論聚氯乙烯樹脂耐熱和增韌改性研究進展

魏斌強

摘 要：聚氯乙烯簡稱為PVC，是一種通用樹脂，應用很廣泛，比如農業、建筑、工業、汽車、電子電氣等領域。它具有電絕緣性、耐化學腐蝕性、質輕、強度高且易于加工還有阻燃性等特征。同時聚氯乙烯樹脂也存在不足，它本身的熱穩定性比較差，在制作聚氯乙烯樹脂混合料的過程中必須要與潤滑劑、穩定劑、增塑劑、填料、顏料等搭配使用。該文就簡述目前我國對聚氯乙烯樹脂的耐熱性、增韌改性性能的研究進展情況。

關鍵詞：聚氯乙烯樹脂 耐熱改性 增韌改性

中圖分類號：TQ325.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（c）-0085-02

我們國家的聚氯乙烯樹脂的品種就有上百種，共聚樹脂5種、均聚樹脂約71種、專用料11種。聚氯乙烯樹脂可加工成硬質、半硬質或軟質制品，用途廣泛，方便了人們的生活。

1 聚氯乙烯樹脂的產品需求及品種

聚氯乙烯樹脂在各行各業的使用量還是很大的，從目前來看，聚氯乙烯樹脂產品中35%用于軟質品生產，軟質品生產中主要還是包裝材料、電線電纜和壁紙等。另外的65%消費領域都在硬質品的生產上，比如門窗及型材、管材、硬片及板材和管件等，硬質品的發展還是以符合建材市場要求的一些制品和原料為主。不管是硬質品還是軟質品，都朝著低增塑劑、無毒性方向發展。

我國目前聚氯乙烯樹脂牌號可分為兩類，引進國外的技術樹脂牌號和國內的技術牌號。國內的主要是中國國標疏松型（SG1～SG8）8個，而聚氯乙烯樹脂的國外引進技術牌號是比較多的，比如有6個美國古德里奇技術、6個歐洲EVC公司技術、15個日本窒素公司和6個日本信越公司技術。國內自行開發的牌號主要有醫用級、衛生級、高聚合度、低聚合度和球形樹脂等。還有混合型的比如糊樹脂，這種樹脂里面的牌號包括9個中國國標、6個日本吉昂公司、8個三菱化成公司、10個美國西方石油化學公司。

2 聚氯乙烯樹脂耐熱改性的方法

因為我們常用的聚氯乙烯樹脂存在熱穩定性差的缺點，所以導致在加工的過程中容易發生由于受熱活性部位產生催化脫氯化氫反應，并會引發交聯、斷鏈等反應，從而導致其降解、變色。為了彌補其目前的這些缺點，拓寬其使用的范圍，國家努力對通用的聚氯乙烯樹脂進行了耐熱改性，研究開發了新型的耐熱聚氯乙烯樹脂。對于耐熱型的聚氯乙烯樹脂的改性方法主要采用的是共混、添加熱穩定劑、共聚、氯化還有交聯等方法[1]。這種新型的耐熱聚氯乙烯樹脂既可以改善耐熱的性能，也能拓寬其使用的范圍。

第一，共混改性。在所有高分子改性中最常用、研究最多的方法就是共混改性。這種改性方法的使用是在聚氯乙烯樹脂的材料中通過加入玻璃化來轉變較高溫度的樹脂，然后通過兩種樹脂的混合來達到提高其耐熱性能的效果。這種方法可實施性強并且比較簡單。能進行工業化生產的并且頗具代表性的耐熱改性劑應該就是在20世紀80年代出現的一種N-取代馬來酰亞胺（N.MI）型高分子耐熱改性劑，這種改性劑的特點是與各種樹脂相容性好、熱穩定性好、耐熱程度高、無毒。

第二，交聯改性。在制備耐熱材料里面非常重要的一種方法就是交聯，交聯的應用原理是通過使用交聯劑來接枝、共聚或者是通過輻射來促使分子發生交聯反應，從而形成網狀的結構，這種網狀的結構不僅可以大大提高材料的熱變形溫度、降低熱收縮率，并且可以使分子之間不能滑移，提高了力學的性能。我國目前對聚氯乙烯樹脂交聯的方法有化學交聯、X射線交聯和紫外光交聯[2]。對比研究比較多的是盛茵他們，通過用過氧化二異丙苯與雙馬來酰胺酸兩者的配合來交聯聚氯乙烯，從他們的研究里面發現增塑劑的用量和交聯劑的用量都與凝膠率的關系很大，得出的結論是如果增塑劑用量增加的話，會導致聚氯乙烯的交聯反應速率變慢，從而使凝膠率變低；如果交聯劑用量增多的話，凝膠率也會跟著增大。所以發現了增加反應時間或者提高反應溫度都可以提高凝膠率，并且交聯的聚氯乙烯材料的熱穩定性、拉伸強度、電性能、彈性模量等均比未交聯聚氯乙烯好，并且隨著交聯聚氯乙烯凝膠率的增加而增加，而其斷裂伸長率則隨著聚氯乙烯交聯程度的增加而減少了。

第三，添加熱穩定劑。提高聚氯乙烯耐熱性能的一條重要途徑就是添加熱穩定劑，聚氯乙烯的制品結構是不一樣的，所以對熱穩定劑的消費結構也是不同的，我國和世界最常用的是金屬皂復合穩定劑和傳統的鉛鹽穩定劑。目前在世界上已經被商品化的熱穩定劑主要有幾種，例如：有機的錫穩定劑、鉛鹽的穩定劑、稀土的穩定劑還有金屬皂復合的穩定劑等。

使用最多的是金屬皂復合穩定劑，它的主要組成成分是用金屬皂類穩定劑，并在里面加入一些其他的復合產品，例如：有機錫類穩定劑、鉛類穩定劑等。因為金屬皂類穩定劑大多是由堿土金屬和重金屬等生成的，所以品種比較多，但是按穩定機理一般可以分為Ba/Ca和Cd/Zn兩大類。金屬皂的熱穩定性其實要差于其他，但是它無硫污染并且有一定的潤滑作用。

3 聚氯乙烯樹脂增韌改性的機理

聚氯乙烯樹脂增韌改性機理主要有兩個方面，一是剛性粒子的增韌機理，二是彈性體增韌機理。

第一，剛性粒子增韌機理。

（1）冷拉機理。冷拉機理的原理是把橢圓形或者圓形的粒子均勻地分散到聚氯乙烯樹脂之中，因為分散相ROP與連續相PVC的泊松比（r）和楊氏模量（E）存在著很多的不同，這時候就會產生一種靜壓強，存在于兩相界面之間，隨著這種靜壓強逐漸變高，就會使分散相ROF出現屈服而變成拉伸[3]。由于產生了塑性形變所以分散相粒子就會逐漸變扁、變長，所以想要提高材料的韌性就要吸收大量的沖擊能量，那就必須要ROP發生轉變。

（2）空穴增韌機理。由于分散相ROF呈現出規整的球狀分散在PVC基體的連續相中，這樣就會在分散相粒子的四周出現空穴，兩相之間也才有了最明顯的界面。當受沖擊的時候，界面有時會產生脫離，脫離以后會形成微小的空穴，那這些空穴就容易吸收所有的能量，這樣也會使材料受沖擊的強度得到提高。

第二，彈性體增韌機理。

（1）網絡增韌機理。彈性體會形成連續的網絡結構，這種網絡結構中包含有聚氯乙烯樹脂的初級粒子。在這個里面想要材料的韌性得到提高，就需要做到彈性網絡的結構吸收沖擊能，同時需要初級粒子也會吸收部分的能量。

（2）剪切屈服-銀紋化理論。彈性體它會分散于基體連續相中以顆粒狀的形態均勻地分布，這樣才能出現兩種情況，一種是宏觀的均相，另一種是微觀的分相，并且作為力集中體的彈性體顆粒，會因為產生和發展了這些銀紋和剪切帶而消耗掉大量的能量，從而增強韌性。

4 結語

綜上所述，聚氯乙烯簡稱為PVC，是一種通用樹脂，應用很廣泛，比如農業、建筑、工業、汽車、電子電氣等領域。它具有電絕緣性、耐化學腐蝕性、質輕、強度高且易于加工還有阻燃性等特征。同時聚氯乙烯樹脂也存在不足，它本身的熱穩定性比較差，在制作聚氯乙烯樹脂混合料的過程中必須要與潤滑劑、穩定劑、增塑劑、填料、顏料等搭配使用。我國市場對聚氯乙烯產品的要求越來越強烈，近幾年來，我國對聚氯乙烯產品的工程進行了開發，并且發展也很迅速。為了讓其應用的領域實現廣泛性，也為了更好地為經濟建設服務，所以科學家們從耐熱改性和增韌改性等方面研究，生產出更好、更容易加工的新型聚氯乙烯樹脂。

參考文獻

[1] 周杰，肖漢文，葉正濤.聚氯乙烯的增韌改性研究進展[J].膠體與聚合物，2015，1（4）：171-174.

[2] 張強.試論環氧樹脂的改性研究進展[J].化工中間體，2015（7）：166.

[3] 高洲洲.聚氯乙烯樹脂行情分析及發展趨勢[J].工程技術，2016，1（2）：00291.