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生产橡胶、塑料助剂、润滑剂,合成酯类基础油、油性剂。李生13863532100

 
 
 

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提高PVC配方耐寒性的方法  

2010-06-17 11:28:00|  分类: 橡塑助剂 |  标签: |举报 |字号 订阅

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提高PVC配方耐寒性的方法 - 青竹 - 青竹
 PVC塑料是五大通用合成塑料之一,是目前世界上仅次于聚乙烯的第二大塑料品种。PVC塑料具有良好的物理及机械性能,可用于生产建筑材料、包装材料、电子材料、日用消费品等,广泛应用于工业、农业、建筑、交通运输、电力电讯和包装等各领域。由于其耐寒性和低温抗冲击性能较差,硬PVC的使用温度下限一般为-15?C,限制了PVC材料在某些方面的应用。通过对PVC树脂和助剂的调整,可以有效地提高PVC塑料的耐寒性,满足低温需要。本文着重从配方角度论述了提高PVC耐寒性的一些方法,供大家参考。 

1 PVC树脂 

PVC树脂是一种非结晶、极性的高分子聚合物,其玻璃化温度依分子量大小为75~105?C,相对分子质量越大,粘数越高,PVC大分子链间范德华引力或缠绕程度相应增加,PVC链段增长,材料的耐低温性愈好。 

在常规PVC配方中,如只需应付北方冬季寒冷气候,可采用选取粘数稍高,即平均分子量稍大的PVC树脂,可以是同一牌号中粘数值偏高的PVC或更低牌号树脂。 

另外,在一些特殊要求的制品中,如可耐-30?C的血袋等制品中,可选用高聚合度聚氯乙烯树脂(平均聚合度大于2000)[1],这是因为高聚合度PVC有着比常规PVC树脂大的结晶度和类交联结构,使大分子间滑动困难,弹性增加,同时分子量增大,分子间范德华力和分子内化学键合力增加而获得优良的耐寒性。 

2 增塑剂 

增塑剂作为PVC软制品的重要配方组分,对软制品的性能影响很大,如要求制品在低温下使用,必须选择好增塑剂的类型。目前作为耐寒性增塑剂使用的主要有脂肪酸二元酸酯、直链醇的邻苯二甲酸酯、二元醇的脂肪酸酯以及环氧脂肪酸单酯等。据报道,N,N-二取代脂肪酸酰胺、环烷二羧酸酯,以及氯甲氧基脂肪酸酯等,也是低温性能优良的耐寒增塑剂。 

提高PVC软制品的耐寒性,一般可通过增加耐寒增塑剂的用量来获得。DOA(己二酸二辛酯)、DIDA(己二酸二异癸酯)、DOZ(壬二酸二辛酯)、DOS(癸二酸二辛酯)是作为耐寒增塑剂使用的代表性品种,由于一般耐寒增塑剂与PVC的相容性都不十分好,实际上只能作为改善耐寒性的辅助增塑剂使用,其用量通常为主增塑剂的5~20%。[2] 

另外,2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯(TXIB)、硬脂酸丁酯、LHAT酸一二甘醇一二一2一乙基酸酯等产品也具有耐寒增塑剂的作用。 

蒋佩芬研究指出[3],以改善薄膜耐寒韧性及低温伸长为目的时,使耐寒增塑剂与六甲基磷酰三胺并用为佳。因为六甲基磷酰三胺虽本身不是耐寒增塑剂,但它可以有效地降低各种增塑剂的凝固点,达到强化薄膜耐寒效果的目的。  提高PVC配方耐寒性的方法 - 青竹 - 青竹
 
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3 改性剂 

改进PVC低温耐冲击强度性能差的有效办法是加入玻璃化温度较低,在室温下显示高弹性的高聚物,统称为改性剂。其中所添加的高聚物应与PVC有相近的溶解度参数,有一定互溶能力,能形成两项结构的共混物,从而改善制品的低温冲击强度。 

张正红研究结果表明[4],CPE可提高制品的低温性能,冲击强度等。随着CPE用量的增加,PV C制品的冲击性能会逐渐提高。当用量增加到一定程度时,PV C制品低温冲击性能会趋于稳定,在8、9份左右达到合适的性能价格比。粉末丁腈橡胶(NBR)随用量增加,会使硬PVC的低温冲击强度逐步提高。EVA流动性能很好,玻璃化温度低,低温增韧效果好,但成本高。ACR有优良的低温冲击强度及耐侯性能,并可改善制品的外观,一般加入5份就可达到很好的效果。高冲击型MBS的玻璃化温度较低,对PVC材料的低温脆性有良好的改善作用,但耐候性差。ABS可提高PVC材料的低温冲击强度,同时改善制品的外观。另外,SBS等一些含有橡胶相,且具有较低玻璃化温度的物质,也有提高PVC冲击强度和耐寒性的作用。 

韩辉升等研究改性软质PVC耐寒性结果表明[5],共混改性软质PVC的耐寒性能明显受高分子改性剂品种和用量的影响。通过各种方法测试发现,Elvaloy 711(乙烯一醋酸乙烯一氧化碳共聚物), NBR-26(块状丁睛橡胶),Chemigum P83(预交联粉末丁睛橡胶)等高分子改性剂能够显著改善软质PVC的耐寒性能,而某些高分子改性剂如CPE和低VA含量的EVA则会损害软质PVC的耐寒性能。丁睛橡胶类改性剂由于可改善软质PVC的耐介质(汽油)性能,从而能够提高经汽油浸泡过的软质PVC的低温性能。 

市场上推出的耐寒剂,如K-175C、N-550C等产品其实是为了改善PVC低温柔顺性和抗冲强度而开发的一种苯乙烯类改性剂。由于其具有较低的玻璃化温度,并与PVC具有良好的相容性,具有一定增塑和增韧作用。所以在PVC中加入后,能提高和改善PVC低温性能。 

4 热塑性弹性体 

热塑性弹性体(TPE)是一类在常温下显示橡胶弹性,在高温下又能塑化成型的合成材料,因此,这类聚合物兼有橡胶和热塑性塑料的特点,它既可以作为复合材料的增韧剂,又可以作为复合材料的基体材料,这类材料主要包括聚氨酯类、苯乙烯类、聚烯烃类、聚脂类、间规1,2-聚丁二烯类和聚酰胺类等产品。目前比较多用作复合材料增韧剂的是苯乙烯类和聚烯烃类。 

PVC-TPE制品的耐寒性至少不低于软质PVC,采用耐寒增塑剂和耐寒配方时,PVC-TPE在-45下仍保持良好的弹性。在耐寒、耐海水制品方面诸如船舶密封件、集装箱密封件、船用软管等,PVC-TPE也受欢迎。如H4040、H3303等牌号的TPE与PVC有好的相容性,添加后能明显改善PVC的低温柔顺性,显著提高其耐曲绕能力,降低脆化点。 

日本塑料技术公司最近也开发出一种热塑性聚氨酯-聚氯乙烯弹性体。[6]这种材料以TPU和PVC及第三组份配合后经混炼而成,充分发挥了TPU和PVC两者优良特性,具有以下优点:(1)TPU作为PVC的增塑剂使用,消除了过去软质聚氯乙烯存在的增塑剂迁移、挥发的问题。(2)PVC材料的脆化温度也由-30℃降低到-68℃,达到了特殊耐寒级。 

5 填充剂 

填充剂对软质PVC耐寒性的影响与其增塑剂吸收量有关,一般趋势是增塑剂吸收量小的填充剂对耐寒性影响小,而炭黑、硬质陶土等增塑剂吸收量大的填充剂,则会使PVC耐寒性有比较明显的降低。 

硬质PVC中加入填充剂往往会影响冲击性能,尤其是低温脆性会随填充剂用量的增加而增大。这是因为填充剂作为无机粒子被加入PVC中时,它会填入分子链间。当用量少时,它填入一些分子链的缝隙中,起补强作用;或填入分子链间,起到增大分子间距离而使体系韧性增加的作用。但当其用量增加时,随着分子间距离的增加,分子间的作用力被破坏,加上低温时,分子链段的活动性降低,材料抵抗外界冲击力的能力剧烈下降。所以对硬PVC的低温冲击性能有不良影响。 

填料经过处理后,会对材料拉伸性能有所改善,但对低温抗冲性能的改善不太明显。究其原因,与填料粒子占据了PVC分子链的活动空间有关。尽管活性填料与PVC分子链的结合力增大,但这种增大,只在分子受拉伸力时的强度有所提高,而材料的脆性只会因填料粒子加入的增多而增大。[7] 

纳米碳酸钙、超细碳酸钙添加到PVC中,由于小尺寸效应,使其具有类似改性剂的作用,在一定用量范围内可以改善PVC材料的低温性能,但由于没有低的玻璃化温度,效果没有改性剂明显,而且添加到一定量后,材料的低温脆性会上升。 

6 其它助剂 

在一般配方中,可以采用提高具有促进塑化作用的内润滑剂用量,而减少加工助剂添加量的办法,但在耐寒配方中不推荐此种方法。因为加工助剂的作用不仅仅在于改善PVC的加工性,而且,它的作用对于制品的低温性能有较大的改善,这一作用润滑剂无法替代。 

软质PVC阻燃增塑剂最常用的是磷酸三甲苯酯,但磷酸三甲苯酯的低温性能很差,所以在需要考虑耐寒性的场合使用烷基磷酸酯更为适合。 

常用稳定剂对PVC制品的耐寒性均有消极作用,不同品种的稳定剂因其形态和物性不同,对制品耐寒性的影响也不尽相同。由于必不可少,而且用量有限,因此,一般配方设计时很少考虑这方面的问题。 

总之,通过选/换用耐寒性更优的助剂,引入一些具有抗寒功能的聚合物等一系列配方调整办法,可使PVC材料的耐寒性能得以提升,达到低温使用要求。同时,我们也应注意到加工温度、冷却温度、牵引速率、结构设计等诸多方面,也会对PVC制品的耐寒性产生一定影响。因此,在设计PVC配方时,一定要将应用条件、制品结构、加工设备、工艺条件等各方面因素,同配方一起综合考虑,并通过试验进行相应调整,最终获得具有优良耐寒性能的PVC配方。
 
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