如何让聚氯乙烯(PVC)增韧改性
聚氯乙烯(PVC)是一种综合性能优良的通用塑料,其产量仅次于聚乙烯(PE)。 由于具有耐油、耐磨损、阻燃、耐腐蚀、绝缘性好、透光性好等优点,且价格低廉原料来源广泛,因而在众多领域得到了广泛应用,如气模行业中的各种产品:像充气碰碰球、草地悠波球、充气发光路引、充气泡泡屋、充气玩偶、充气大黄鸭、水上陀螺、充气游泳池等水上游乐设施设备的气模制品,都是由软质PVC制作而成的。由于硬质PVC用作结构材料时,其玻璃化温度较高,刚性较大,韧性较差,特别是低温韧性较差,加工性能欠佳,热稳定性差,且易老化,使得其应用领域受到极大限制。因而有必要在这里介绍一下聚氯乙烯的增韧改性的几种方法:
一、物理共混改性PVC
物理共混改性是在 PVC 树脂中加入增韧剂(包括弹性体、刚性粒子、纤维状填料等),进行机械混合,使增韧剂在PVC基体中具有良好分散,以达到增韧目的。可以从以下三个方面进行:
(1)弹性体增韧PVC
弹性体增韧PVC是一种传统的物理增韧改性方法,已发展较为成熟,所用弹性体主要包括橡胶(如 NBR、SBR、NR 和橡胶型CPE)和 EVA、MBS、ABS、SBS、ACR 等嵌段共聚物。其中,呈壳核结构的ACR型弹性体对PVC的增韧效果最优,且易加工塑化,同时耐候性也得到明显改善。
目前,在弹性体增韧 PVC 的机理研究中,发展比较成熟,具有代表性,也得到多数研究者认可的是网络增韧机理和剪切屈服-银纹化机理。网络增韧机理 :弹性体的增韧作用又有两种形式:
①弹性体和 PVC 构成双连续相,在材料中共同构成互穿网络结构(IPN),在外力作用下,网络结构发生大形变,消耗能量,起到增韧作用;
②弹性体形成连续网络结构将 PVC 初级粒子包围在中央,在外力作用下,弹性体网络起到能量的传递、分散、缓冲和吸收作用,从而避免局部应力集中产生裂缝。 同时,弹性体形变时具有高的断裂延伸率, 可产生银纹和剪切带吸收大量能量,使材料抗冲击性能大幅度提高。 属于网络增韧的弹性体有 EVA,NBR,SBS,CPE等。
(2)刚性粒子增韧PVC
虽然弹性体增韧PVC的效果比较理想,但同时也会引起拉伸强度、刚性、耐热性及加工流动性等性能的下降,从而限制了其在增韧PVC领域的应用。20世纪80年代中期,刚性体增韧的研究逐渐展开。研究发现,刚性粒子增韧 PVC,不但可明显提高 PVC 的韧性,而且可使 PVC 的拉伸强度\模量、热变形温度、加工流动性等性能得到改善。增韧PVC的刚性粒子包括 PMMA、PS、SAN、MMA/S、纳米 CaCO3、纳 米 SiO2、超 细高岭土等 ,可分为刚性有机粒子 (ROF) 和刚性无机粒子(RIF)。专家门研究了脆性有机填料 PMMA、PS 与 PVC 共混体系的性能, 发现 PMMA、PS 对PVC 存有一定的增韧效果。
(3)纤维状填料增韧
短纤维能够对硬质PVC同时起到增强、增韧的作用。 研究表明,对于 PVC/ 短纤维体系,纤维与基体的弹性模量比值应在一定范围内,才能获得综合性能较好的复合材料。
二、化学改性增韧PVC
化学改性主要是通过接枝、共聚、交联等化学方式,改变 PVC 分子结构,在 PVC 分子链上引入柔性分子链段,从而有效提高 PVC 的韧性及其它性能。 比较常用的PVC化学增韧改性方法有:
(1)乙烯基单体与氯乙烯的共聚,如氯乙烯与丙烯酸辛酯的共聚;
(2)弹性体与氯乙烯的接枝共聚,如乙丙橡胶与氯乙烯的接枝共聚;
(3)乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)与氯乙烯的接枝共聚等。
研究者们在接枝共聚法增韧改性聚氯乙烯树脂中综述了悬浮溶胀接枝共聚法、悬浮溶解接枝共聚法和悬浮低压接枝共聚法三种接枝共聚方法增韧改性聚氯乙烯树脂 (PVC) 的制备工艺,及其结构特征和性能。科研人员在塑炼PVC时,发现添加甲基丙烯酸正丁酯、自由基引发剂过氧化二异丙苯后,烯酸酯可以在 PVC主链中进行接枝聚合,最高接枝率可达到14%,接枝效率高达 90%,接枝改性后的PVC加工性、热稳定性和力学性能明显改善。
三、双轴取向改性
双轴取向改性是在加工过程中通过控制分子定向排列来达到增韧效果,国际上已有少量类似生产线在开发。 近年来,在国内外相继报道了用于给水的双轴取向 PVC-U 管材 (称为 PVC-O管材),这种管材在加工过程中通过特定的双轴取向工艺,大大增强了管材的机械强度和抗冲击强度,在承受相等液压的条件下,大大降低了管材的壁厚,减轻了管材的重量,达到了节约资源,降低产品成本的效果。最典型的是荷兰瓦云公司采用连续成型法生产的管材和法国阿尔法康公司生产的R-R承口管材。
随着能源的日渐枯竭以及应用需求的日益增长,改善通用 PVC 树脂的性能或赋予其崭新的优异性能,改变 PVC 产品结构和产品更新换代,以满足不同领域的使用要求,具有重要经济价值和现实意义。最后希望科技工作者们通过增韧改性研究出更优质、性价比更高的PVC产品在气模行业中得到更广泛的应用。

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