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乾貨!硬質PVC粒料(pvc compound)原料中各種因素對耐寒能力的影響

Date:2018-01-10 14:54:00

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2018年伊始,國內已經迎來入冬後最冷的一段時期。俗語講三九四九不出手,江南大部分已經進入到零下五度,東北三省已經到零下20度左右,這個時候對PVC產品的耐寒性就形成了考驗。今天小編就來跟大家講講各類因素對PVC製品耐寒能力的影響,著重從配方角度論述提高PVC耐寒性的一些方法,供大家參考。

 

1 PVC樹脂

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PVC樹脂是一種非結晶、極性的高分子聚合物,其玻璃化溫度依分子量大小為75~105攝氏度,相對分子品質越大,粘數越高,PVC大分子鏈間範德華引力或纏繞程度相應增加,PVC鏈段增長,材料的耐耐寒性愈好。

在常規PVC配方中,如只需應付北方冬季寒冷氣候,可採用選取粘數稍高,即平均分子量稍大的PVC樹脂,可以是同一牌號中粘數值偏高的PVC或更低牌號樹脂。

另外,在一些特殊要求的製品中,如可耐-30攝氏度的血袋等製品中,可選用高聚合度聚氯乙烯樹脂(平均聚合度大於2000),這是因為高聚合度PVC有著比常規PVC樹脂大的結晶度和類交聯結構,使大分子間滑動困難,彈性增加,同時分子量增大,分子間范德華力和分子內化學鍵合力增加而獲得優良的耐寒性。

 

2 增塑劑

增塑劑作為PVC軟製品的重要配方組分,對軟製品的性能影響很大,如要求製品在耐寒下使用,必須選擇好增塑劑的類型。目前作為耐寒性增塑劑使用的主要有脂肪酸二元酸酯、直鏈醇的鄰苯二甲酸酯、二元醇的脂肪酸酯以及環氧脂肪酸單酯等。據報導,N,N-二取代脂肪酸醯胺、環烷二羧酸酯,以及氯甲氧基脂肪酸酯等,也是耐寒性能優良的耐寒增塑劑。

提高PVC軟製品的耐寒性,一般可通過增加耐寒增塑劑的用量來獲得。DOA(己二酸二辛酯)、DIDA(己二酸二異癸酯)、DOZ(壬二酸二辛酯)、DOS(癸二酸二辛酯)是作為耐寒增塑劑使用的代表性品種,由於一般耐寒增塑劑與PVC的相容性都不十分好,實際上只能作為改善耐寒性的輔助增塑劑使用,其用量通常為主增塑劑的5~20%。

另外,2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二異丁酸酯(TXIB)、硬脂酸丁酯、LHAT酸一二甘醇一二一2一乙基酸酯等產品也具有耐寒增塑劑的作用。

有研究指出[,以改善薄膜耐寒韌性及耐寒伸長為目的時,使耐寒增塑劑與六甲基磷醯三胺並用為佳。因為六甲基磷醯三胺雖本身不是耐寒增塑劑,但它可以有效地降低各種增塑劑的凝固點,達到強化薄膜耐寒效果的目的。

 

3 改性劑

改進PVC耐寒耐衝擊強度性能差的有效辦法是加入玻璃化溫度較低,在室溫下顯示高彈性的高聚物,統稱為改性劑。其中所添加的高聚物應與PVC有相近的溶解度參數,有一定互溶能力,能形成兩項結構的共混物,從而改善製品的耐寒衝擊強度。

有研究結果表明,CPE可提高製品的耐寒性能,衝擊強度等。隨著CPE用量的增加,PV C製品的衝擊性能會逐漸提高。當用量增加到一定程度時,PV C製品耐寒衝擊性能會趨於穩定,在8、9份左右達到合適的性能價格比。粉末丁腈橡膠(NBR)隨用量增加,會使硬PVC的耐寒衝擊強度逐步提高。EVA流動性能很好,玻璃化溫度低,耐寒增韌效果好,但成本高。ACR有優良的耐寒衝擊強度及耐侯性能,並可改善製品的外觀,一般加入5份就可達到很好的效果。高衝擊型MBS的玻璃化溫度較低,對PVC材料的耐寒脆性有良好的改善作用,但耐候性差。ABS可提高PVC材料的耐寒衝擊強度,同時改善製品的外觀。另外,SBS等一些含有橡膠相,且具有較低玻璃化溫度的物質,也有提高PVC衝擊強度和耐寒性的作用。

目前研究改性軟質PVC耐寒性結果表明,共混改性軟質PVC的耐寒性能明顯受高分子改性劑品種和用量的影響。通過各種方法測試發現,Elvaloy 711(乙烯一醋酸乙烯一氧化碳共聚物), NBR-26(塊狀丁睛橡膠),Chemigum P83(預交聯粉末丁睛橡膠)等高分子改性劑能夠顯著改善軟質PVC的耐寒性能,而某些高分子改性劑如CPE和低VA含量的EVA則會損害軟質PVC的耐寒性能。丁睛橡膠類改性劑由於可改善軟質PVC的耐介質(汽油)性能,從而能夠提高經汽油浸泡過的軟質PVC的耐寒性能。

市場上推出的耐寒劑,如K-175C、N-55攝氏度等產品其實是為了改善PVC耐寒柔順性和抗沖強度而開發的一種苯乙烯類改性劑。由於其具有較低的玻璃化溫度,並與PVC具有良好的相容性,具有一定增塑和增韌作用。所以在PVC中加入後,能提高和改善PVC耐寒性能。

4 熱塑性彈性體

熱塑性彈性體(TPE)是一類在常溫下顯示橡膠彈性,在高溫下又能塑化成型的合成材料,因此,這類聚合物兼有橡膠和熱塑性塑膠的特點,它既可以作為複合材料的增韌劑,又可以作為複合材料的基體材料,這類材料主要包括聚氨酯類、苯乙烯類、聚烯烴類、聚脂類、間規1,2-聚丁二烯類和聚醯胺類等產品。目前比較多用作複合材料增韌劑的是苯乙烯類和聚烯烴類。

PVC-TPE製品的耐寒性至少不低於軟質PVC,採用耐寒增塑劑和耐寒配方時,PVC-TPE在-45下仍保持良好的彈性。在耐寒、耐海水製品方面諸如船舶密封件、集裝箱密封件、船用軟管等,PVC-TPE也受歡迎。如H4040、H3303等牌號的TPE與PVC有好的相容性,添加後能明顯改善PVC的耐寒柔順性,顯著提高其耐曲繞能力,降低脆化點。

日本某公司最近也開發出一種熱塑性聚氨酯-聚氯乙烯彈性體。這種材料以TPU和PVC及第三組份配合後經混煉而成,充分發揮了TPU和PVC兩者優良特性,具有以下優點:(1)TPU作為PVC的增塑劑使用,消除了過去軟質聚氯乙烯存在的增塑劑遷移、揮發的問題。(2)PVC材料的脆化溫度也由-30℃降低到-68℃,達到了特殊耐寒級。

5 填充劑

填充劑對軟質PVC耐寒性的影響與其增塑劑吸收量有關,一般趨勢是增塑劑吸收量小的填充劑對耐寒性影響小,而炭黑、硬質陶土等增塑劑吸收量大的填充劑,則會使PVC耐寒性有比較明顯的降低。

硬質PVC中加入填充劑往往會影響衝擊性能,尤其是耐寒脆性會隨填充劑用量的增加而增大。這是因為填充劑作為無機粒子被加入PVC中時,它會填入分子鏈間。當用量少時,它填入一些分子鏈的縫隙中,起補強作用;或填入分子鏈間,起到增大分子間距離而使體系韌性增加的作用。但當其用量增加時,隨著分子間距離的增加,分子間的作用力被破壞,加上耐寒時,分子鏈段的活動性降低,材料抵抗外界衝擊力的能力劇烈下降。所以對硬PVC的耐寒衝擊性能有不良影響。

填料經過處理後,會對材料拉伸性能有所改善,但對耐寒抗沖性能的改善不太明顯。究其原因,與填料粒子佔據了PVC分子鏈的活動空間有關。儘管活性填料與PVC分子鏈的結合力增大,但這種增大,只在分子受拉伸力時的強度有所提高,而材料的脆性只會因填料粒子加入的增多而增大。

納米碳酸鈣、超細碳酸鈣添加到PVC中,由於小尺寸效應,使其具有類似改性劑的作用,在一定用量範圍內可以改善PVC材料的耐寒性能,但由於沒有低的玻璃化溫度,效果沒有改性劑明顯,而且添加到一定量後,材料的耐寒脆性會上升。

 

6 其它助劑

在一般配方中,可以採用提高具有促進塑化作用的內潤滑劑用量,而減少加工助劑添加量的辦法,但在耐寒配方中不推薦此種方法。因為加工助劑的作用不僅僅在於改善PVC的加工性,而且,它的作用對於製品的耐寒性能有較大的改善,這一作用潤滑劑無法替代。

軟質PVC阻燃增塑劑最常用的是磷酸三甲苯酯,但磷酸三甲苯酯的耐寒性能很差,所以在需要考慮耐寒性的場合使用烷基磷酸酯更為適合。

常用穩定劑對PVC製品的耐寒性均有消極作用,不同品種的穩定劑因其形態和物性不同,對製品耐寒性的影響也不盡相同。由於必不可少,而且用量有限,因此,一般很少考慮。

綜上所述,通過選/換用耐寒性更優的助劑,引入一些具有抗寒功能的聚合物等一系列配方調整辦法,可使PVC材料的耐寒性能得以提升,達到耐寒使用要求。同時,我們也應注意到加工溫度、冷卻溫度、牽引速率、結構設計等諸多方面,也會對PVC製品的耐寒性產生一定影響。因此,在設計PVC配方時,一定要將應用條件、製品結構、加工設備、工藝條件等各方面因素,同配方一起綜合考慮,並通過試驗進行相應調整,最終獲得具有優良耐寒性能的PVC配方。

 

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