增塑聚氯乙烯的改性研究
胡文涛;李建厂;丁雪佳;刘凤娇;魏永飞
【摘 要】采用物理共混的方法,用粉末橡胶(PNBR)、乙烯-醋酸乙烯酯-一氧化碳三元共聚物(Elvaloy 741)和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(MBS)3种改性剂改性增塑聚氯乙烯(PVC),通过对透光性能、力学性能、硬度和微观结构等性能测试,研究了3种改性剂对增塑PVC性能的影响.结果表明,MBS和Elvaloy741对增塑PVC的透明性影响较小,PNBR的加入导致增塑PVC不透明,呈乳白;随着改性剂的加入,共混物的拉伸强度降低,断裂伸长率升高,低温冲击强度增大,脆性温度降低. 印泥盒【期刊名称】《中国塑料》
【年(卷),期】2014(028)007
【总页数】5页(P60-64)
【关键词】粉末橡胶;乙烯-醋酸乙烯酯-一氧化碳三元共聚物;甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯;增塑聚氯乙烯;改性
【作 者】胡文涛;李建厂;丁雪佳;刘凤娇;魏永飞
【作者单位】北京化工大学北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室,北京100029;承德消防支队,河北承德067000;北京化工大学北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室,北京100029;北京化工大学北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室,北京100029;新乡市驼人医疗器械有限公司,河南长垣453400
【正文语种】浸涂中 文
【中图分类】TQ325.3
0 前言
PVC是一种用途广泛、产量大的通用塑料，一般可分为硬质品和软质品两大类。普通增塑PVC的缺点是弹性和耐寒性较差，所含增塑剂会因迁移、抽提、挥发而损失，弹性和耐寒性变得越来越差，最后变硬、变脆，从而丧失使用价值[1]。本文采用物理共混的方法，以PNBR、Elvaloy741和 MBS为分散相应用于增塑PVC，分别考查了不同用量时对增塑PVC常规性能以及耐寒性能的影响。
PNBR是丙烯腈与丁二烯的无规共聚物，是一种经轻度交联和专门稳定化处理的中等黏度、冷聚型粉末。PNBR作为PVC的改性剂，基于其与PVC良好的相容性，可以很好地分散在PVC连续相中。橡胶粒子在受到冲击、弯曲时，能诱发银纹和剪切带，形成裂纹来吸收能量，而在裂纹扩展时，橡胶粒子又能发生弹性形变来阻止裂纹的扩展。
MBS是由甲基丙烯酸甲酯（M）、丁二烯（B）及苯乙烯（S）采用乳液接枝聚合法制备的一种三元共聚物。在亚微观形态上具有典型的核-壳结构，内核是一个直径为10～100 nm的橡胶相球状物，外壳是由苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯组成的，正是这种特殊的结构赋予了制品良好的冲击性能和耐低温性能。
Elvaloy741是美国杜邦公司开发的乙烯-醋酸乙烯酯-一氧化碳三元共聚物，与乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）相比，由于在分子结构单元中引入了酮羰基，使极性提高，促进了与PVC的相容。其不仅可以作为PVC的增韧剂，还可以作为PVC的长效高分子增塑剂。
1 实验部分
1.1 主要原料
PVC粉料，SG-4，天津有机化工二厂；
增塑剂，液体，DINCH，巴斯夫公司；
Ca/Zn稳定剂，粉末，市售；
Elvaloy粒料，741，美国杜邦公司；
液晶显示片MBS粉料，717，山东瑞丰高分子材料股份有限公司；
PNBR粉料，GM50，江苏靖江广胜橡塑材料厂。
1.2 主要设备及仪器
高速搅拌机，SHR-10A，张家港市华美塑料机械有限公司；
双辊混炼机，XH-401B，东莞市细化精密测试仪器；
加硫成型试验机，XH-406，东莞市锡华精密测试仪器；
万能制样机，XY-6064，扬州市江都区轩宇试验机械厂；
太阳能手机充电器
电子万能材料试验机，UTM，承德市金建检测仪器有限公司；
冲击试验机，ResilP/N6957.000，意大利 CEAST公司；
邵氏橡胶硬度计，XY-1，上海化工机械四厂；
透光率雾度测定仪，WGT-S，上海精密科学仪器公司；
橡塑低温脆性试验机，MZ-4068，江都市明珠试验机械厂；
场发射扫描电子显微镜（SEM），JSM-6700F，日本电子株式会社。
1.3 样品制备
将PVC、增塑剂和稳定剂按比例加入高速搅拌机中，经过预增塑制得改性PVC粉；改性PVC粉的基本配方为：PVC 100份，增塑剂40份，稳定剂1.8份（均为质量份）；将改性PVC粉和改性剂按不同的比例称量，混合均匀后，在160～165℃的双辊混炼机上混炼，辊距由大到小，再由小到大，混炼10 min后出片，冷却；将片材剪裁，并称取合适质量的冷却样片，放入模具中，在180℃下用加硫成型试验机压制成片；将所制样片在常温下放置2
4 h以上后，用万能制样机裁成实验所需样条。
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1.4 性能测试与结构表征
按GB/T 2410—2008测试样品的透光率和雾度；
按GB/T 1040—2006测试样品的拉伸强度及断裂伸长率，拉伸速率为50 mm/min；
按GB/T 531—2008测试样品的肖（A）硬度；
按GB/T 1682—1994测试样品的脆化温度；
将样品在液氮中浸泡5 min，然后测试其低温冲击强度，样条无缺口，摆锤冲击能为2 J；
SEM分析：将样品在液氮中脆断，并将断面经真空镀金后，采用SEM观察其断面形貌与相结构。
2 结果与讨论
2.1 共混物的透明性
透光率是透射光通量与入射光通量的比值，而雾度是散射光通量与透射光通量之比，雾度可以衡量材料不清晰或混浊的程度，反映材料内部或外部表面对光线的散射程度[2]。
表1为共混物的透光率和雾度测试数据。可以看出，共混物PVC/PNBR不透明，呈乳白；共混物PVC/MBS和PVC/Elvaloy741的透光率和雾度随着MBS和Elvaloy741的加入逐渐降低，但是变化幅度比较小，共混物依然能保持较高的透光率和较低的雾度。这是因为PVC的折射率为1.530～1.538，溶解度参数为9.4，MBS的折射率为1.528～1.540，溶解度参数为9.4～9.5，两者的折射率相近，且两者的溶度参数接近，两者共混不影响PVC制品的透明性[3]；Elvaloy741的折射率为1.496～1.536，溶解度参数为9.2～9.3，与PVC的折射率和溶解度参数均相近，可以看出两者相容性优良[4]，故对共混物的透明性几乎没有影响。
表1 共混物的透光率和雾度Tab.1 Transmittance and haze of the samples_________________________________改性剂__________________类型___含量/% 透光率/% 雾度/%MBS Elvaloy741_______0_______________________________________85.3_8.12_______2_______________________________________84.3_8.53_______4____________84.9
8.79_______6_______________________________________84.5_7.83______8____________83.6 9.54_____10____________83.9 8.36______0_____________________________________85.38.12______2____________83.8 10.68______4____________84.7 10.96______6____________84.3 11.78______8____________82.7 11.25_____________________10 83.5 10.84
2.2 共混物的拉伸性能
图1给出了3种改性剂不同含量时对共混物拉伸强度的影响，可以看出，随着改性剂的加入，共混物的拉伸强度逐渐降低。图2表示3种改性剂不同含量时对共混物断裂伸长率的影响，可以看出，共混物的断裂伸长率随着改性剂的加入有明显提高。这是因为PNBR、Elvaloy741和MBS本身的力学性能低，但是具有良好的柔韧性，所以共混物表现为拉伸强度下降，断裂伸长率提高[5-6]。
图1 共混物的拉伸强度曲线Fig.1 Tensile strength curves of the blends改性剂：■—Elvaloy741●—PNBR▲—MBS
图2 共混物的断裂伸长率曲线Fig.2 Elongation at break of the blends改性剂：■—Elvaloy741●—PNBR▲—MBS
portal认证服务器2.3 共混物的低温性能
图3是共混物的低温冲击强度曲线图。由图3可以看出，随着改性剂含量的增加，共混物的低温冲击强度逐渐增大。Elvaloy741对共混物的低温冲击强度改性效果最为明显，当Elvaloy741的含量为10%时，共混物PVC/Elvaloy741的低温冲击强度达到31.5 kJ/m2，是纯PVC低温冲击强度的2倍多。当改性剂含量为10%时，共混物PVC/PNBR和PVC/MBS的低温冲击强度为纯PVC低温冲击强度的1.5倍多。
图4是共混物的脆性温度曲线图，可以看出，随着改性剂的加入，共混物的脆性温度逐渐下降。当改性剂含量为10%时，PVC/MBS、PVC/Elvaloy741和PVC/PNBR 3种共混物的脆性温度分别达到了-49.8、-46.4、-42.7℃。相对于纯PVC来说，分别降低了11.9、8.5、4.8 ℃，可以看出 MBS对共混物的脆性温度降低作用最为明显。
图3 共混物的低温冲击强度曲线Fig.3 Low temperatureimpact strength of the blends改性剂：■—Elvaloy741●—PNBR▲—MBS
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