聚氯乙烯树脂耐热和增韧改性分析

聚氯乙烯树脂耐热和增韧改性分析

吕志强 杨松 韩飞

新疆中泰化学阜康能源有限公司

摘要：聚氯乙烯树脂（PVC）作为全球工业化产品代表树脂构成之一，自身结构上优点是物理力学结构稳定性好，能够广泛应用在建筑材料、几乎垄断了包装材料、以及生活日用品等领域，已经成为实际上合成树脂主力品类，同时聚氯乙烯树脂也存在不足，它本身的热稳定性比较差，在制作聚氯乙烯树脂混合料的过程中必须要与润滑剂、稳定剂、增塑剂、填料、颜料等搭配使用。鉴于此，文章就简述目前我国对聚氯乙烯树脂的耐热性、增韧改性性能的研究进展情况。

关键词：聚氯乙烯树脂；耐热改性；增韧改性

一、氯化聚氯乙烯的主要产品应用

氯化聚氯乙烯是由聚氯乙烯（PVC）树脂氯化改性制得du，是一种新型工程塑料。该产品为白色或淡黄色无味、无臭、无毒的疏松颗粒或粉末。PVC树脂经过氯化后，分子链排列的不规则性增加，极性增加，使树脂的溶解性增大，化学稳定性增加，从而提高了材料的耐热性及耐酸、碱、盐、氧化剂等的腐蚀的性能。提高了树脂的热变形温度的机械性能，氯含量由56.7%提高到63-69%，维卡软化温度由72-82℃提高到90-125℃，最高使用温度可达110℃，长期使用温度为95℃。因此，PVC是一种应用前景广阔的新型工程塑料。

1.管材

PVC产品的管材具有材料高刚性硬度、具有很好的耐腐蚀性能，PVC材料自身的热膨胀系数低，同时有很方便的安装优点，氯化聚氯乙烯冷/热水管对接的管道能够具有很高的强度和实现很好施工管道联结质量体系，形成科学安全的整体高性能的管道系统。通常的PVC管材具有很长的寿命，不低于50年，由此可知，这种材料的管材是低价格高性能产品。

2.发泡材料

PVC的主体材料配合一定的匀泡剂和合理匹配发泡剂，觉很轻松得到泡沫塑料。PVC泡沫材料优势非常明显，发泡材料同时兼顾物理性能强度高、电绝缘性优良以及非常有效的耐高温性，常常被用于电气零件及化工设备等。

二、聚氯乙烯树脂耐热改性的方法

1.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。这种改性方法的使用是在聚氯乙烯树脂的材料中通过加入玻璃化来转变较高温度的树脂，然后通过两种树脂的混合来达到提高其耐热性能的效果。这种方法可实施性强并且比较简单。能进行工业化生产的并且颇具代表性的耐热改性剂应该就是在20世纪80年代出现的一种N-取代马来酰亚胺（N.MI）型高分子耐热改性剂，这种改性剂的特点是与各种树脂相容性好、热稳定性好、耐热程度高、无毒。

2.电石渣增韧改性

作为PVC生产及消费的大国，我国PVC年产量为1600万吨左右，其中由于自然资源禀赋所限，以电石法生产为主，其产能占总产能的百分之八十以上。而作为生产废弃物，电石渣的处理问题也一直困扰着各个企业。电石渣主要由CaCO₃、CaO、SiO₂及其他一些金属氧化物、碱组成，虽然是一种工业废弃物，但电石渣稳定性较好，耐热、耐磨，并具有较好的分散性，因此可以作为复合材料的填充物加以利用。经过一系列试验证明，若仅仅将电石渣和PVC两者直接进行混合，由于两者的极性相差较大使得最终的产品相容性较差，所以在用电石渣进行填充时偶联剂的作用就变得十分重要。

经过试验证明，在填料份数为10phr的情况下填充电石渣与填充重质碳酸钙的增韧改性效果相当。而目前对PVC进行填充加工时重质碳酸钙已经成为了一种通用型填料，所以电石渣在PVC树脂的加工应用中也将会取得较好的效果。在偶联剂的选择方面，经过试验证明硅烷偶联剂KH570效果更为突出，这得益于其较为特殊的分子结构，首先电石渣中的主要成分为Ca（OH）₂，含有大量的羟基，而KH570中的甲氧基团经过水解缩聚后与电石渣中的羟基相互作用形成氢键或反应生成共价键，促进偶联剂与填充物的结合；其次KH570中还含有异丁烯酸丙酯基，与PVC分子链实现较为紧密的结合，因此大大增加了电石渣与PVC的相容性。

而随着填充料电石渣份数的增加，PVC树脂的各项力学性能都获得了相应的提升，根据数据的对比我们发现当电石渣填充份数达到20phr时树脂的力学性能最优，其冲击强度与纯样相比提高了43.8%。这是因为在进行填料填充时无机粒子的加入量较少时填料无法很好地与基体结合并在其中分散，造成增韧效果不明显，而如果填料添加过多，则会导致填料颗粒在基体中分布不均匀，甚至产生填料团聚，基体分子链间间距增大，进而导致树脂整体的力学性能下降，甚至产生银纹、断裂等现象。

3.添加热稳定剂

提高聚氯乙烯耐热性能的一条重要途径就是添加热稳定剂，聚氯乙烯的制品结构是不一样的，所以对热稳定剂的消费结构也是不同的，我国和世界最常用的是金属皂复合稳定剂和传统的铅盐稳定剂。目前在世界上已经被商品化的热稳定剂主要有几种，例如：有机的锡稳定剂、铅盐的稳定剂、稀土的稳定剂还有金属皂复合的稳定剂等。

使用最多的是金属皂复合稳定剂，它的主要组成成分是用金属皂类稳定剂，并在里面加入一些其他的复合产品，例如：有机锡类稳定剂、铅类稳定剂等。因为金属皂类稳定剂大多是由碱土金属和重金属等生成的，所以品种比较多，但是按稳定机理一般可以分为Ba/Ca和Cd/Zn两大类。金属皂的热稳定性其实要差于其他，但是它无硫污染并且有一定的润滑作用。

4.交联改性

在制备耐热材料里面非常重要的一种方法就是交联，交联的应用原理是通过使用交联剂来接枝、共聚或者是通过辐射来促使分子发生交联反应，从而形成网状的结构，这种网状的结构不仅可以大大提高材料的热变形温度、降低热收缩率，并且可以使分子之间不能滑移，提高了力学的性能。我国目前对聚氯乙烯树脂交联的方法有化学交联、X射线交联和紫外光交联。通过用过氧化二异丙苯与双马来酰胺酸两者的配合来交联聚氯乙烯，从他们的研究里面发现增塑剂的用量和交联剂的用量都与凝胶率的关系很大，得出的结论是如果增塑剂用量增加的话，会导致聚氯乙烯的交联反应速率变慢，从而使凝胶率变低；如果交联剂用量增多的话，凝胶率也会跟着增大。所以发现了增加反应时间或者提高反应温度都可以提高凝胶率，并且交联的聚氯乙烯材料的热稳定性、拉伸强度、电性能、弹性模量等均比未交联聚氯乙烯好，并且随着交联聚氯乙烯凝胶率的增加而增加，而其断裂伸长率则随着聚氯乙烯交联程度的增加而减少了。

结语：综上所述，我们发现PVC的增韧研究已日趋成熟，对各种填料的添加量与性能的关系也可通过各类试验得到详尽的数据。当然在各个体系当中各种成分添加量对性能的影响还可以通过更广泛的试验进行验证。更重要的是对PVC的增韧改性采取何种方案还要取决于实际的需要，而实际的需要往往又随着社会的发展和生活的需要在不断扩展外延。例如采用电石渣进行填充可能出于处理工业废料的考虑，而使用CPE、CaCO₃作为增韧助剂则更多的是从降低成本的角度出发，至于使用有机材料进行复合加工，则是应用于对产品性能要求更高的场合，尽管其成本要求更高一些，但这种复合材料自然具有相对应的市场价值。

参考文献：

[1]刘军舰，郝加杰，梁贵东，等.高性能聚氯乙烯复合材料的研究[J].工程塑料应用，2016，40（3）

[2]黄大华.高填充聚氯乙烯的改性与环保研究[D].武汉：湖北工业大学，2016.

[3]陈韩江，田生慧，何慧.电石渣增强改性聚氯乙烯塑料[J].高分子材料科学与工程，2015，31（12）