增塑劑對PVC塑料材料性能的影響分析

張焱

摘 要：本文的研究分別利用兩種增效劑，對聚氯乙烯實施改性試驗，借助熱壓成型技術對塑料實施制備，對兩種增塑劑數量添加對塑料材料力學能力和熱學能力影響程度進行分析，同時借助光學顯微鏡觀察斷面狀況，分別對兩種增塑劑抽出率和遷出率進行測定。添入兩種增塑劑，都可以有效降低了塑料材料的玻璃化溫度和粘性，完全改善了加工和耐低溫的性能;但導熱系數都表現為先大后小的趨勢。兩種增塑劑為DOP增塑劑和Poly聚己二酸丙二醇酯增塑劑。本文將分析該兩種增塑劑對PVC塑料復合材料性能的影響。

關鍵詞：增塑劑;PVC材料;性能影響;分析

0 引言

半硬質PVC塑料材料家族中的重要部分，該產品采用熱塑性塑料與增塑劑進行混合，然后經過壓延制作手段產出的薄膜。本研究對PVC塑料復合材料進行改性，分別加入兩種增塑劑，研究Poly和DOP數量的添加影響復合材料熱學性能和力學性能的程度，并深入研究DOP和Poly的作用機理，以對兩種增塑劑在材料中的遷移抽出率實施測定。本文將從以下幾個方面研究。

1 增塑劑使用劑量影響PVC塑料力學性能的程度

試驗證明，加入少量的增塑劑并不能提升PVC的抗沖擊強度，反而下降的趨勢明顯，如果Poly的劑量達到3PHR或者DOP使用數量為2PHR的時候，表現出最小的數值，比較未曾添加增塑劑前縮減16%和15.8%;另外，塑料的彎曲程度有所增加，相比沒有添加增塑劑的時候分別增加10.2%和8.3%（見圖1（b））。使用劑量加大后，PVC塑料的彎曲度顯現持續下降，抗沖擊強度卻在升高，韌性有所改善。

不同的增塑劑含量，會顯現對PVC各盡不同的增強機理。在相對低的增塑劑使用狀態下，會發生反增塑現象，讓PVC的抗沖擊強度明顯增加，卻增大了彎曲的強度，其形成的原體現在兩個層面。

第一，添加增塑劑可以顯著減小PVC分子間作用力，大大增強分子鏈的運動性，讓膠料的流動性最佳，大大提升了增塑劑的包覆率，顯著改善了兩者結合界面，對裂紋缺陷和材料內部空隙進行有效彌補。不過，也有研究顯示，塑料材料的結構空隙以及裂紋便于吸納沖擊波，減低其脆弱性，大大降低PVC的抗沖擊強度。也有另外的研究表明，在增塑劑很低含量的狀態下，PVC的分子鏈在運動中進行有序地結晶，從而降低批韌性，增大彎曲強度，降低了沖擊強度;而增塑劑加大添入量，就會逐漸溶解微晶結構，PVC的彎曲強度減小，卻增大了沖擊的強度。而且，增塑劑低分子量卻促成更高的增效率，大大地影響到PVC分子鏈的運動，過早出現微晶現象。增塑劑的含量逐漸加大，卻在減小著PVC分子間作用力，提升了PVC基體的韌性，卻降低了內結合的強度，導致PVC基體內部受到外部的破壞，而不是結構空隙或者裂紋的缺陷，從而會發生抗擊強度增大卻導致彎曲強度的下降。

第二，詳見圖1（a），在大劑量添加增塑劑的情況下，如果數量同等，DOP改性基PVC材料要遠遠高于Poly抗沖擊的改性效果，這是基于DOP比較小的分子量，添加入BPC后不僅能讓分子間的作用力減小，其潤滑作用也很明顯，對分子間的纏結現象有所改善，促進分子鏈運動，所以DOP的增塑效果稍微比Poly好。

2 增塑劑使用劑量影響塑料材料熱學性能的程度

2.1 增塑劑用量對塑料導熱系數的影響

塑料材料導熱能力的度量均是通過導熱系統來體現，對塑料材料的實用性進行指導。從上面的介紹不難看出，增塑劑的有效添加會對材料內部兩者結合的狀態有所改變。詳見圖2兩種增塑劑添加量對塑料導熱系數的影響程度曲線。從圖中不難看出，隨著增塑劑含量的增加，塑料導熱系統都表現為先期增大后期減小的狀況，最大的情況是上面兩種材料有效添加后，表現熱傳導的形式是塑料材料結構的能量傳輸過程，不是直接地從一端傳輸到另一端。也體現不理想的塑料的電絕緣性，不體現內部自由電子的存在，由此內部熱導呈現晶格振動的結果，其熱能載體為聲子。而沒有添加增塑劑的PVC材料中，導熱系數僅為0.023～0.030W/m·K，成為阻礙導熱系數的關鍵原因，而增塑劑合理添加后，明顯增加PVC分子運動性，對材料內部界面結合明顯改善，空隙率有所降低，導熱系數顯著增大;增塑劑繼續增加以后，進一步增強了PVC分子鏈運動性，也增大了無規則纏繞程度，結晶顯著降低，從而產生基于分子鏈震動的散射作用，讓導熱系數也降低。同時，如圖示，最先達到峰值的是DOP改性的PVC材料是導熱系數，完成相同的劑量后，Poly的改性要高于導熱系統。

2.2 影響BPC玻璃化轉變溫度的增塑劑數量情況

在非晶態聚合物中玻璃化轉變溫度是的一個重要物性質，而對玻璃化溫度產生影響的是分子鏈運動性的改變。靈敏度極其高的動態機械分析儀，可以精準地測量到微弱的二次松弛過程，尤其是測定高交聯、高結晶的復合材料，更適合進行測定填充材料的玻璃化溫度轉變。在玻璃化轉變區域DMA曲線會形成損耗因子高峰。分別添加兩種增塑劑后，會顯現兩種情況：第一是BPC、tanδ峰所對應的溫度顯著降低;第二是tanδ在Tg附近所對應的改善效率比Poly稍高。實現分子鏈段運動的措施是主鏈的單鍵內旋轉，所以，影響分子柔韌性的因素要也會影響到玻璃化溫度，首先，位壘效應帶來的內旋運動可以借助PVC分子鏈得以有效克服，在逐漸降低溫度的同時，溫度附近的粘度也有所降低。

3 不同的增塑劑在BPC中的遷出率及抽出率

在使用PVC制品中，經常發生增塑劑向外面遷移和抽出的狀況時常發生在PVC制品的使用中，基于不同的增塑劑種類，顯現出抗遷移和抽出能力的差異性。在增塑劑用量相同的情況下，Poly改性基復合材料的遷出率和抽出率要遠遠低于DOP，抽出性和耐遷性表現良好。其中關鍵因素是基于DOP顯著低于Poly的相對分子質量，與PVC分子鏈間發生顯著的作用力，由此，Poly完全具備優良的抗遷出性和抽出性比。同時，增塑劑的數量增加，也會拉動抽出率和遷出率的上升。

4 結束語

上面的兩種增塑劑少量添加會出現反增塑現象，使VPC的彎曲強度分別增加10.4%和7.9%，卻讓材料的韌性降低;但對增塑劑加量則顯著提升BPC的韌性，卻表現結合的強度降低。DOP和Poly的加入有效提升了PVC表面的包覆率，讓界面結合大大改善，更最大限度彌補了BPC內部空隙以及裂紋的缺陷，促進了BPC的緊密度，但相同的劑量添入，DOP對復合材料的增效率要高于Poly。兩種增塑劑的加入，都有效降低了BPC的Tg的粘度，大大改善了耐低溫性以及加工性能，導熱系數呈現先大后小的態勢。相同的兩種增效劑數量，遷出率和抽出率Poly顯著低于DOP。

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