建筑门窗用聚氯乙烯（PVC）树脂抗冲击改性剂的选择

建筑门窗用聚氯乙烯（PVC）树脂抗冲击改性剂的选择
戴国跃
【摘要】用纯PVC是不实际的，需要对PVC树脂进行改性。

抗冲击改性剂作为PVC树脂重要的改性剂，本文主要论述了三种抗冲击改性剂CPE、EVA、ACR对PVC树脂的影响。

【期刊名称】《塑料制造》
【年(卷),期】2011(000)012
【总页数】3页(P80-81,85)
【关键词】PVC树酯;抗冲击改性性;CPE（EVA;ACR）
【作者】戴国跃
【作者单位】齐齐哈尔市建设工程招标投标管理办公室,161000
【正文语种】中文
【中图分类】TQ325.3
聚氯乙烯是一种合成高分子材料，它是从石油、煤、天然气中提取原料，制得氯乙烯单体，然后聚合而成聚氯乙烯树脂。

再在一定的条件下，加入稳定剂、改性剂等各种助剂，经过压制、挤出、注射等成型方法制成各种制品。

聚氯乙烯分子量的50%以上是氯碱工业必须伴生的副产物——氯，因而原料来源丰富。

国外总氯耗
量的20%－30%是由生产聚氯乙烯来耗掉的，所以聚氯乙烯成为氯碱工业产品平
衡中的主要杠杆。

由此可见，发展聚氯乙烯及其制品有深远意义。

聚氯乙烯（PVC）树脂是制造塑料门窗异型材的基本材料，其用量约占80%。

PVC树脂是白色粉末。

它是由氯乙烯单体（VCM）经过聚合而制得的一种热塑性高分子聚合物。

分子式为 [CH2－CHCL]n，其中n表示平均聚合度，一般为500－2000。

纯聚氯乙烯树脂性能较差，加工十分困难。

PVC是热敏性树脂，光热稳定性差，熔体粘度高，成型加工工艺范围狭窄，加工流动性、热稳定性差，耐冲击性，尤其是低温抗冲击性能差，以致在加工断面复杂的塑料门窗用异型材、装饰异型材等制品时，成型条件较为苛刻，制品的耐冲击性能难以满足实际使用要求。

提高硬质聚氯乙烯塑料性能的主要途径，可以通过对塑料配方的研究和改进，寻找合适的稳定剂、改性剂、填充剂等助剂，以使其性能适应加工和使用条件。

但是这样往往仍不能满足制品的特殊要求，因而需要改变聚氯乙烯树脂本身的结构，以弥补其在加工和使用中的缺陷。

高聚物共混是一种简便而有效的改性方法，国内外在这方面进行了大量研究工作，已积累了很多经验。

聚氯乙烯与其它高聚物共混的主要目的是改进抗冲击性能和提高耐候性，掺入各种增强材料是为了提高机械强度。

目前聚氯乙烯常用的共混高聚物是：ABS、MBS，其作用主要是提高冲击强度，但它们的耐气候性能不好，氯化聚乙烯（CPE）、乙烯－醋酸乙烯酯（EVA）和丙烯酸酯共聚物（ACR）等即可提高冲击强度，耐候性能也好。

硬质聚氯乙烯塑料有塑化温度较高、熔体粘度大，加工流动性差，耐冲击性较差等缺点，使用高聚物对聚氯乙烯加以改性，可以弥补它的某些固有缺点。

PVC的改性剂有加工改性剂（亦称加工助剂）和抗冲击改性剂两类。

目前硬质PVC的冲击改性剂的主要品种有ABS、MBS、CPE、EVA、ACR、NBR 等。

其中，CPE、EVA、ACR改性剂的分子结构中不含双键，耐候性能好，适宜作户外建筑材料，它们与PVC共混，再加上合适的稳定剂及其它助剂以及适宜的加工条件，就能有效地提高硬质PVC的抗冲击性能、加工性能、耐候性能及焊角强度等。

3.1.1 CPE是无定形网络聚合物，它是由高密度聚乙烯（HDPE）在盐酸水溶液中
悬浮氯化而制得的，即用氯原子部分地取代HDPE分子链上的氢原子的产物，故
称氯化聚乙烯。

由于氯化反应的不均匀性，在分子结构中含有乙烯、氯乙烯、1.2-二氯乙烯等链节，其含氯量通常为25%—45%。

3.1.2 CPE随含氯量及分子结构的不同，可呈现从硬质聚合物到橡胶弹性体的各种CPE。

由于氯原子的存在，使CPE成为极性聚合物，且与PVC有相同的极性基团，因此，增加了与PVC的相溶性，CPE是PVC的良好改性剂。

用CPE改性的PVC 制品，除具有较好的耐冲击性能外，还具有较好的耐候性、耐寒性、阻燃性、耐油性和耐化学药品性。

3.1.3 CPE与PVC共混时的相溶性，取决于CPE聚合物的氯含量多少及氯原子在HDPE骨架上的分布（以残余结晶度表示）。

（1）氯含量25%以下的CPE与PVC的相溶性不好，故对PVC改性来说是不适宜的。

（2）氯含量40%以上的CPE与PVC有极好的相溶性，可作为PVC的增塑剂，不能用作抗冲击改性剂（3）氯含量25%－40%的CPE与PVC半相溶，其改性的硬质PVC制品的冲击强度相应提高，但加工流动性较差。

（4）氯含量为36%－38%的CPE，其结晶度和玻
璃化温度均较低，具有良好的弹性及与PVC的相溶性，因而广泛用于硬质PVC制品的抗冲击改性剂。

3.1.4 CPE含量对CPE/PVC共混物的改性效果是指CPE/PVC共混体系的拉伸强度、弯曲强度和维卡软化点，随着CPE用量的增加都有所下降，伸长率上升。

这
是因为CPE是橡胶弹性高聚物，它与PVC共混起改性增韧作用，使体系性能变得柔韧；而且由于CPE分子结构中氯原子无规则分布，CPE的玻璃化温度和结晶度
均较低。

从而导致了CPE/PVC共混体系的力学性能和耐热性能随着CPE用量的
增加而有所降低。

3.2.1 EVA系乙烯－醋酸乙烯共聚物，是无定形网络聚合物也是一种优良的耐冲击
和耐候性聚氯乙烯改性剂。

继CPE用于氯乙烯窗框改性之后，其消耗量上升较快，通常共混改性聚氯乙烯用的EVA，其中VA含量为40%－50%。

此类改性剂也能
用以改性软质聚氯乙烯制品，使耐寒性及感获得显著的改进。

作为硬质PVC的改
性剂EVA用量在5%－6%。

3.2.2 值得指出的是EVA树脂与氯乙烯单体经化学接枝共聚的产物EVA－VC三元接枝共聚物，按其接枝配比的不同可以制得硬质专用和软质专用树脂。

该树脂不仅耐候性、耐热性优越，而且耐冲击，耐寒性良好。

含50%以上EVA的三元接枝共聚物不必添加增塑剂就能加工软质制品。

3.2.3 EVA耐冲击改性剂改性机理与氯化聚乙烯冲击改性剂相同，是形成连续网状结构或峰窝状结构，包裹了PVC颗粒。

这样的结构能消除受到冲击时产生的力。

然而温度过高或搅拌剪切力过大，这种结构开始消失，耐冲击强度随着温度的增加和搅拌剪切时间的延长而降低。

3.3.1 ACR系聚丙烯酸酯类改性剂的总称，是聚氯乙烯的新颖改性剂，发展很快，据实验得知，ACR类改性剂有较低的熔体粘度，因而使物料加工性能好，熔融流
速快，减少物料对螺杆和机筒的磨损，加工温度范围宽。

生产出的型材外观色白、光滑、细密，有优良的室温和低温抗冲击强度，极好的耐候性。

一般配用6－7份就可达到极好的改性效果，有很好的性能/价格比，因而在世界各国得到广泛的应用，其用量逐年增加。

3.3.2 ACR系有预定粒子大小和形状的核壳结构聚合物，它有一个核，还有由一到多种单体组成的外壳，使其可与PVC很好地互溶，因此，硬质聚氯乙烯用聚丙烯
酸酯类改性的机理与采用CPE或EVA改性的机理完全不一样。

它不是形成网状结构或蜂窝结构包裹PVC颗粒，而是形成一种完全不同的物态：PVC为连续相形成网、丙烯酸酯类则为分散相，分散在PVC连续相之中。

这种分散状态随着加工条
件如温度、时间变化影响较小，加工范围较宽。

用CPE、EVA、ACR三种改性剂与PVC共混改性的硬质PVC，其成型加工性能、而冲击强度、耐候性能，制品的焊接性能较纯PVC都可得到明显改善。

但是三者
之间也有所差别，各有优缺点。

3.4.1 CPE与EVA和ACR相比，综合改性的效果不如它们显著。

3.4.2 CPE与EVA的改性机理相同，改性的PVC复合物的加工条件范围较窄，缺
口冲击强度与加工温度高低和塑炼时间长短有密切关系，改性后的PVC弯曲模量
下降较大。

3.4.3 ACR改性的PVC复合物、成型加工条件范围较宽，成型温度和塑炼时间对
缺口冲击强度影响较小，弯曲模量下降也较小，制品焊接性能和耐候性优良，而冲击强度最佳。

因而近年来ACR在改性PVC中特别是户外用窗框材料中用量增长很快，是目前公认的高效、耐候性冲击改性剂。

3.4.4 虽然ACR耐冲击改性剂改性效果优异，但其价格较高，来源困难。

CPE改
性剂的原材料来源丰富，制造工艺简单，价格较便宜，而且是我国目前唯一可批量提供的改性剂。

因此，我国多数硬质PVC塑料异型材、塑料门、窗用异型材、管材、管件及建筑材料生产厂家多采用CPE/PVC共混改性体系。

PVC是硬脆性材料，抗冲击强度低、纯硬质PVC的缺口冲击强度仅为3－5kJ/m2，低温下韧性差，随着温度的降低迅速变硬变脆，受冲击时极易脆裂。

由于这些缺陷，致使进一步开辟PVC用途方面受到局限，特别是硬质塑料建筑材料制品的开发，
更受到限制。

因而作为结构作料，应特别注意提高PVC的冲击性能，尤其对塑料
窗框这种在安装和使用过程中常常发生外力作用而易于变形的构件尤为重要。

硬质PVC需要改进抗冲击性能的主要原因是其对缺口的敏感性和改进低温耐冲击性能。

在PVC中加入高聚物弹性体进行共混改性是一种简便而有效的方法。