淺議PVC干混料相分離的影響因素

程建軍 李松群 楊冬柏

淺議PVC干混料相分離的影響因素

程建軍 李松群 楊冬柏

本文對干混料的相分離現(xiàn)象進行了解釋，重點分析了干混料相分離的影響因素，并對如何降低相分離程度提出了相應(yīng)的建議。

相分離；活化度；混料工藝；傳輸方式

1.干混料相分離

相分離是指物體由于某一環(huán)境條件變化在相與相之間出現(xiàn)分離的不穩(wěn)定傾向。干混料是由吸附無機物、助劑的PVC顆粒組成，由于PVC的黏度不高，導(dǎo)致所含無機物組分與PVC顆粒易剝離，從而出現(xiàn)分散不均的現(xiàn)象——即為干混料的相分離。該現(xiàn)象會導(dǎo)致生產(chǎn)的產(chǎn)品在外部表觀上產(chǎn)生麻點、針孔、光澤度不佳以及產(chǎn)品內(nèi)部的微觀界面缺陷導(dǎo)致的材料力學(xué)性能下降。相分離一般發(fā)生在微觀層面，嚴重分離時在宏觀上也有所表現(xiàn)，如混料中有小顆粒或者無機組分沉積結(jié)塊等現(xiàn)象。

2.干混料相分離影響因素

干混料相分離的影響因素有很多，重點從以下三個方面進行分析：生產(chǎn)輔料、混料工藝、傳輸方式。

2.1 生產(chǎn)輔料

PVC的加工過程中主要用到的輔料有穩(wěn)定劑、鈦白粉、CPE、CaCO3、ACR及顏料等。一般而言，CaCO3是整個配方體系中用量最大的無機物，所以CaCO3的質(zhì)量在整個相分離過程中起到了至關(guān)重要的作用。

CaCO3是一種優(yōu)良的無機填料，在塑料、橡膠、 涂料等諸多工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。但CaCO3的比表面積大，表面能高，易團聚；同時CaCO3表面極性大，親水性很強，而PVC配方中的有機組分大多為油性大分子，因此CaCO3與有機基體間親和力較弱，易造成界面缺陷，導(dǎo)致產(chǎn)品材料性能下降。因此，有必要對 CaCO3進行表面改性，以降低其表面勢能，改善親水疏油性，提高它在塑料中的分散能力以及與有機基體的親和力。

CaCO3的活化度是衡量它與有機基體的親和力的重要指標(biāo)，提高CaCO3的活化度可大大降低相分離程度。目前CaCO3活化主要采用的活化劑有硬脂酸[十八烷酸CH3(CH2)16COOH]和偶聯(lián)劑，硬脂酸是通過物理包裹碳酸鈣來進行活化，偶聯(lián)劑活化主要是通過化學(xué)反應(yīng)或分子鏈纏繞將碳酸鈣包裹，其中偶聯(lián)劑又稱促粘劑或表面處理劑，是一種具有兩性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，它是以鈦或鋁或鋯為中心，分子的一端可與無機物表面的化學(xué)基團反應(yīng)，形成牢固的化學(xué)鍵；另一端基團則具有親有機物的性質(zhì)，可與有機分子反應(yīng)或物理纏繞，從而把兩種性質(zhì)大不相同的材料牢固的結(jié)合起來。經(jīng)偶聯(lián)劑處理的無機物是憎水親有機的，當(dāng)加入聚合物體系中可促進粘合，從而降低相分離的程度。

綜上，生產(chǎn)輔料中CaCO3的活化度對干混料相分離起著很重要的影響。兩種活化方法中，硬脂酸活化依靠的是范德瓦爾斯力作用，而偶聯(lián)劑活化是運用的化學(xué)鍵，因此偶聯(lián)劑活化更具有可靠性、牢固性。所以偶聯(lián)劑活化后的CaCO3運用于干混料中更不容易產(chǎn)生相分離。另外偶聯(lián)劑還具有催化作用，改善分散與流變性能，提高抗沖強度，降低材料脆性，改善產(chǎn)品機械加工性能。

2.2 混料工藝

混料實際上是生產(chǎn)輔料和PVC混合后壓實、均化、排濕、預(yù)凝膠化的過程。在整個過程中，各輔料微組份吸附在PVC顆粒表面，經(jīng)摩擦、剪切作用后PVC樹脂逐步熔融塑化，而后再結(jié)晶形成網(wǎng)絡(luò)形態(tài)結(jié)構(gòu)，在高速熱混合過程中，可見到PVC樹脂既有顆粒細化、粒徑均勻的形態(tài)變化，又表現(xiàn)出密度增大、部分凝膠化的特點，最終形成均勻的干混料（見圖1）。因此，混料工藝的設(shè)置直接影響到相分離程度的輕重。由于各組分相互吸附和滲透發(fā)生在熱混階段，以下將重點對混料過程中熱混工藝進行分析。

稱量精確的各原、輔料放置于熱混鍋內(nèi)，物料受到高速攪拌，由于離心力的作用，物料被拋向熱混鍋內(nèi)壁，并在底部槳葉的帶動下沿壁面上升，當(dāng)上升到一定高度后，由于重力的作用，又落回到槳葉中心，接著又被拋起，如此往復(fù)循環(huán)的混合。由于葉輪轉(zhuǎn)速很高，物料運動速度很快，快速運動的粒子間相互碰撞、摩擦，從而使物料顆粒之間產(chǎn)生較強的剪切作用和較高的熱量，這些相互作用促進了各組份的均勻分布和吸附。在此過程中，各組分添加的重量、比例，物料在熱混鍋中停留時間長短、溫度的高低均會影響各組分的均勻性和吸附力強弱。因此降低干混料相分離程度應(yīng)著重關(guān)注混料流程中三個方面的控制（混料流程見圖2）。

圖1

圖2

1.2.1 稱量

原料稱量必須按照熱混機的容量進行稱量，一般物料體積占熱混機體容積70%左右，若加入原料量偏少，原料在混合過程中一直處于熱混機底部，無法向上翻騰，導(dǎo)致混合效果不佳，另外，稱量少還會影響到料溫?zé)狳c偶與壁溫?zé)犭娕紲囟蕊@示不一致，產(chǎn)生假信號，從而影響到干混料的質(zhì)量；如果稱量過多，熱混機內(nèi)沒有足夠的空間讓原料做旋轉(zhuǎn)運動，一方面會導(dǎo)致混合不均，另一方面相對增加了熱混電機的功率，損傷設(shè)備；原料比例是另一個影響干混料相分離的重要因素，若添加輔料過多，有限的PVC粒子表面無法吸附足夠多的輔料，也就談不上混合均勻。

1.2.2 混料溫度

物料的混合溫度是影響干混料性能最重要的因素之一，混料溫度低于80℃時，物料的密實主要靠機械力密實，使各組分包圍在PVC粒子周圍。當(dāng)溫度高于PVC樹脂玻璃化溫度Tg（約80℃）時，PVC顆粒開始軟化，吸收其它組份，逐漸密實，溫度升至115～125℃時，PVC粒子中較小的顆粒逐漸凝膠，此時測得的最終密實程度即稱為表觀密度。

當(dāng)混料下料溫度偏低時，PVC顆粒的凝膠性將降低，從而黏度下降，其它組份被吸附到PVC顆粒的能力也相應(yīng)下降，會大大增加相分離程度；下料溫度偏高雖然可以增強PVC顆粒的吸附力，但會提前消耗干混料中的穩(wěn)定劑，導(dǎo)致生產(chǎn)型材發(fā)黃。因此混料應(yīng)適當(dāng)?shù)目刂苹炝蠝囟龋员ＷC干混料的均勻性，從而降低相分離。

1.2.3 混料時間

物料在混合過程中經(jīng)歷的壓實、均化、部分凝膠化過程，均需要一定時間完成?；炝蠒r間的延長有助于穩(wěn)定劑及其他添加劑更均勻地擴散到樹脂中，以進一步提高物料穩(wěn)定性和均勻程度。同樣，混料時間如果過長，也會導(dǎo)致穩(wěn)定劑的提前消耗，根據(jù)經(jīng)驗，物料在高速熱混機中混合時間一般控制在400-550S之間，從而得到質(zhì)量均勻、干流性好的干混料。如果在生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)混料時間偏長或偏短，可通過調(diào)節(jié)預(yù)混時間，刀片轉(zhuǎn)速等方式對混料時間進行調(diào)節(jié)，從而達到混合均勻的目的。

從混料工藝方面來看，混料的稱量、溫度、時間等都會對干混料的均勻性起到很大的作用，進而影響到物料相分離，因此，要從以上三個方面入手對混料工藝進行優(yōu)化，能相應(yīng)降低干混料相分離程度。

1.3 傳輸方式

傳輸方式是影響干混料相分離的最后一個因素，它是規(guī)?；a(chǎn)的最后一個環(huán)節(jié)。目前我公司干混料傳輸采用負壓傳輸和脈沖傳輸兩種傳輸方式。下面對兩種傳輸方式進行分析。

1.3.1 負壓傳輸

負壓傳輸即由負壓風(fēng)帶動干混料顆粒移動，傳輸?shù)戒撈脚_中間倉的傳輸方式（具體原理如圖3所示），風(fēng)機工作產(chǎn)生負壓風(fēng)，干混料在負壓風(fēng)的帶動下漂浮于傳輸管道中開始移動，由干混料庫傳輸?shù)戒撈脚_中間倉。由于在這個過程中，干混料顆粒單獨漂浮于傳輸管道內(nèi)，負壓風(fēng)對干混料顆粒有一定的作用力，很容易使吸附在PVC顆粒上的其他物質(zhì)如CaCO3與PVC顆粒分離，從而產(chǎn)生相分離。針對以上問題我們不難看出解決此類問題主要方法有兩種：1、增大風(fēng)機負壓，降低負壓風(fēng)對干混料顆粒的作用力；2、縮短傳輸距離，減小干混料顆粒受作用力的時間。以上兩個方面都可大大減低相分離程度，這也是我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)過程中近距離傳輸采用負壓傳輸，并且傳輸負壓不能太小的原因。

圖3

1.3.2 脈沖傳輸

脈沖傳輸?shù)墓ぷ髟砣鐖D4所示，干混料通過鉸刀輸送至脈沖中間倉（A），后通過收塵壓力輸送至脈沖倉（B），脈沖倉內(nèi)存儲一定的干混料，由脈沖倉頂部產(chǎn)生高氣壓（一般壓力為600mbar），由于底部的脈沖氣壓閥（F）首先工作，把底部的干混料輸送到管道內(nèi)，底部管道形成空余的空間，后通過單向閥（C-G）壓力逐級遞減的形式將干混料段輸送至鋼平臺中間倉(D)，接著脈沖倉上部的高氣壓將其余適量的干混料壓至底部空余空間，底部脈沖氣壓閥再次工作，如此往復(fù)循環(huán)，氣壓閥每秒鐘動作一次，形成脈沖對干混料進行傳輸。

由以上可知，脈沖傳輸過程中一段干混料僅兩端與氣體接觸，避免了中間部分直接與空氣作用，因此在傳輸過程中會大大減低相分離程度，傳輸距離長達到200m。但由于脈沖設(shè)備資費相對較高，通常在遠距離進行干混料輸送時才會采用脈沖傳輸。

圖4

3.結(jié)論

綜上所述，干混料的相分離主要是由于干混料中各個組分吸附力不強或外力作用所導(dǎo)致，因此要降低干混料的相分離應(yīng)重點從以下幾個方面入手：

3.1 在原料方面，尤其在輕鈣使用時，選取一個高活化度的活性輕鈣較為重要，并確認適當(dāng)?shù)幕旌媳壤?/p>

3.2 混料工藝方面，應(yīng)控制好混料相應(yīng)工藝參數(shù)，如熱混時間、熱混轉(zhuǎn)速等；

3.3 傳輸方式上要選擇恰當(dāng)?shù)妮斔湍Ｊ剑巛^遠距離則采用脈沖傳輸?shù)姆绞絹斫档拖喾蛛x程度，穩(wěn)定大規(guī)模自動化連續(xù)生產(chǎn)。

脈沖傳輸和負壓傳輸比較表

[1]劉啟新，陳會興.單管正壓風(fēng)動送樣系統(tǒng)在企業(yè)中的成功應(yīng)用.冶金分析，2004，24（7）:135.

[2]吳紹吟，練恩生.納米碳酸鈣填充NBR的研究.橡膠工業(yè) ，2000，47 (5) ：267.

[3]王旭，黃銳.PP/彈性體/納米 CaCO3復(fù)合材料的研究.塑料工業(yè)，2000，14 (6)：34.

[4]高俊剛，楊麗庭，李燕芳.改性聚氯乙烯新材料.北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ，20021.

[5]王文廣.塑料工業(yè)實用技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20001.

(作者單位：蕪湖海螺型材科技股份有限公司)

TU53

A

1671-3362（2015）10-0061-03