聚氯乙烯增韧改性研究进展

2022-09-10

聚氯乙烯是工业上用量和产量略低于聚乙烯的常用塑料, 性能良好, 具有耐磨损、绝缘、耐腐蚀、阻燃的优点, 并且聚氯乙烯有广泛的原材料来源, 加之原材料价格便宜, 其在各个领域应用越来越广泛。但是, 聚氯乙烯有较差的热稳定性和较低的强度, 工业实际应用当中, 需要对聚氯乙烯进行增韧改性。目前工业上主要通过弹性体与聚氯乙烯进行共混从而达到聚氯乙烯增韧改性的目的。采取此种方式, 虽然聚氯乙烯的韧性显著提高, 但是聚氯乙烯的流动性、耐热性以及刚度等性能受到很大影响。纳米材料性能特异, 其自身有较大的比表面积和较小的尺寸, 可产生表面效应和量子效应。有研究发现, 纳米材料作用下增韧改性得到的聚氯乙烯, 流动性、耐热性、刚度等性能显著提高, 增韧改性聚氯乙烯中应用纳米材料成为近年来研究的热点。

一、增韧改性相关机理

本文主要介绍聚氯乙烯增韧改性的以下机理:

1. 弹性体机理

弹性体将聚氯乙烯的粒子进行包裹, 形成一个连续网络结构, 该结构可使材料受到的冲击力得到有效吸收, 并且弹性体包裹的聚氯乙烯粒子破裂后, 也可吸收一部分冲击力, 从而提高聚氯乙烯的韧性, 达到增韧改性的目的。

2. 有机刚性粒子机理

聚氯乙烯连续相中存在分散均匀的椭圆形粒子或者刚性粒子, 且聚氯乙烯分散相与连续相之间有不同的泊松比和杨氏模量, 且聚氯乙烯分散相与连续相之间存在的静压力较高, 分散相界面与基体有效粘合时, 聚氯乙烯分散相粒子受到该静压力的作用而拉长, 有较大形变产生, 使刚性粒子转变为韧性粒子, 吸收冲击力的能力加强, 使材料的韧性进一步加强。拉伸刚性粒子时, 刚性粒子附近的基体会发生反作用, 也可在一定程度上吸收冲击力, 加强聚氯乙烯的抗冲击强度。

3. 无机刚性粒子机理

当聚氯乙烯基体有效粘合RIF时, 可集中存在的应力, 使银纹大量出现并保持稳定, 使聚氯乙烯基体发生作用, 可有效吸收冲击力, 达到增韧改性的目的。

二、纳米粒子增韧改性聚氯乙烯

纳米材料性能特异, 其自身有较大的比表面积和较小的尺寸, 可产生表面效应和量子效应。有研究发现, 纳米材料作用下增韧改性得到的聚氯乙烯, 流动性、耐热性、刚度等性能大幅提高, 增韧改性聚氯乙烯应用纳米材料成为近年来研究的热点。主要机理是纳米粒子可有效集中存在的应力, 使其附近的树脂出现一定程度的开裂, 使变形功得到一定的吸收;聚氯乙烯中的纳米粒子还具有使裂纹钝化、阻碍的作用, 最终可有效控制开裂的程度;聚氯乙烯材料受到冲击时, 纳米粒子与其附近的树脂产生微开裂较多, 从而可有效吸收力。

1. 纳米碳酸钙增韧改性聚氯乙烯

碳酸钙是一种无机填料, 广泛应用于高分子复合材料的生产中。将无机填料如碳酸钙等添加到塑料、橡胶产品中, 可使产品的刚度、尺寸一致性、耐磨耐热性等性能显著提高, 生产成本进一步降低, 具有很好的增韧改性效果, 受到广泛关注。近来, 聚氯乙烯应用纳米碳酸钙进行增韧改性时, 通常首先表面改性纳米碳酸钙粒子, 然后再将其作用于聚氯乙烯。最近, 有研究发现, 先处理聚氯乙烯材料, 后进行增韧改性也能取得比较理想的效果。目前, 有研究者将纳米碳酸钙粒与弹性体如CPE等结合为母粒, 然后再作用与聚氯乙烯, 取得更好的增韧改性效果。

2. 纳米二氧化硅增韧改性聚氯乙烯

纳米材料中有着举足轻重的地位的一员是纳米二氧化硅, 其在聚氯乙烯增韧改性中有非常重要的应用。纳米二氧化硅不仅可增强聚氯乙烯材料的韧性, 还可使聚氯乙烯材料致密性明显增加, 显著提高聚氯乙烯材料的防水性能和透明度。纳米二氧化硅作用于聚氯乙烯后, 可使材料获得额外的阻隔、补强增韧性能, 也使材料更利于存放以及有更高的流变性能。有研究发现, 纳米二氧化硅表面经过振磨、超声等方法处理后, 可使纳米粒子在聚氯乙烯基体中分散更为均匀, 使聚氯乙烯材料的韧性和强度明显提高。并且, 纳米二氧化硅粒子改善聚氯乙烯材料韧性和强度的效果与其粒子表面进行振磨处理的时间也有一定关联, 给予其6 h振磨后混合, 聚氯乙烯有最好的韧性增强效果。

结束语

聚氯乙烯增韧改性的措施有很多种, 由于纳米材料应用于聚氯乙烯的增韧改性有其特殊的优势, 表现出了良好的发展前景。纳米材料应用于聚氯乙烯的增韧改性并未进行广泛的生产, 仍处于开发和研究阶段。因此, 增韧改性的机理的研究应进一步深化, 同时加强纳米材料增韧改性聚氯乙烯的相关研究, 使生产成本降低, 工艺简化, 使工业化生产早日实现, 进一步推动聚氯乙烯产业平稳快速发展。

摘要：本文主要对聚氯乙烯增韧改性的相关机理和常用增韧改性措施进行了综述, 突出介绍了纳米粒子如二氧化硅、碳酸钙等在聚氯乙烯增韧改性中的研究进展。

关键词：聚氯乙烯,增韧改性,研究进展