聚氯乙烯树脂增韧改性研究浅析

江羿锋

【摘要】作为通用型树脂的代表，聚氯乙烯（以下简称PVC）树脂以其低廉的成本、广泛的用途、优良的性能成为市场上应用十分广泛的树脂材料。然而作为通用型树脂，PVC也存在一系列性能方面的短板，如热稳定性较差、热加工不便、流动性差、收缩率较低、耐候性较差等，所以对其进行改性一直是业内研究的重点，其中增强其韧性的改性更是重中之重。因此本文对近年来PVC增韧改性方面的成果进行相应的对比和简要的分析。

【关键词】聚氯乙烯树脂 增韧改性 研究

一、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脂基，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。

二、PVC/CPE/CaCO3增韧体系

氯化聚乙烯（CPE）因价格低廉、增韧效果较好而在以往的PVC改性研究中被广泛使用，并由此衍生出了多种PVC增韧改性体系，其中应用较广的就是PVC/CPE/CaCO3增韧体系，因其能在提高PVC韧性的同时基本保持拉伸强度。有研究表明在对PVC进行填充前先将CPE 与CaCO3混合，再与PVC及其它助剂一起混炼的二步混合法，能在原有基础之上显著改善 CaCO3在基体中的分散，形成更为理想的填充体系。由于CPE在体系中也充当了偶联剂的作用，所以其添加量的大小会对填充体系的相容性及冲击强度产生明显的影响。

PVC/CPE/CaCO3增韧体系中存在CPE的脆韧转变量，即当CPE的含量低于20phr时复合材料的冲击强度会显著上升。在加入相同含量的CaCO3时，CPE加入量为10phr的复合材料的冲击强度为12.32KJ/m2，而未加入CPE的复合材料的冲击强度仅为4.52KJ/m2。而当CPE含量由0增长至10phr的过程中，其冲击强度呈现出迅速升高的趋势，之后当 CPE含量由10phr增加至20 phr时，其冲击强度又呈现出逐渐缓慢下降的趋势。

从试验整体反应的情况笔者还发现虽然CPE 的加入会使复合材料的拉伸强度下降，但拉伸强度与CPE含量关系的曲线图却显示当CPE的含量由5phr增加至15 phr时，复合材料的拉伸强度数值并没有明显的变化，基本呈现为水平线。而当CPE 含量为 10 phr 时，其冲击强度为未添加试样的近三倍，反观其拉伸强度只下降了25%左右。因此我们可以认为在PVC/CPE/CaCO3增韧体系中，当CPE含量为10phr时其力学性能达到最优。

三、PVC/PUR-T/GF增韧体系

在有些对聚氯乙烯性能要求较高的场合，单纯地通过无机物进行填充加强已不能实现市场对其期待的标准，所以有时我们也会加大成本，采用对其填充有机物的方式进一步提高其力学性能。例如在汽车工业中我们常采取以热塑性聚氨酯弹性体（PUR–T）为增韧剂、連续玻璃纤维（GF）为增强剂、以PVC为基体的增韧体系，通过熔体浸渍挤出工艺使其共混，可以得性能性能更为理想的PVC复合材料。

在之后的试验中我们发现随着PUR–T或连续GF含量增加，复合材料的力学性能和耐热性能均得到提高，相较于之前的无机填充提高了很多。当PUR–T含量为25phr、GF含量为30phr时复合材料的拉伸强度达到了83.42MPa、缺口冲击强度为19.81KJ/m2、弯曲强度为106.33MPa、弯曲弹性模量为8823.36MPa、维卡软化温度分别为74.1℃。通过试验数据我们还发现复合材料的储能模量和玻璃化转变温度与GF的含量正相关，损耗因子则与之相反。

四、总结

通过对三种PVC增韧体系的研究我们发现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：

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