2.3 聚氯乙烯

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H CH2 (3) C Cl H C CH2 CH2Cl CH Cl
烯丙基氯
Cl自由基非常活泼,能与聚合链进一步反应
Cl +
CH2
CHCl CH2
CHCl
攻击Cl代亚甲基氢
Cl CH2 C
(6)
攻击亚甲基氢
H H
CH2
CHCl
+ HCl
CH2
C
Cl
C
(7)
CHCl
+ HCl
与VCM聚 合链增长
Cl
形成PVC颗粒特殊组织形态的主要原因是VCM不溶于PVC。 亚颗粒或几个亚颗粒聚 集形成最终的PVC颗粒。
由约50个PVC大分子链 聚集而成
紧密型PVC

ຫໍສະໝຸດ Baidu
疏松型PVC
HMWPVC 聚合度>1700
通过调整悬浮聚合时的配方和工艺条件,可以获得 紧密型和疏松型PVC,颗粒尺寸50~250μm。 聚合温度对颗粒形态有显著影响:温度越低,获得 的PVC颗粒就越疏松。(熔结程度,初级粒子数目、形状,颗粒形状)
硬质PVC 软质PVC
Q:为什么软质 PVC不是软而弱 的塑料呢?
• PVC抗冲击性差: 缺口敏感;低温脆性 大。
反增塑效应
在PVC中加入增塑剂可增加分子间的活动能 力,提高柔顺性。然而,在硬质PVC中加入 少量增塑剂,会出现“反增塑效应”。
Question: 如何解释PVC的反增 塑现象?
反增塑原因: 纯PVC是一种较硬的塑料,Cl原子相 对僵硬,PVC结晶度低,加入少量增 塑剂,可以增加分子间的滑动,从 而排列有序,形成晶态结构,结晶 度和密度增加。
3.6 PVC的改性
软化点不高——耐热性不好

PVC的缺点
耐寒性差、抗冲强度低
易分解、热稳定性差。
分子量增大
高分子量PVC (HWM-PVC)
分子链间规 度提高 PVC的 改性 氯化PVC(CPVC): 提高PVC的氯含量
力学性能大幅 度提高、耐热、 耐寒性提高、 热稳定性提高。
热变形温度、力学强度提高
-Cl导致分子 间作用力增强 大分子间距小
80~175oC:高弹态; -Cl导致分子 o 175~190 C:开始熔融; 链较僵硬 190~200oC热塑性粘流态; >200oC开始急剧分解,在>140oC时就开始分 解。

影响PVCTg 的因素:
聚合反应温度:越高,PVC的Tg越低。 -80oC聚合:Tg~100oC; 125oC聚合:Tg~68oC 加入增塑剂:通过加增塑剂可使PVC的 Tg降到室温以下。
3. 结晶结构——由PVC链上的间规短链段形 成的微晶,结晶度在5~25%之间。通用型 PVC在5~10%(40~60oC聚合)。聚合温度是 影响PVC的结晶度的关键因素。
PVC的立构规整性提高
聚合物温 度降低
结晶度提高 PVC的支化度减少
<三> PVC颗粒的形态结构
PVC颗粒形态也是影响其最终性能的一个重要因素。
<四> PVC的电性能 PVC的电绝缘性较好,但不如PP和PE; PVC的电性能受电场频率影响大; 主要与存在Cl极性基团有关; 适合用于中低压和低频绝缘材料。 <五> 耐化学药品性 PVC具有较好的耐溶剂性和耐腐蚀性:多数 的无机酸、碱、盐和很多非极性有机溶剂。 PVC在一些极性溶剂中会溶胀和溶解。 增塑剂的加入会劣化PVC的耐化学药品性。

中和HCl
M(X)n+nHCl M(Cl)n + nHX
M为金属、X为酸根:弱有机酸金属盐、一些 无机酸的碱式盐。
环氧化合物、胺类、金属醇酚盐、金属硫醇盐。

取代不稳定的Cl原子
镉、锌皂类、羧酸二烷基烯和硫醇烯等都取代不稳定Cl。
与PVC不饱和部位反应
金属硫醇盐与HCl反应生成硫醇和MClx
金属皂类(含 硬脂酸铅)
协同效应 碱土金属(镁、钙、锶、 钡)与脂肪酸合成的皂类
有机锡稳定剂 二正丁基锡的衍生物
热稳定性优异,低毒、制 品透明、但价格昂贵。
3.5 PVC的加工助剂
<一> 增塑剂 PVC增塑剂的要求:
与PVC有很好的相容性
不易挥发,常压沸点>400oC
<二> 润滑剂
润滑剂可以减少加工中树脂颗粒间和熔体聚 合物分子间摩擦产生的热效应,避免塑料对加工 设备金属表面的黏着。
新生成的烯丙基氯不稳定
热裂解
PVC的降解

自由基机理(拉链式反应)

PVC光降解——PVC在日光照射下容易发生 降解,是另外一种自由基机理。
<二> PVC降解的防护
1. PVC降解防护的途径
VCM与其它单 体共聚 稳定PVC 的方法 在PVC中加入 化学稳定剂 中和HCl 取代不稳定Cl 与不饱和部位反应 加入紫外线屏蔽和吸收剂
CH2
CH Cl
n
英文名称:polyvinyl chloride, 简称PVC

PVC塑料是以PVC树脂为基料,与稳定剂、 增塑剂、填料、着色剂及改性剂等多种 助剂混合,经塑化、成型加工而成。
<二> PVC树脂的聚合方法
悬浮法(S-PVC),生产80%的PVC (Suspension Polyvinyl Chloride ) PVC的聚合 方法 乳液法 (E-PVC),生产10%的PVC Emulsions Polymerisate 本体法(M-PVC),生产~10%的PVC mass polymerisation 溶液法,因为对环境有污染,目前已不采用。
3.2 PVC的性能
<一> 基本特征 聚氯乙烯为白色或淡黄色的粉末; 密度为1.35~1.45g.cm-3; 纯PVC的吸水率、透水率和透气率都很低; 但增塑后会有较大幅度的提高。
<二> 力学性能
• PVC 的 强 度 最 高 超 过 60MPa 。 加 入 增塑剂、提高伸长 率、降低拉伸强度。
金属氯化物对PVC的破坏作用
金属氯化物催化多烯与PVC链反应生成HCl。导致稳 定剂的稳定效果下降。
碱金属羧酸盐或碱土金属羧酸盐的“协同效应”。
铅盐类(除硬 脂酸铅)
吸收HCl,价格便宜,氯化 铅不会引起PVC降解。但有 毒。 重金属(铅、锌、镉、亚 锡)与脂肪酸合成的皂类
2. PVC稳定 剂的种类
小测验/作业
(1)简要分析一下为什么高分子量的PVC适 合用作软质PVC; 而低分子量的PVC适合用 作硬质PVC? 在1912年的时候,Fritz Klatte,德国化学 家; 1926年,美国化学家,Waldo Semon, 又一次独立地发明了聚氯乙烯,而且发现 这种材料具有优良隔水性能,非常适合做 浴帘.
软PVC和硬PVC的概念 软PVC:增塑剂含量>40%以上的PVC。 硬PVC:不含增塑剂或增塑剂含量<10%的 PVC。 疏松型PVC适合制造软PVC
PVC疏松度 吸收增塑剂 的能力
型号 PVC-SG1 PVC-SG2 PVC-SG3 PVC-SG4
紧密型PVC适合制造硬PVC
聚合温度/oC 48.2 50.5 53.0 55.5 58.0 61.8 65.5 平均聚合度 1510~1360 1340~1240 1225~1120 1100~1000 985~860 850~730 720~605 主要用途 高级电绝缘材料 电绝缘材料、 薄膜、 一般软材料 电绝缘材料、 农用薄膜、 人造革 工业和农用薄膜、 软管、 人造革、 高强度管材 透明制品、硬管、硬片、单丝、 型材、套管 唱片、透明制品、硬板、焊条、 纤维 瓶子、透明片、硬质注塑管、过 氯乙烯树脂
3.4 PVC的降解与稳定技术
<一> 降解机理 PVC分子链中的“缺陷”是导致降解的主要内 因。 热、光、机械应力是导致PVC降解的外因。 缺陷的热不稳定性: 分子链内烯丙基氯>叔碳氯>末端烯丙基氯

热降解——离子机理(HCl自催化)
脱HCl
HCl有催化作用 PVC开始发黄,最 终变为棕红色。
<六> PVC阻燃性 PVC分子中氯原子使PVC具有较好的阻 燃性,但燃烧时会释放出有毒的物质。 <七> 加工性能 PVC热稳定性差:加工时必须添加热稳定 剂、控制成型温度、减少受热时间; PVC的熔体黏度高:加工流动性差,可加 入润滑剂来改善。 PVC的熔体强度较低:注射和挤出时应避 免高速,以防熔体破裂。 PVC可用挤出、吹塑、注塑、压延等工艺 成型。
但是PVC制品的硬度强烈依赖于增塑剂的用量。
随着增塑剂用量的增多: PVC逐步从硬质 半硬质
软质变化。
耐热性——热变形温度。
<三> PVC的热性能
热稳定性 分子量提高PVC的Tg和热变形温度提高; 增塑剂用量对PVC的耐热性有决定性的影响:
•PVC是一种热敏性的塑料:当温度超过140oC时就会分解。 聚合温度较低制成的PVC热稳定性要高一些。 •PVC的热绝缘性较好。
3. 立构规整结构
在PVC分子链上存在短的间规立构规整结构。
随着聚合反应温度的降低,间规立构规整 度提高。
例如:在~ -60oC聚合而成的PVC,间规立构规 整度高达65%。
<二> 聚集态结构 1. 基本特征 PVC是含有少量结晶结构的无定形聚合物。
2. 无定形结构 通用PVC的Tg在70~80oC;
3.2 PVC的结构
<一> 链结构 1. 基本特征 PVC是VCM单体多数以头-尾结构相联的 线形聚合物。(VinylChloride Monomer)
对于PVC来讲,聚合反应的温度是控制分 子量和链结构的决定因素。
头-头结构 聚合反应温度
分子量
2. 异常(缺陷)结构与支链
缺陷与支链结构对PVC的热稳定性有决定性的影响。
聚合温度下降,疏 松度提高。
PVC-SG5 PVC-SG6 PVC-SG7
通过调整悬浮聚合 时的工艺,还可以获得 球 形 PVC , 颗 粒 呈 圆 球 形,颗粒内部结构的疏 松度介于紧密型和疏松 型之间。适合制造大尺 寸硬PVC制品。
通过乳液聚合, 还可以获得 PVC 糊树 脂,颗粒尺寸1~ 20μm 。适合用来制 制备 PVC 增塑糊,适 合用来制造涂层类 制品:壁纸、地板 革等。


PVC性能;
Discussion Time

聚合温度下降,疏松度提高的原因 是什么?
如何解释PVC的反增塑现象 PVC的降解与稳定技术有哪些


3.1 聚氯乙烯的聚合与品种
<一> PVC树脂与PVC塑料的定义 聚 氯 乙 烯 树 脂 是 氯 乙 烯 单 体 ( vinyl chloride monomer, 简称 VCM )在过氧化物、 偶氮化合物等引发剂;或在光、热作用下按自 由基聚合反应机理聚合而成的聚合物。
热稳定性、熔体流动性、抗 冲击性变差。
与PVC相 容性好 碳链长 度短 与PVC相 容性不好 外润滑剂 碳链长 度长
内润滑剂
减少分子间的极性作 用力,常用的有: 14~18C的硬质醇、硬 脂酸、硬脂酸钙等。
在加工设备表面与熔 体间形成润滑膜,常 用的有:28~32C的脂 肪酸、低分子量PE、 石蜡等。
润滑剂
<三>其它助剂 阻燃剂——主要用于PVC软质品。 发泡剂——用来制造PVC泡沫塑料制品; 有有机和无机化学发泡剂两大类。 填料——降低成本、提高制品力学性能。
第二章 热塑性塑料
第三节 聚氯乙稀 (PVC,Polyvinyl Chloride) PVC的聚合方法 PVC的结构(重点) PVC的性能(重点) PVC的降解(重点)与稳定技术 PVC的加工助剂 PVC的改性
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6

讨论题

PVC的分子结构特点(优点和缺点) PVC的聚集态和颗粒形态
H H C
Cl自由基脱除
链中烯丙基氯
CHCl + Cl
CH2
C CH2 CHCl
CH2
CHCl
叔碳基Cl
CH2
C
链中不饱和结构
PVC自由基链“尾咬”
Cl CH2 C H CH Cl CH2 CHCl CH2
叔碳基氯
CH2
Cl C CH2
Cl CH
Cl CH2 CH2
2,4-二氯丁基支链
PVC支链和缺陷数量并不多,一般为4~40个/ 1000个氯乙烯 重复单元。聚合反应温度越高,支化和缺陷就越多。 例如在-63~-53oC聚合而成的PVC,没有支链。 而在52oC聚合而成的PVC,30~35个支链/1000VCM。
H CH2 C + CH2 Cl CHCl CH2 H C Cl H C Cl (1) CH2 CH2 H C Cl (2) H C CH2Cl
与VCM反应
H CH2 C Cl H C CH2 CH2Cl CHCl
不与VCM反应,脱去Cl自由基
H CH2 C
+ Cl
H C CH2Cl
++ VCM
氯甲基
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