸強度、缺口沖擊強度、彎曲強度、彎曲模量和熱穩(wěn)定性等均有所提高。4 .小結(jié)無論是彈性體增韌PVC還是非

12、彈性體增韌PVC都賦予了PVC良好的韌性，使其能在更多的領(lǐng)域得到應隨著人們對PVC增韌改性機理用的進一步深入研究，必定會出現(xiàn)更多的新方法、新思路，改性PVC的應用前景將會更加廣泛。參考文獻1曾偉立.聚氯乙烯樹脂耐熱和增韌改性研究進展J.中國塑料,2011,25(10):7-13.2楊坤民，陳福林，張興華.NBR增韌改性PVC的加工進展J.聚氯乙烯，2004(3):1-5.3景晨麗，陳立新，宋家樂，等.PVC增韌改性新進展J.國外塑料，2006,24(8):35-39.4周麗玲，藺玉勝.ABS增韌硬質(zhì)聚氯乙烯的結(jié)構(gòu)形態(tài)和增韌機理J.中國塑料,2001,15(10):27-30.5黨四榮，亢震，程

13、剛，等.聚氯乙烯的增韌改性J.塑料工業(yè)，2008,36(3):34-35.6胡學鋒，高俊剛，楊麗庭，等.ACS樹脂改性PVC的研究J.河北大學學報(自然科學版),2004,24(2):143147,152.7李正民，馮霞，王苓，等.MBS分散形態(tài)及其對PVC的增韌改性J.塑料科技，2008(1):54-57.8朱勇平，付錦鋒，王煉石，等.EPDM-gMAN增韌聚氯乙烯研究J.中國塑料，2009(5):48-52.9范兆榮，焦翠萍，王旭，等.PVC/CPE/SEBS-g-MAH三元共混物的制備及性能研究J.塑料科技，2012,40(1):52-55.10鄒潤德，童筱莉，黃國波.順丁，丁月青橡膠離

14、聚體改性聚氯乙烯研究J.中國塑料，2004,18(10):45-48.11曾曉飛，陳建峰，王國全.納米CaCO3/PVC復合材料的結(jié)構(gòu)形態(tài)與性能J.高分子材料科學與工程，2003,19(6):146-148.12權(quán)英，楊明山，嚴慶，等.納米剛性粒子對硬質(zhì)PVC的增韌增強效果J.北京化工大學學報：自然科學版，2002,29(6):2326.13王銳蘭，王銳剛，鄒潤德.納米粒子復合ACR改性聚氯乙烯的研究J.浙江化工，2003,34(7):13-14.14田滿紅，郭少云.納米SiO2增強增韌聚氯乙烯復合材料的研究J.聚氯乙烯，2003(1):26-29.15張啟衛(wèi)，章永化.改性凹凸棒土填充硬質(zhì)PV

15、C的制備與性能研究J.中國塑料，2002,16（9）:4952.個人方案1.原料及配方用量/份數(shù)廠家作用聚氯乙烯100上海氯堿化工股份有限公司基體改性納米CaCO310自制填料表面處理劑：鈦酸酯類3南京曙光化工總廠相咨劑丙烯酸酯橡膠5新加坡吳羽公司填料硬脂酸2上海振譯實業(yè)有限公司潤滑劑2.型號廠家高速混合機SYH-006常州市開溢干燥設(shè)備有限公司開煉機HY-160上海恒馭儀器有限公司平板硫化劑DZ-150T鄭州大眾機械制造有限公司3.實驗步驟a）將PVC、納米碳酸鈣、ACR及其他助劑按一定比例在高速混合機中捏合至110c后出料；b）將上述混合料在175180c的雙輾塑煉機上混煉8min,制得復合材料；c）將該復合材料在平板硫化機上于180185C,30MPa條件下熱壓7min；d）于20MPa下冷卻至室溫，制成4mm厚試樣備用；e）將所制樣條進行拉伸實驗測試。三、小組方案1.原料及配方原料用量/份數(shù)廠家作用PVC100江陰市雅飛亞化塑有限公司基體DOP40濟南恒瑞化工啟限公司增塑劑KH-5501廣州市中杰化工科技有限公司偶聯(lián)劑鉛類穩(wěn)定劑4邵陽天堂助劑化工有限公司主穩(wěn)定劑硬脂酸鋅1深圳市大正偉業(yè)化工有限公司負穩(wěn)定劑CaCO320/30/40/50宜昌恒大化工有限責任公司填料H