ACR接枝共聚高抗沖PVC樹脂的制備

張作岐趙秋穎

（1.新疆中泰化學股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830009；2.北京化工大學，北京 100029）

PVC硬制品具有硬度高、阻燃、耐酸堿腐蝕、絕緣性能好且價格低廉等優(yōu)點，廣泛使用于各個行業(yè)。而普通PVC硬制品具有材料易老化、缺口沖擊強度不高、韌性差等缺陷，從而限制了通用PVC樹脂在某些特定領域的廣泛應用。而通過納米粒子進行增韌改性，使樹脂同時具有高強度、高韌性、高耐熱性已成為通用PVC改性的趨勢[1]。新疆中泰化學股份有限公司與北京化工大學合作，開發(fā)的新型高抗沖PVC復合樹脂，該樹脂采用丙烯酸酯類單體為主要原料，通過種子乳液聚合，制得納米級聚丙烯酸酯復合膠乳，再將其與氯乙烯單體進行懸浮接枝共聚復合而成。

1.合成

1.1 主要原材料及處理

BA、EHA、MMA，工業(yè)品，北京東方化工廠；BGDMA，工業(yè)品，廣州諦科；K2S2O8，工業(yè)級，上海優(yōu)揚；DS-4，化學純，法國羅地亞；DW、VC、N2，工業(yè)級，新疆中泰；NH4HCO3，工業(yè)品，鄭州宏石；EHP，工業(yè)品，新疆華泰隆；HPMC，工業(yè)品，美國道化學；PVA，工業(yè)品，英國新特碼。

1.2 主要生產(chǎn)裝置及設備

聚合反應釜（10L、7m3）兩臺；乳液配制釜（50L、500L）兩臺；出料槽（13 m3）兩臺，離心機（LW350-N一臺），流化床（4000 m3/y）一套。

1.3 ACR復合膠乳的配方組成

DW:100份；NH4HCO3:0.40份；DS-4:0.10份；種子液部分:BA/EHA/MMA/BGDMA混合液 20/5/10/0.4份 ；K2S2O8:0.022份；SDS:0.3份；主體部分BA/EHA/BGDMA混合液 50/20/1.2份。

實驗步驟按照乳液聚合基本步驟進行，反應過程需氮氣保壓，出料調(diào)節(jié)pH值至中性。

1.4 高抗沖PVC復合樹脂的配方

VC:100份；DW:200份；HPMC/PVA:0.10/0.20份；ACR復合膠乳:4.0-6.0份（固含量）；EHP:0.05份；NH4HCO3:0.006份。

生產(chǎn)方法按照通用SG-5型樹脂生產(chǎn)步驟進行。

2.性能測試

2.1 膠乳粒徑的測定

采用動態(tài)光散射法測定，儀器為英國馬爾文ZETASIZER 2000。

2.2 力學性能測試配方

ACR改性復合樹脂:100份；鈣鋅熱穩(wěn)定劑:5.0份；硬脂酸:0.8份；聚乙烯蠟:0.8份。

將復合樹脂與各種助劑配合好后，放在高速混合機中混合，5分鐘后出料。

2.3 力學性能測試板材的制備

試樣制備和性能測定按《GB/T 12001.2-2008》制備，將混好的物料放在開煉機上混煉8-10分鐘，輥溫175℃-180℃，薄通12次，出片厚度約1.0-2.0mm。在平板硫化機進行壓片4mm，裁樣用于力學性能測試。

2.4 物理力學性能的測定

缺口沖擊強度的測試:將板材按《GBT 1043.1-2008》標準用缺口試驗機制成缺口沖擊樣條，于23±2℃下放置24小時后，在簡支梁沖擊試驗機上進行試驗。

維卡軟化點溫度的測定:根據(jù)《GBT1633-2000》維卡軟化點的試驗方法，所用負荷為A法（9.81N），測得兩個平行試樣的維卡軟化點溫度，取平均值。

拉伸強度的測試:按《GB/T1040.2-2006》在微機控制電子萬能試驗機進行拉伸試驗。測試溫度:23℃；拉伸速率:10mm/min。

流變性能的測定:用轉(zhuǎn)矩流變儀測定該復合樹脂及通用PVC樹脂相關配方的凝膠化時間，并對它們的加工塑化性能進行對比。樣品量50克，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速40rpm，塑化溫度180℃。

3.測試結(jié)果

3.1 膠乳粒徑

利用粒徑分析儀測定兩批次乳液粒徑:1#乳液平均粒徑為102.5nm,2#乳液平均粒徑均110.6nm，粒徑分布也比較窄，均小于0.1。該粒徑范圍在丙烯酸酯乳膠粒子增韌聚氯乙烯樹脂的最佳范圍之內(nèi)[2]。

3.2 復合樹脂物理力學性能

按照2.4所示方法測得的樹脂物理力學性能如表1所示，1#和2#是兩個不同批次的高抗沖PVC復合樹脂，C是通用SG5型樹脂。從測試數(shù)據(jù)可以看出，3#樹脂沖擊強度只有5.5 kJ/m2，A、B樹脂沖擊強度超過40kJ/m2以上，是通用PVC樹脂的8倍以上。這是由于聚丙烯酸酯類玻璃化溫度都較低，常溫下都為橡膠態(tài)，能夠?qū)τ操|(zhì)PVC起到增韌作用[3]，更為重要的是氯乙烯單體在聚丙烯酸酯膠乳中具有溶脹特性，可形成具有半互穿網(wǎng)絡兩相結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸酯接枝氯乙烯復合樹脂，而半互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)使兩相之間形成良好的結(jié)合力好，同時聚丙烯酸酯膠乳粒子能夠達到納米尺寸的分散，所以使得增韌效率進一步提高,最終得到綜合性能優(yōu)異的高抗沖PVC復合樹脂。

表1 力學性能測試結(jié)果

3.3 復合樹脂塑化時間短

用轉(zhuǎn)矩流變儀測試A、B、C

從表數(shù)據(jù)分析可以看出1#、2#配方塑化時間短、平均扭矩低、物料流動性均較3#SG-5型樹脂要好，通過對比可以看出，ACR高抗沖PVC復合樹脂易塑化，加工性能和流動性能優(yōu)異。

表2 力學性能測試結(jié)果

4.結(jié)語

通過以上性能測試結(jié)果分析，可以得出以下結(jié)論:

4.1 在傳統(tǒng)PVC懸浮聚合基礎上，引入聚丙烯酸酯類ACR乳液，形成了聚丙烯酸酯與PVC兩相之間穩(wěn)定的半互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，從而使該復合樹脂的沖擊韌性得到大幅度提高。

4.2 該復合樹脂流動性能好，拓寬了PVC的加工范圍，可進一步提高PVC在高強度塑料產(chǎn)品中的應用。

[1]呂坤，現(xiàn)代塑料加工應用，2000，12（4）:51-53．

[2]潘明旺，張留成，ZL 02148636.0，2004.12.22．

[3]潘明旺，張留成．P(BA-EHA)/PVC復合膠乳的制備及表征．高分子學報，2003，(4):513-518．