硬质HPVC流变性能的研究

赵劲松，付志敏

(顾地科技股份有限公司，湖北 鄂州 436000)

高分子质量聚氯乙烯(High molecular weight polyvinyl chloride)简称HPVC，外观为白色粉末，平均聚合度在1 700以上(一般为1 700～4 000)。与平均聚合度为500～1 500的通用型PVC制品相比，HPVC制品具有更高的拉伸、弯曲、冲击等力学性能，耐疲劳、耐磨耗、耐寒、耐热、抗紫外线、气密性等性能优异，使用温度范围广。HPVC吸收增塑剂的性能好，与大量增塑剂配合所得到的制品具有橡胶弹性。在世界范围内，HPVC的生产已产业化10多年了。近几年，我国HPVC的产量在6万t/a左右，但其加工应用大多还停留在软制品和半软制品方面，如耐热、耐磨、耐疲劳的特殊软制品，具体制品有耐热(105 ℃)电线电缆、全塑阻燃运输带、水龙带、软管、密封垫圈、电器护罩、防滑地板砖、门窗及电器密封条、耐辐射密封材料、隔热手套、高强度薄膜、高级鞋底、球类保护涂层、汽车内饰材料以及人造革等。最近，HPVC制品又在军工用品方面崭露头角，用它涂覆的织物来制造气艇、气垫船以及载雷达用气球等。但硬质HPVC制品方面的应用很少[1-9]，国内对HPVC的研究报道也不多[10-13]。顾地科技股份有限公司院士专家工作站以及该公司与湖北工业大学共同组建的“湖北省橡塑工程及塑料机械研究中心”，决定将“高分子质量聚氯乙烯给水管”的研制作为重大研究课题，现已做了一些试探性的试验工作，简介如下。

1 试验部分

1.1 试验原料

HPVC，平均聚合度2 500，杭州电化集团有限公司;氯乙烯共聚树脂，国产;聚乳酸，优利(苏州)科技材料有限公司;钙锌稳定剂，JX-W-01，河北精信化工集团有限公司；PE蜡，SX-105，广州银森企业有限公司；聚醚蜡，HY-3206，杭州海一高分子材料有限公司；固体增塑剂，S90S，深圳市三胜化工有限公司；其他助剂,市售。

1.2 试验仪器

转矩流变仪，XSS-300，上海科创橡塑机械设备有限公司；扫描电子显微镜， KYKY-EM6000，北京中科科仪股份有限公司；差热分析仪，DSC2000，美国TA仪器公司。

2 结果与讨论

2.1 第1次流变试验

2.1.1 试验配方

第1次流变试验的配方见表1。

表1 试验配方Table 1 Test formula 份

2.1.2 试验结果

第1次流变试验的结果见表2、图1。

表2 流变数据Table 2 Rheological data

1—No.1；3—No.3；4—No.4；5—No.5；6—No.6。

2.1.3 熔块照片

第1次流变试验结束后，从转矩流变仪中取出的熔块照片见图2。

图2 流变试验的熔块照片Fig.2 Images of frits formed in rheological test

2.1.4 分析与讨论

(1)从表1的流变数据来看，5个样品全都塑化，而且No.1、No.3、No.4、No.5的塑化时间均小于60 s，具有较好的塑化性能。

(2)比较No.1、No.3、No.5和No.6的流变数据，发现随着聚乳酸用量的降低，塑化时间呈现逐渐延长的趋势。

(3)No.3所用的内外润滑剂为0.5份硬脂酸，NO.4则将硬脂酸替换为0.5份聚醚蜡，结果NO.4的塑化转矩降低，塑化时间延长，平衡转矩降低，平衡时间延长，熔块颜色变白。这表明聚醚蜡是一种内外润滑剂，而且外润滑性能比硬脂酸强。No.4的熔块质量是5个熔块中最好的，这说明使用聚醚蜡后，达到了内外润滑平衡的状态。

2.1.5 电镜观察

从图2可以看出：No.4的熔块质量最好；NO.5、NO.6的熔块质量都很好，但NO.6的塑化时间和平衡时间都很长。因此，对No.4和No.5这2个熔块作进一步的SEM观察(放大3 000倍),每个熔块观察4个点，分别见图3、图4。

在放大3 000倍的SEM照片上，粒径为1 μm的初级粒子会放大成3 mm，有绿豆那么大，是可以观察到的。在图3中很难观察到初级粒子的痕迹，这说明该配方比较成功，初级粒子都已熔化，塑化效果很好，这在硬质PVC制品的加工中是不易达到的。在图4中能隐约观察到初级粒子的痕迹，这说明该熔块存在初级粒子的堆积，塑化效果不如NO.4。

图3 No.4熔块的SEM照片Fig.3 SEM images of frit No.4

图4 No.5熔块的SEM照片Fig.4 SEM images of frit No.5

2.2 第2次流变试验

第1次流变试验结果表明:No.4和No.5均具有较好的塑化性能，熔块质量也较好；考虑到No.5的聚乳酸用量较少，配方成本较低，因而对No.5做进一步的流变试验，以寻找最佳配方。

2.2.1 试验配方

第2次流变试验配方见表3。

表3 试验配方Table 3 Test formula 份

2.2.2 试验结果

第2次流变试验的结果见表4、图5。

表4 流变数据Table 4 Rheological data

1—No.1;3—No.3;5—No.5;6—No.6;7—No.7。

2.2.3 熔块照片

第2次流变试验结束后，从转矩流变仪中取出的熔块照片见图6。

图6 第2次流变试验熔块照片Fig.6 Images of frits formed in second rheological test

2.2.4 分析与讨论

(1)No.3比No.1具有更高的塑化转矩和更短的塑化时间，这表明硬脂酸钙起到了内润滑作用，且硬脂酸钙的内润滑作用高于硬脂酸，属典型的内润滑剂[14]。

(2)将No.1和No.5、No.6比较，发现用2、4份DOP取代3份ACR后，塑化转矩降低，塑化时间延长，熔块质量变差。这表明对HPVC而言，DOP促进塑化的作用不足，不能取代ACR。这是因为HPVC的结晶度高，塑化难度大。

(3)将No.6和No.7比较，发现在No.6配方中加入5份活性碳酸钙后，塑化转矩和平衡转矩都有所增加，塑化时间不变，熔块质量保持不变，这可能是少量活性碳酸钙刚性粒子具有促进塑化的功能。

(4)综合考虑，试验得出的优化配方为：PVC树脂，50份；氯乙烯共聚树脂，50份；聚乳酸，5份； PE蜡，0.1份；TiO2，0.4份；ACR，3份；硬脂酸钙，0.4份；活性碳酸钙，5份；钙锌稳定剂，4.0份。后续笔者将对该配方作进一步的研究，考察其力学性能、老化性能、热稳定性能等，开发出硬质HPVC给水管材。

3 结语

笔者对硬质HPVC的流变性能和微观形貌进行了考察，为下一步硬质HPVC给水管材的研制打下了基础。

[参考文献]

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[14] 赵劲松，邴涓林，包永忠.聚氯乙烯树脂及其应用[M].北京:化学工业出版社,2012：242.