CPE改性硬质PVC增韧效果的研究

CPE改性硬质PVC增韧效果的研究

冯光峰;樊陈莉;洪娟;刘孝阳

【摘要】通过不同结构特征的高密度聚乙烯(HDPE)氯化反应后制得氯化聚乙烯(CPE),研究了CPE改性硬质聚氯乙烯(PVC-U)制品的力学性能;同时也探究了不同相对分子质量特征和部分接枝易于塑化链段的HDPE对CPE改性PVC-U加工性能的影响.结果表明:HDPE的粒径越小和分布越窄、相对分子质量越高及其分布越窄,CPE对PVC-U制品的增韧效果越好;接枝后PVC制品的塑化时间缩减为未接枝时的70％左右,同时CPE改性PVC-U的加工性能变好.

【期刊名称】《现代塑料加工应用》

【年(卷),期】2019(031)001

【总页数】4页(P18-21)

【关键词】聚氯乙烯;氯化聚乙烯;增韧;性能

【作者】冯光峰;樊陈莉;洪娟;刘孝阳

【作者单位】芜湖职业技术学院材料工程学院,安徽芜湖,241003;芜湖职业技术学院材料工程学院,安徽芜湖,241003;芜湖职业技术学院材料工程学院,安徽芜

湖,241003;山东日科化学股份有限公司,山东昌乐,262400

【正文语种】中文

聚氯乙烯(PVC)是五大通用塑料之一,具有成本低、强度高、阻燃、耐腐蚀等优点,被广泛应用于门窗、装饰板、管道、装饰、包装等领域[1],但由于PVC分子链中有

大量的极性C—Cl键,分子间作用力较大,导致其加工成型时出现熔体黏度大、热稳定性差、冲击韧性差、低温易脆等问题,极大地限制了其在低温环境下的使用[2]。因此,扩大硬质PVC(简称PVC-U)制品的使用范围,开发高强高韧PVC-U制品,一直是PVC-U研究的热门课题[3]。依据橡胶增韧塑料的机理,PVC-U中通常添加NBR(丁腈橡胶)、MBS(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物)、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、CPE(氯化聚乙烯)等弹性体,其中CPE因成本低,增韧效果明显,目前最具优势。

CPE是通过取代反应将聚乙烯(PE)分子链中的氢离子取代为氯离子,是聚乙烯的重要改性产品。其中氯含量在35%(质量分数)左右的CPE是PVC-U制品良好的抗冲击改性剂[4]。下面通过不同结构特征的高密度聚乙烯(HDPE)氯化反应后制得CPE,研究了CPE改性PVC-U制品的力学性能;同时也探究了不同相对分子质量特征和部分接枝易于塑化链段的HDPE对CPE改性PVC加工性能的影响。调整氯化工艺条件,以期达到最大发挥CPE这种抗冲击改性剂增韧效果目的。

1 试验部分

1.1 主要原料及仪器设备

PVC,SG-5,中国石化齐鲁石油化工公司;钛白粉,济南裕兴化工责任有限公司;轻质碳酸钙,青州宇信钙业股份有限公司;钙锌稳定剂,深圳志海实业有限公司;CPE,山东日科化学股份有限公司; HDPE的牌号:N220P,N230P,均为三星化

学;CE6040,CE6040X,CE2080,CE2030,CE1020,均为 LG化学;L0555P,中国石油辽阳石化分公司。

高速混料机,SHR-10B,江苏联冠机械有限公司;双辊开炼机,KY-3203-E,东莞市厚街开研机械设备厂;平板硫化机,XLB-25D/Q,上海双翼橡塑机械有限公司;锥形双螺杆挤出机,SJZ45/100,上海金纬设备制造有限公司;拉伸试验机,UTM-1422,简支梁冲击试验机,XJJD-5,均为承德市金建检测仪器有限公司;扫描电子显微镜(SEM),KYKY-

2800B,北京中科科仪股技术发展有限责任公司;激光粒度分析仪,HELOS/RODOS,

德国新帕泰克有限公司。

1.2 试样制备

按照以下质量份配比:PVC树脂粉100.0 份,钙锌稳定剂3.8份,轻质碳酸钙15.0份,钛白粉4.5份,CPE 6.0份;将物料称量好,放入高速混合机中进行混合,115 ℃时放出物料,冷却到40 ℃静置;将混合好的物料经过双辊开炼机开炼和平板硫化机硫化后,

用所得样板进行制样并测试。

1.3 性能测试

冲击强度按照GB/T 1043.1—2008测试;拉伸强度和断裂伸长率按照GB/T 1040.1—2006测试;焊角强度按照GB/T 8814—2017测试。

2 结果与讨论

2.1 不同HDPE对CPE改性PVC力学性能影响

图1是HDPE N220P和HDPE N230P颗粒的SEM照片。

图1 HDPE N220P和HDPE N230P的SEM分析

由图1可知,HDPE N220P的粒径比HDPE N230P的大,且粒径分布宽于HDPE

N230P的。将HDPE N220P和HDPE N230P按照相同的工艺进行氯化反应,制

备相同氯化度的CPE,并用其对PVC进行改性,其制品的力学性能结果如表1所示。表1 不同HDPE氯化后CPE改性PVC制品力学性能项目HDPE N220P改性PVCHDPE N230P改性PVC 冲击强度/(kJ·m-2)13.213.9 断裂伸长率

/%165.2178.4 拉伸强度/MPa40.340.1 焊角强度/kN2.122.43

从表1可以看出,HDPE N230P改性PVC的冲击强度、断裂伸长率、焊角强度都

高于HDPE N220P的。说明当HDPE粒径越小和分布越窄时,制备的CPE改性PVC产品能够获得更好的性能。这是由于HDPE粒径越小和分布越窄,氯化后CPE 产品的氯含量分布会越均匀,发挥抗冲作用的有效成分就会增加,对PVC制品的增韧

改性效果更好。

2.2 CPE断裂伸长率对改性PVC力学性能影响

图2是CPE抗冲改性剂对PVC制品力学性能影响。

图2 CPE的断裂伸长率对PVC制品力学性能影响

由图2可知,随着CPE断裂伸长率的增大,PVC制品的断裂伸长率和冲击强度都不断增大。不同断裂伸长率CPE改性PVC制品的断面SEM形貌如图3所示。

从图3可以看出,随着CPE断裂伸长率的增大,PVC制品断面的纤维状区域明显增大,表明PVC制品逐渐从脆性断裂向韧性断裂转变,其韧性不断提升。

图3 CPE改性PVC制品的SEM分析

2.3 不同HDPE对CPE改性PVC性能影响

分别采用牌号为CE6040,L0555P,N220P,CE2080,CE2030,CE1020 共6个HDPE 树脂试样进行氯化制备具有相同氯含量的CPE,并对PVC进行改性,其制品的力学性能检测结果如表2所示。

表2 不同相对分子质量HDPE氯化后CPE改性PVC制品的力学性能HDPE牌号HDPE相对分子质量特征PVC制品力学性能 MWMw/Mn断裂伸长率/%邵氏硬度拉伸强度/MPa冲击强度/(kJ·m-2) CE604024×1043.5165.386.842.612.9

L0555P22×1043.5176.886.342.513.9 N220P20×1043.5178.185.841.713.6 CE208017×1043.5177.485.141.213.2 CE203017×1042.4176.386.042.013.9 CE102017×1041.8179.286.642.814.8

注:MW为数均相对分子质量;Mw/Mn为相对分子质量分布。

由表2可知,当HDPE的相对分子质量分布相同,增加数均相对分子质量时,PVC制品的断裂伸长率变小,但拉伸强度、硬度均呈上升趋势;当HDPE的数均相对分子质量固定,随着相对分子质量分布逐渐变窄,PVC制品的拉伸强度和硬度逐渐变大,冲击强度明显提高。因此,使用相对分子质量高、分布窄的HDPE树脂氯化制备的CPE