工 程 塑 料 应 用
ENGINEERING PLASTICS APPLICATION
第49卷，第5期2021年5月
V ol.49，No.5May 2021
49
doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2021.05.010
改性PVC 的性能
王晨光
(长治职业技术学院，山西长治 046011)
摘要：利用对苯二甲酸二丁酯作为增塑剂，对聚氯乙烯(PVC)进行了改性。研究发现，增塑剂的含量在很大程度上影响着聚氯乙烯的性能。当对苯二甲酸二丁酯的质量分数由10%增加至50%时，PVC 的拉伸强度、拉伸弹性模量和耐磨损性能下降，冲击强度、断裂伸长率和亲水性得到改善。实验结果表明，当 对苯二甲酸二丁酯的质量分数为30%时，相应的聚氯乙烯样品(PVC3)的综合性能最为优异，拉伸强度为30 MPa ，拉伸弹性模量为2.1 GPa 、断裂伸长率为112%，缺口冲击强度为8.5 kJ ／m 2，磨损实验的质量保持率为90.7%，水接触角为75°，吸水率为0.36%。另外，对苯二甲酸二丁酯质量分数为30%的改性PVC 在–30～40℃区间范围内，力学性能并未出现明显降低，表现出了优异的耐高低温性能。
关键词：聚氯乙烯；工业材料；改性；性能
中图分类号：TQ32 文献标识码：A 文章编号：1001-3539(2021)05-0049-04
Performance of Modified PVC
Wang Chenguang
(Changzhi V ocational and Technical College ， Changzhi 046011， China)
Abstract ：Dibutyl terephthalate was used as plasticizer to modify polyvinyl chloride (PVC). It is found that the content of plas-ticizer affects the properties of PVC to a great extent. When the mass fraction of dibutyl terephthalate increase from 10% to 50%，the tensile strength ，elastic modulus and wear resistance of PVC decrease ，while the impact strength ，elongation at break and hydrop
hi-licity are improved. The results show that when the mass fraction of dibutyl terephthalate is 30%，the comprehensive properties of the corresponding PVC sample (PVC3) are the best ，the tensile strength is 30 MPa ，the elastic modulus is 2.1 GPa ，the elongation at break is 112%，the impact strength is 8.5 kJ ／m 2，the mass retention rate of the wear experiment is 90.7%，the water contact angle is 75°，and the water absorption rate is 0.36%. In addition ，the mechanical properties of the mass fraction of dibutyl terephthalate is 30% (PVC3) in the range of –30–40℃does not decrease signi ficantly ，showing excellent high and low temperature resistance.
Keywords ：
polyvinyl chloride ； industrial material ；modi fication ；performance 随着社会的进步和经济的发展，人们对日常生
活用品的品质要求越来越高。尤其是随着审美观念的变化，人们对建筑室内装修的需求也愈来愈多样化，从建筑室内装饰的款式、版型、配，到建筑材料的材质都不断地推陈出新。
以往，常用的建筑室内装修基材是聚酰胺、芳香族聚酯、聚氨酯等常见的工程塑料和纤维[1–9]，这些材料虽然性能各异，但从生产成本和室内环境角度出发，在一定程度上限制了室内设计材料的发展。近年来，聚氯乙烯(PVC)成为一种新兴的建筑室内
装修材料[10–12]。PVC 与上述材料具有较大差别，首
先PVC 具有十分优异的透明性，其次PVC 原料一般为塑料片材。这些特性使得更适用于建筑室内装修设计中的PVC 的加工、设计[13–15]。然而，建筑室内装修用PVC 需要具有多方面的优异性能，例如强度、韧性、耐磨性、疏水性、着性等，但这些性能之间往往是相互矛盾的，例如其强度提高，韧性就会相应降低；着性提高，疏水性则会相应降低。笔者通过在PVC 中加入不同含量的助剂，对PVC 的性能进行改善，以制备出综合性能优异的PVC 建筑用
通信作者：王晨光，大学本科，讲师，研究方向为建筑材料性能检测与应用，建筑工程施工质量与安全 E-mail ：*********************收稿日期：2021-02-21
引用格式：王晨光.改性PVC 的性能[J].工程塑料应用，2021，49(5)：49–52，74.
Wang Chenguang. Performance of modi fied PVC[J]. Engineering Plastics Application ，2021，49(5)：49–52，74.
工程塑料应用2021年，第49卷，第5期50
材料。
1 实验部分
1．1 主要原料
弹性pvc
PVC：牌号S–101，温州乐之洲塑业有限公司；
对苯二甲酸二丁酯、丙酮、无水乙醇：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。
1．2 仪器及设备
密炼机：SJGF 型，张家港市顺科机械有限公司；
平板硫化机：BGD型，青岛博格达检测仪器有限公司；
万能试验机：UTM6102型，深圳三思纵横科技股份有限公司；
冲击试验机：DR–802型，东莞市东日仪器有限公司；
耐磨试验机：HD–P304型，东莞海达仪器有限公司；
水接触角仪：SDC–100型，东莞市晟鼎精密仪器有限公司。
1．3 改性PVC试样的制备
将PVC与对苯二甲酸二丁酯按照一定的比例进行充分混合，加入到预热的密炼机中。设定密炼机料筒温度为160℃，转速为60 r／min。在该条件下制备出一系列具有不同增塑剂(对苯二甲酸二丁酯)含量的PVC。所制备的PVC样品所含增塑剂的质量分数分别为10%，20%，30%，40%，50%，分别记作PVC1，PVC2，PVC3，PVC4和PVC5。然后准确称量5 g所制备的改性PVC，置于130℃下预热的平板硫化机中，热压10 min后，制得PVC片材。1．4 PVC的染
染前，用丙酮擦拭改性PVC片材表面，并在氮气流下吹干备用。称取一定质量的溶剂染料蓝–5，溶于无水乙醇中，配制成质量分数为20%的溶液，然后喷涂在改性PVC片材表面，并涂抹均匀。置于阴凉处阴干。
1．5 性能测试
拉伸性能按照GB／T 1040.1–2018测试，样条形状为哑铃型，拉伸速率为10 mm／min；
缺口冲击强度按照GB／T 1043.1–2008测试，样条形状为长条形；
耐磨性能按照 ISO 105×12–2001测试；
吸水率：将称量准确的PVC片材浸泡在水中24 h后，吸干表面附着的水分，在氮气流下吹干，然后称重记录数据；
水接触角测试：通过针头将1～5 μL的液滴滴于PVC薄片表面，待液滴形状稳定后利用接触角仪自带软件计算水的接触角。
2 结果与讨论
2．1 改性PVC的力学性能
首先对所制备的改性PVC的力学性能进行了测试，其结果见表1。所制备的样品PVC1~PVC5中增塑剂对苯二甲酸二丁酯的质量分数分别为10%，20%，30%，40%，50%，相应的改性PVC样品PVC1属于硬质PVC，PVC2属于半硬质PVC，PVC3~PVC5属于软质PVC。增塑剂的加入会提高PVC的柔韧性，使其拉伸强度和拉伸弹性模量有所下降，但断裂伸长率有所提高。
表1 改性PVC的力学性能
样品
拉伸强度／
MPa
拉伸弹性
模量／GPa
断裂伸
长率／%
缺口冲击强度／
(kJ·m–2) PVC155 2.761.5 5.1
PVC242 2.596.8 6.7
PVC330 2.11128.5
PVC422 1.81429.3
PVC515 1.61619.9
由表1可见，PVC1的拉伸强度为55 MPa，拉伸弹性模量为2.7 GPa，断裂伸长率为61.5%，这说明PVC1是一种高强度、低柔性的材料；随着增塑剂含量的提高，改性PVC的拉伸强度下降，断裂伸长率提高，当增塑剂质量分数为30%时，PVC3的拉伸强度和拉伸弹性模量分别为30 MPa和2.1 GPa，断
裂伸长率为112%，是一种兼具较高强度和较为优异柔韧性的材料；随着增塑剂含量继续增加，PVC4和PVC5的拉伸强度、拉伸弹性模量继续降低，断裂伸长率继续提高。PVC4的拉伸强度仅为22 MPa，PVC5的拉伸强度仅为15 MPa，而二者的断裂伸长率分别高达142%和161%，说明这两种改性PVC 是属于低强度、高柔韧性的材料。根据此结果可见，样品PVC3的拉伸强度和断裂伸长率均处于中等水平，是一种理想的建筑用材料。
由表1可见，随着增塑剂含量的增加，相应改性PVC样品的缺口冲击强度提高，与其断裂伸长率呈现了相似的变化趋势。这说明增塑剂的加入有效地改善了PVC的柔韧性。当增塑剂的质量分数为10%和20%时，样品PVC1和PVC2的缺口冲击强度分别为5.1 kJ／m2和6.7 kJ／m2；而当增塑剂的质量分数提高至30%后，PVC3的冲击强度出现了明显的提升，提高至8.5 kJ／m2；继续提高增塑剂的质量分数至40%和50%后，与PVC3相比，
51
王晨光：改性PVC的性能
PVC4和PVC5的缺口冲击强度并没有出现大幅提
升，仅提高到9.3 kJ／m2和9.9 kJ／m2。这说明，
PVC3样品的缺口冲击强度已经进入到了一个平稳
变化的阶段，结合拉伸性能的评估，可以认为PVC3
是一种兼具较高强度和韧性的材料。
2．2 改性PVC的耐温性能
由于夏季和冬季气温温差较大，在我国南方
夏季温度最高可达40℃，北方冬季最低温度可达
到–30℃以下，所以制备建筑所用的PVC需要在较
宽范围内依然能够保持优异的力学性能。笔者以
PVC3为模型，研究了其在–30~40℃范围内，材料
拉伸性能和冲击性能的变化。表2为PVC3在不同
温度下的拉伸性能。由表2可见，随着测试温度的
变化，PVC3的拉伸强度并没有发生明显的变化，但
是其拉伸弹性模量出现了明显的下降，这说明在低
温下，PVC的分子链段不易发生运动，塑性变形能
力较差；而随着温度升高，分子链段运动变得容易，
所以拉伸弹性模量降低。另外，在低温下PVC的
脆性更为明显，冲击强度较低；而较高温度下，其冲
击强度可以保持在较为优异的水平。不过，总体来
说，PVC3在–30~40℃的温度区间内，无论是拉伸
性能，还是冲击性能都未出现较为显著的变化，这说
明PVC3是一种具有较为优异的耐高低温性能的材
料，可以用于建筑材料的生产中。
表2 PVC3样品的拉伸性能
温度／℃
拉伸强
度／MPa
拉伸弹性模
量／GPa
断裂伸长
率／%
缺口冲击强度／
(kJ·m–2)
-3033 2.51037.2
-
1029 2.21077.6
1032 2.11077.9
3030 2.11128.5
4031 1.81218.7 2．3 改性PVC的耐磨性能
采用失重法对所制备的PVC的磨耗磨损性能进行了测试，所采用的方法为磨粒磨损法，实验结果见表3。由表3可见，随着PVC基体中增塑剂质量分数的提高，PVC的耐磨性能出现了一定程度的降低。这与其拉伸强度和拉伸弹性模量的变化趋势相似，主要是由于材料本身刚性的下降所导致的。当PVC基体中增塑剂的质量分数为10%~30%时，相应的改性PVC样品在磨损实验后，质量保持率均高于90%，这说明PVC1，PVC2和PVC3均表现出了较好的耐磨损性能。而随着增塑剂的质量分数进一步提升，PVC4和PVC5在磨损试验后，其质量保持率降低到了88.1%和87.6%，与另外三种改性PVC 样品相比，下降幅度较大。因此，通过磨损实验可知，当增塑剂的质量分数不高于30%时，相应PVC样品具有较为优异的耐磨损性能。
表3 改性PVC的耐磨性能
样品初始质量／g磨损后质量／g质量保持率／%
PVC1 5.77 5.3793.1
PVC2 5.42 5.0292.6
PVC3 5.56 5.0490.7
PVC4 5.71 5.0388.1
PVC5 5.82 5.1087.6
2．4 改性PVC的亲水性
在PVC基体中加入增塑剂后，增塑剂的极性会提高PVC的亲水性。通过对水接触角的测试和吸水率的测试评价了所制备的改性PVC的亲水性，结果见表4。
表4 改性PVC的亲水性能
样品
水接触角／
(°)
吸水前质
量／g
吸水后质
量／g
吸水率／% PVC189 5.74 5.750.17
PVC285 5.44 5.450.18
PVC375 5.61 5.630.36
PVC472 5.47 5.490.37
PVC568 5.26 5.280.38由表4的数据可知，当PVC基体中的增塑剂质量分数为10%和20%，其接触角分别为89°和85°；当增塑剂的质量分数增大到30%以上后，改性PVC 的水接触角显著减小，PVC3，PVC4和PVC5的水接触角分别为75°，72°和68°。实验结果表明，增塑剂的质量分数提高至30%时，PVC的亲水性出现了阶梯式变化，之后增塑剂的含量继续增高，亲水性的变化不再明显。图1为PVC1，
PVC3和PVC5的水接触角。由图1的水接触角也可以直观看出，样品PVC3和PVC5的亲水性要明显优于样品PVC1的亲水性。
PVC1:θ=89°PVC3:θ=75°
PVC5:θ=68°
图1 PVC1，PVC3和PVC5的水接触角
由表4可见，PVC的吸水率也呈现了与接触角相似的变化规律。PVC1和PVC2的吸水率较低，仅为0.17%和0.18%；当增塑剂的质量分数提高至30%后，出现了阶梯式提高，为0.36%；而进一步增大增塑剂含量，与PVC3相比，PVC4和PVC5的吸水率没有出现明显提升，分别为0.37%和0.38%。
以上实验结果表明，增塑剂的加入有效提高了
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(下转第74页)
PVC 的亲水性。尤其是在增塑剂的质量分数增加
至30%时，PVC 的亲水性得到了明显的提升。材料的亲水性提高，说明其极性得到了提升，那么印染性和粘附性也会得到有效地改善。2．5 改性PVC 的染性能
以溶剂染料蓝–5对PVC3进行染，染结果如图2所示。结果表明，PVC3片材染均匀，泽鲜亮，且染后的PVC 片材具有一定的透光性。阴干后，染后的PVC 片材浸泡在水中24 h 后，未出现脱现象；而在阳光下曝晒24 h 后，也没有出现脱现象。以上结果表明，PVC3具有良好的染性能，
且染后具有一定的牢固性。
图2 PVC3样品染照片
3 结论
制备一系列含有不同含量增塑剂对苯二甲酸二丁酯的PVC 样品。通过对其拉伸性能、冲击性能、耐磨性能和亲水性的研究发现，增塑剂的加入能够有效提高PVC 的柔韧性，但会同时使其强度降低。当增塑剂的质量分数为30%时，改性的PVC 样品(PVC3)具有较为优异的综合力学性能，拉伸强度、拉伸弹性模量、断裂伸长率、缺口冲击强度分别为30 MPa ，2.1 GPa ，112%和8.5 kJ ／m 2。而且样品PVC3在–30~40℃区间范围内，均表现出了较为优异的综合性能。增塑剂的加入还会影响到PVC 的耐磨性能和亲水性，当增塑剂质量分数不高于30%时，相应PVC 样品具有较为优异的耐磨性；当增塑剂质量分数不低于30%时，相应PVC 样品具有较为优异的亲水性。因此，PVC3是一种理想的建筑用PVC 材料。
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