聚氯乙烯樹脂增韌改性研究淺析

江羿鋒

【摘要】作為通用型樹脂的代表，聚氯乙烯（以下簡稱PVC）樹脂以其低廉的成本、廣泛的用途、優良的性能成為市場上應用十分廣泛的樹脂材料。然而作為通用型樹脂，PVC也存在一系列性能方面的短板，如熱穩定性較差、熱加工不便、流動性差、收縮率較低、耐候性較差等，所以對其進行改性一直是業內研究的重點，其中增強其韌性的改性更是重中之重。因此本文對近年來PVC增韌改性方面的成果進行相應的對比和簡要的分析。

【關鍵詞】聚氯乙烯樹脂 增韌改性 研究

一、電石渣增韌改性

作為PVC生產及消費的大國，我國PVC年產量為1600萬噸左右，其中由于自然資源稟賦所限，以電石法生產為主，其產能占總產能的百分之八十以上。而作為生產廢棄物，電石渣的處理問題也一直困擾著各個企業。電石渣主要由CaCO3、CaO、SiO2及其他一些金屬氧化物、堿組成，雖然是一種工業廢棄物，但電石渣穩定性較好，耐熱、耐磨，并具有較好的分散性，因此可以作為復合材料的填充物加以利用。經過一系列試驗證明，若僅僅將電石渣和PVC兩者直接進行混合，由于兩者的極性相差較大使得最終的產品相容性較差，所以在用電石渣進行填充時偶聯劑的作用就變得十分重要。

經過試驗證明，在填料份數為10phr的情況下填充電石渣與填充重質碳酸鈣的增韌改性效果相當。而目前對PVC進行填充加工時重質碳酸鈣已經成為了一種通用型填料，所以電石渣在PVC樹脂的加工應用中也將會取得較好的效果。在偶聯劑的選擇方面，經過試驗證明硅烷偶聯劑KH570效果更為突出，這得益于其較為特殊的分子結構，首先電石渣中的主要成分為Ca（OH）2，含有大量的羥基，而KH570中的甲氧基團經過水解縮聚后與電石渣中的羥基相互作用形成氫鍵或反應生成共價鍵，促進偶聯劑與填充物的結合；其次KH570中還含有異丁烯酸丙脂基，與PVC分子鏈實現較為緊密的結合，因此大大增加了電石渣與PVC的相容性。

而隨著填充料電石渣份數的增加，PVC樹脂的各項力學性能都獲得了相應的提升，根據數據的對比我們發現當電石渣填充份數達到20phr時樹脂的力學性能最優，其沖擊強度與純樣相比提高了43.8%。這是因為在進行填料填充時無機粒子的加入量較少時填料無法很好地與基體結合并在其中分散，造成增韌效果不明顯，而如果填料添加過多，則會導致填料顆粒在基體中分布不均勻，甚至產生填料團聚，基體分子鏈間間距增大，進而導致樹脂整體的力學性能下降，甚至產生銀紋、斷裂等現象。

二、PVC/CPE/CaCO3增韌體系

氯化聚乙烯（CPE）因價格低廉、增韌效果較好而在以往的PVC改性研究中被廣泛使用，并由此衍生出了多種PVC增韌改性體系，其中應用較廣的就是PVC/CPE/CaCO3增韌體系，因其能在提高PVC韌性的同時基本保持拉伸強度。有研究表明在對PVC進行填充前先將CPE 與CaCO3混合，再與PVC及其它助劑一起混煉的二步混合法，能在原有基礎之上顯著改善 CaCO3在基體中的分散，形成更為理想的填充體系。由于CPE在體系中也充當了偶聯劑的作用，所以其添加量的大小會對填充體系的相容性及沖擊強度產生明顯的影響。

PVC/CPE/CaCO3增韌體系中存在CPE的脆韌轉變量，即當CPE的含量低于20phr時復合材料的沖擊強度會顯著上升。在加入相同含量的CaCO3時，CPE加入量為10phr的復合材料的沖擊強度為12.32KJ/m2，而未加入CPE的復合材料的沖擊強度僅為4.52KJ/m2。而當CPE含量由0增長至10phr的過程中，其沖擊強度呈現出迅速升高的趨勢，之后當 CPE含量由10phr增加至20 phr時，其沖擊強度又呈現出逐漸緩慢下降的趨勢。

從試驗整體反應的情況筆者還發現雖然CPE 的加入會使復合材料的拉伸強度下降，但拉伸強度與CPE含量關系的曲線圖卻顯示當CPE的含量由5phr增加至15 phr時，復合材料的拉伸強度數值并沒有明顯的變化，基本呈現為水平線。而當CPE 含量為 10 phr 時，其沖擊強度為未添加試樣的近三倍，反觀其拉伸強度只下降了25%左右。因此我們可以認為在PVC/CPE/CaCO3增韌體系中，當CPE含量為10phr時其力學性能達到最優。

三、PVC/PUR-T/GF增韌體系

在有些對聚氯乙烯性能要求較高的場合，單純地通過無機物進行填充加強已不能實現市場對其期待的標準，所以有時我們也會加大成本，采用對其填充有機物的方式進一步提高其力學性能。例如在汽車工業中我們常采取以熱塑性聚氨酯彈性體（PUR–T）為增韌劑、連續玻璃纖維（GF）為增強劑、以PVC為基體的增韌體系，通過熔體浸漬擠出工藝使其共混，可以得性能性能更為理想的PVC復合材料。

在之后的試驗中我們發現隨著PUR–T或連續GF含量增加，復合材料的力學性能和耐熱性能均得到提高，相較于之前的無機填充提高了很多。當PUR–T含量為25phr、GF含量為30phr時復合材料的拉伸強度達到了83.42MPa、缺口沖擊強度為19.81KJ/m2、彎曲強度為106.33MPa、彎曲彈性模量為8823.36MPa、維卡軟化溫度分別為74.1℃。通過試驗數據我們還發現復合材料的儲能模量和玻璃化轉變溫度與GF的含量正相關，損耗因子則與之相反。

四、總結

通過對三種PVC增韌體系的研究我們發現PVC的增韌研究已日趨成熟，對各種填料的添加量與性能的關系也可通過各類試驗得到詳盡的數據。當然在各個體系當中各種成分添加量對性能的影響還可以通過更廣泛的試驗進行驗證。更重要的是對PVC的增韌改性采取何種方案還要取決于實際的需要，而實際的需要往往又隨著社會的發展和生活的需要在不斷擴展外延。例如采用電石渣進行填充可能出于處理工業廢料的考慮，而使用CPE、CaCO3作為增韌助劑則更多的是從降低成本的角度出發，至于使用有機材料進行復合加工，則是應用于對產品性能要求更高的場合，盡管其成本要求更高一些，但這種復合材料自然具有相對應的市場價值。

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