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聚乙烯蠟小編分享提高PVC配方耐寒性的方法

文章出處:網責任編輯:青島賽諾作者:青島賽諾人氣:-發表時間:2019-05-23 08:55:00【

 PVC塑料是五大通用合成塑料之一,是目前世界上僅次于聚乙烯的第二大塑料品種。PVC塑料具有良好的物理及機械性能,可用于生產建筑材料、包裝材料、電子材料、日用消費品等,廣泛應用于工業、農業、建筑、交通運輸、電力電訊和包裝等各領域。由于其耐寒性和低溫抗沖擊性能較差,硬PVC的使用溫度下限一般為-15ºC,限制了PVC材料在某些方面的應用。通過對PVC樹脂和助劑的調整,可以有效地提高PVC塑料的耐寒性,滿足低溫需要。本文著重從配方角度論述了提高PVC耐寒性的一些方法,供大家參考。 

1 PVC樹脂 

PVC樹脂是一種非結晶、極性的高分子聚合物,其玻璃化溫度依分子量大小為75~105ºC,相對分子質量越大,粘數越高,PVC大分子鏈間范德華引力或纏繞程度相應增加,PVC鏈段增長,材料的耐低溫性愈好。 

在常規PVC配方中,如只需應付北方冬季寒冷氣候,可采用選取粘數稍高,即平均分子量稍大的PVC樹脂,可以是同一牌號中粘數值偏高的PVC或更低牌號樹脂。 

另外,在一些特殊要求的制品中,如可耐-30ºC的血袋等制品中,可選用高聚合度聚氯乙烯樹脂(平均聚合度大于2000[1],這是因為高聚合度PVC有著比常規PVC樹脂大的結晶度和類交聯結構,使大分子間滑動困難,彈性增加,同時分子量增大,分子間范德華力和分子內化學鍵合力增加而獲得優良的耐寒性。 

2 增塑劑 

增塑劑作為PVC軟制品的重要配方組分,對軟制品的性能影響很大,如要求制品在低溫下使用,必須選擇好增塑劑的類型。目前作為耐寒性增塑劑使用的主要有脂肪酸二元酸酯、直鏈醇的鄰苯二甲酸酯、二元醇的脂肪酸酯以及環氧脂肪酸單酯等。據報道,N,N-二取代脂肪酸酰胺、環烷二羧酸酯,以及氯甲氧基脂肪酸酯等,也是低溫性能優良的耐寒增塑劑。 

提高PVC軟制品的耐寒性,一般可通過增加耐寒增塑劑的用量來獲得。DOA(己二酸二辛酯)、DIDA(己二酸二異癸酯)、DOZ(壬二酸二辛酯)、DOS(癸二酸二辛酯)是作為耐寒增塑劑使用的代表性品種,由于一般耐寒增塑劑與PVC的相容性都不十分好,實際上只能作為改善耐寒性的輔助增塑劑使用,其用量通常為主增塑劑的5~20%。[2] 

另外,2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二異丁酸酯(TXIB)、硬脂酸丁酯、LHAT酸一二甘醇一二一2一乙基酸酯等產品也具有耐寒增塑劑的作用。 

蔣佩芬研究指出[3],以改善薄膜耐寒韌性及低溫伸長為目的時,使耐寒增塑劑與六甲基磷酰三胺并用為佳。因為六甲基磷酰三胺雖本身不是耐寒增塑劑,但它可以有效地降低各種增塑劑的凝固點,達到強化薄膜耐寒效果的目的。 

3 改性劑 

改進PVC低溫耐沖擊強度性能差的有效辦法是加入玻璃化溫度較低,在室溫下顯示高彈性的高聚物,統稱為改性劑。其中所添加的高聚物應與PVC有相近的溶解度參數,有一定互溶能力,能形成兩項結構的共混物,從而改善制品的低溫沖擊強度。 

張正紅研究結果表明[4],CPE可提高制品的低溫性能,沖擊強度等。隨著CPE用量的增加,PV C制品的沖擊性能會逐漸提高。當用量增加到一定程度時,PV C制品低溫沖擊性能會趨于穩定,在8、9份左右達到合適的性能價格比。粉末丁腈橡膠(NBR)隨用量增加,會使硬PVC的低溫沖擊強度逐步提高。EVA流動性能很好,玻璃化溫度低,低溫增韌效果好,但成本高。ACR有優良的低溫沖擊強度及耐侯性能,并可改善制品的外觀,一般加入5份就可達到很好的效果。高沖擊型MBS的玻璃化溫度較低,對PVC材料的低溫脆性有良好的改善作用,但耐候性差。ABS可提高PVC材料的低溫沖擊強度,同時改善制品的外觀。另外,SBS等一些含有橡膠相,且具有較低玻璃化溫度的物質,也有提高PVC沖擊強度和耐寒性的作用。 

韓輝升等研究改性軟質PVC耐寒性結果表明[5],共混改性軟質PVC的耐寒性能明顯受高分子改性劑品種和用量的影響。通過各種方法測試發現,Elvaloy 711(乙烯一醋酸乙烯一氧化碳共聚物), NBR-26(塊狀丁睛橡膠),Chemigum P83(預交聯粉末丁睛橡膠)等高分子改性劑能夠顯著改善軟質PVC的耐寒性能,而某些高分子改性劑如CPE和低VA含量的EVA則會損害軟質PVC的耐寒性能。丁睛橡膠類改性劑由于可改善軟質PVC的耐介質(汽油)性能,從而能夠提高經汽油浸泡過的軟質PVC的低溫性能。 

市場上推出的耐寒劑,如K-175C、N-550C等產品其實是為了改善PVC低溫柔順性和抗沖強度而開發的一種苯乙烯類改性劑。由于其具有較低的玻璃化溫度,并與PVC具有良好的相容性,具有一定增塑和增韌作用。所以在PVC中加入后,能提高和改善PVC低溫性能。 

4 熱塑性彈性體 

熱塑性彈性體(TPE)是一類在常溫下顯示橡膠彈性,在高溫下又能塑化成型的合成材料,因此,這類聚合物兼有橡膠和熱塑性塑料的特點,它既可以作為復合材料的增韌劑,又可以作為復合材料的基體材料,這類材料主要包括聚氨酯類、苯乙烯類、聚烯烴類、聚脂類、間規1,2-聚丁二烯類和聚酰胺類等產品。目前比較多用作復合材料增韌劑的是苯乙烯類和聚烯烴類。 

PVC-TPE制品的耐寒性至少不低于軟質PVC,采用耐寒增塑劑和耐寒配方時,PVC-TPE-45下仍保持良好的彈性。在耐寒、耐海水制品方面諸如船舶密封件、集裝箱密封件、船用軟管等,PVC-TPE也受歡迎。如H4040、H3303等牌號的TPEPVC有好的相容性,添加后能明顯改善PVC的低溫柔順性,顯著提高其耐曲繞能力,降低脆化點。 

日本塑料技術公司最近也開發出一種熱塑性聚氨酯-聚氯乙烯彈性體。[6]這種材料以TPUPVC及第三組份配合后經混煉而成,充分發揮了TPUPVC兩者優良特性,具有以下優點:(1)TPU作為PVC的增塑劑使用,消除了過去軟質聚氯乙烯存在的增塑劑遷移、揮發的問題。(2)PVC材料的脆化溫度也由-30降低到-68,達到了特殊耐寒級。 

5 填充劑 

填充劑對軟質PVC耐寒性的影響與其增塑劑吸收量有關,一般趨勢是增塑劑吸收量小的填充劑對耐寒性影響小,而炭黑、硬質陶土等增塑劑吸收量大的填充劑,則會使PVC耐寒性有比較明顯的降低。 

硬質PVC中加入填充劑往往會影響沖擊性能,尤其是低溫脆性會隨填充劑用量的增加而增大。這是因為填充劑作為無機粒子被加入PVC中時,它會填入分子鏈間。當用量少時,它填入一些分子鏈的縫隙中,起補強作用;或填入分子鏈間,起到增大分子間距離而使體系韌性增加的作用。但當其用量增加時,隨著分子間距離的增加,分子間的作用力被破壞,加上低溫時,分子鏈段的活動性降低,材料抵抗外界沖擊力的能力劇烈下降。所以對硬PVC的低溫沖擊性能有不良影響。 

填料經過處理后,會對材料拉伸性能有所改善,但對低溫抗沖性能的改善不太明顯。究其原因,與填料粒子占據了PVC分子鏈的活動空間有關。盡管活性填料與PVC分子鏈的結合力增大,但這種增大,只在分子受拉伸力時的強度有所提高,而材料的脆性只會因填料粒子加入的增多而增大。[7] 

納米碳酸鈣、超細碳酸鈣添加到PVC中,由于小尺寸效應,使其具有類似改性劑的作用,在一定用量范圍內可以改善PVC材料的低溫性能,但由于沒有低的玻璃化溫度,效果沒有改性劑明顯,而且添加到一定量后,材料的低溫脆性會上升。 

6 其它助劑 

在一般配方中,可以采用提高具有促進塑化作用的內潤滑劑用量,而減少加工助劑添加量的辦法,但在耐寒配方中不推薦此種方法。因為加工助劑的作用不僅僅在于改善PVC的加工性,而且,它的作用對于制品的低溫性能有較大的改善,這一作用潤滑劑無法替代。 

軟質PVC阻燃增塑劑最常用的是磷酸三甲苯酯,但磷酸三甲苯酯的低溫性能很差,所以在需要考慮耐寒性的場合使用烷基磷酸酯更為適合。 

常用穩定劑對PVC制品的耐寒性均有消極作用,不同品種的穩定劑因其形態和物性不同,對制品耐寒性的影響也不盡相同。由于必不可少,而且用量有限,因此,一般配方設計時很少考慮這方面的問題。 

總之,通過選/換用耐寒性更優的助劑,引入一些具有抗寒功能的聚合物等一系列配方調整辦法,可使PVC材料的耐寒性能得以提升,達到低溫使用要求。同時,我們也應注意到加工溫度、冷卻溫度、牽引速率、結構設計等諸多方面,也會對PVC制品的耐寒性產生一定影響。因此,在設計PVC配方時,一定要將應用條件、制品結構、加工設備、工藝條件等各方面因素,同配方一起綜合考慮,并通過試驗進行相應調整,最終獲得具有優良耐寒性能的PVC配方。

 

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