論聚氯乙烯樹脂耐熱和增韌改性研究進(jìn)展

魏斌強(qiáng)

摘 要：聚氯乙烯簡稱為PVC，是一種通用樹脂，應(yīng)用很廣泛，比如農(nóng)業(yè)、建筑、工業(yè)、汽車、電子電氣等領(lǐng)域。它具有電絕緣性、耐化學(xué)腐蝕性、質(zhì)輕、強(qiáng)度高且易于加工還有阻燃性等特征。同時聚氯乙烯樹脂也存在不足，它本身的熱穩(wěn)定性比較差，在制作聚氯乙烯樹脂混合料的過程中必須要與潤滑劑、穩(wěn)定劑、增塑劑、填料、顏料等搭配使用。該文就簡述目前我國對聚氯乙烯樹脂的耐熱性、增韌改性性能的研究進(jìn)展情況。

關(guān)鍵詞：聚氯乙烯樹脂 耐熱改性 增韌改性

中圖分類號：TQ325.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（c）-0085-02

我們國家的聚氯乙烯樹脂的品種就有上百種，共聚樹脂5種、均聚樹脂約71種、專用料11種。聚氯乙烯樹脂可加工成硬質(zhì)、半硬質(zhì)或軟質(zhì)制品，用途廣泛，方便了人們的生活。

1 聚氯乙烯樹脂的產(chǎn)品需求及品種

聚氯乙烯樹脂在各行各業(yè)的使用量還是很大的，從目前來看，聚氯乙烯樹脂產(chǎn)品中35%用于軟質(zhì)品生產(chǎn)，軟質(zhì)品生產(chǎn)中主要還是包裝材料、電線電纜和壁紙等。另外的65%消費領(lǐng)域都在硬質(zhì)品的生產(chǎn)上，比如門窗及型材、管材、硬片及板材和管件等，硬質(zhì)品的發(fā)展還是以符合建材市場要求的一些制品和原料為主。不管是硬質(zhì)品還是軟質(zhì)品，都朝著低增塑劑、無毒性方向發(fā)展。

我國目前聚氯乙烯樹脂牌號可分為兩類，引進(jìn)國外的技術(shù)樹脂牌號和國內(nèi)的技術(shù)牌號。國內(nèi)的主要是中國國標(biāo)疏松型（SG1～SG8）8個，而聚氯乙烯樹脂的國外引進(jìn)技術(shù)牌號是比較多的，比如有6個美國古德里奇技術(shù)、6個歐洲EVC公司技術(shù)、15個日本窒素公司和6個日本信越公司技術(shù)。國內(nèi)自行開發(fā)的牌號主要有醫(yī)用級、衛(wèi)生級、高聚合度、低聚合度和球形樹脂等。還有混合型的比如糊樹脂，這種樹脂里面的牌號包括9個中國國標(biāo)、6個日本吉昂公司、8個三菱化成公司、10個美國西方石油化學(xué)公司。

2 聚氯乙烯樹脂耐熱改性的方法

因為我們常用的聚氯乙烯樹脂存在熱穩(wěn)定性差的缺點，所以導(dǎo)致在加工的過程中容易發(fā)生由于受熱活性部位產(chǎn)生催化脫氯化氫反應(yīng)，并會引發(fā)交聯(lián)、斷鏈等反應(yīng)，從而導(dǎo)致其降解、變色。為了彌補(bǔ)其目前的這些缺點，拓寬其使用的范圍，國家努力對通用的聚氯乙烯樹脂進(jìn)行了耐熱改性，研究開發(fā)了新型的耐熱聚氯乙烯樹脂。對于耐熱型的聚氯乙烯樹脂的改性方法主要采用的是共混、添加熱穩(wěn)定劑、共聚、氯化還有交聯(lián)等方法[1]。這種新型的耐熱聚氯乙烯樹脂既可以改善耐熱的性能，也能拓寬其使用的范圍。

第一，共混改性。在所有高分子改性中最常用、研究最多的方法就是共混改性。這種改性方法的使用是在聚氯乙烯樹脂的材料中通過加入玻璃化來轉(zhuǎn)變較高溫度的樹脂，然后通過兩種樹脂的混合來達(dá)到提高其耐熱性能的效果。這種方法可實施性強(qiáng)并且比較簡單。能進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的并且頗具代表性的耐熱改性劑應(yīng)該就是在20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的一種N-取代馬來酰亞胺（N.MI）型高分子耐熱改性劑，這種改性劑的特點是與各種樹脂相容性好、熱穩(wěn)定性好、耐熱程度高、無毒。

第二，交聯(lián)改性。在制備耐熱材料里面非常重要的一種方法就是交聯(lián)，交聯(lián)的應(yīng)用原理是通過使用交聯(lián)劑來接枝、共聚或者是通過輻射來促使分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而形成網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)不僅可以大大提高材料的熱變形溫度、降低熱收縮率，并且可以使分子之間不能滑移，提高了力學(xué)的性能。我國目前對聚氯乙烯樹脂交聯(lián)的方法有化學(xué)交聯(lián)、X射線交聯(lián)和紫外光交聯(lián)[2]。對比研究比較多的是盛茵他們，通過用過氧化二異丙苯與雙馬來酰胺酸兩者的配合來交聯(lián)聚氯乙烯，從他們的研究里面發(fā)現(xiàn)增塑劑的用量和交聯(lián)劑的用量都與凝膠率的關(guān)系很大，得出的結(jié)論是如果增塑劑用量增加的話，會導(dǎo)致聚氯乙烯的交聯(lián)反應(yīng)速率變慢，從而使凝膠率變低；如果交聯(lián)劑用量增多的話，凝膠率也會跟著增大。所以發(fā)現(xiàn)了增加反應(yīng)時間或者提高反應(yīng)溫度都可以提高凝膠率，并且交聯(lián)的聚氯乙烯材料的熱穩(wěn)定性、拉伸強(qiáng)度、電性能、彈性模量等均比未交聯(lián)聚氯乙烯好，并且隨著交聯(lián)聚氯乙烯凝膠率的增加而增加，而其斷裂伸長率則隨著聚氯乙烯交聯(lián)程度的增加而減少了。

第三，添加熱穩(wěn)定劑。提高聚氯乙烯耐熱性能的一條重要途徑就是添加熱穩(wěn)定劑，聚氯乙烯的制品結(jié)構(gòu)是不一樣的，所以對熱穩(wěn)定劑的消費結(jié)構(gòu)也是不同的，我國和世界最常用的是金屬皂復(fù)合穩(wěn)定劑和傳統(tǒng)的鉛鹽穩(wěn)定劑。目前在世界上已經(jīng)被商品化的熱穩(wěn)定劑主要有幾種，例如：有機(jī)的錫穩(wěn)定劑、鉛鹽的穩(wěn)定劑、稀土的穩(wěn)定劑還有金屬皂復(fù)合的穩(wěn)定劑等。

使用最多的是金屬皂復(fù)合穩(wěn)定劑，它的主要組成成分是用金屬皂類穩(wěn)定劑，并在里面加入一些其他的復(fù)合產(chǎn)品，例如：有機(jī)錫類穩(wěn)定劑、鉛類穩(wěn)定劑等。因為金屬皂類穩(wěn)定劑大多是由堿土金屬和重金屬等生成的，所以品種比較多，但是按穩(wěn)定機(jī)理一般可以分為Ba/Ca和Cd/Zn兩大類。金屬皂的熱穩(wěn)定性其實要差于其他，但是它無硫污染并且有一定的潤滑作用。

3 聚氯乙烯樹脂增韌改性的機(jī)理

聚氯乙烯樹脂增韌改性機(jī)理主要有兩個方面，一是剛性粒子的增韌機(jī)理，二是彈性體增韌機(jī)理。

第一，剛性粒子增韌機(jī)理。

（1）冷拉機(jī)理。冷拉機(jī)理的原理是把橢圓形或者圓形的粒子均勻地分散到聚氯乙烯樹脂之中，因為分散相ROP與連續(xù)相PVC的泊松比（r）和楊氏模量（E）存在著很多的不同，這時候就會產(chǎn)生一種靜壓強(qiáng)，存在于兩相界面之間，隨著這種靜壓強(qiáng)逐漸變高，就會使分散相ROF出現(xiàn)屈服而變成拉伸[3]。由于產(chǎn)生了塑性形變所以分散相粒子就會逐漸變扁、變長，所以想要提高材料的韌性就要吸收大量的沖擊能量，那就必須要ROP發(fā)生轉(zhuǎn)變。

（2）空穴增韌機(jī)理。由于分散相ROF呈現(xiàn)出規(guī)整的球狀分散在PVC基體的連續(xù)相中，這樣就會在分散相粒子的四周出現(xiàn)空穴，兩相之間也才有了最明顯的界面。當(dāng)受沖擊的時候，界面有時會產(chǎn)生脫離，脫離以后會形成微小的空穴，那這些空穴就容易吸收所有的能量，這樣也會使材料受沖擊的強(qiáng)度得到提高。

第二，彈性體增韌機(jī)理。

（1）網(wǎng)絡(luò)增韌機(jī)理。彈性體會形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中包含有聚氯乙烯樹脂的初級粒子。在這個里面想要材料的韌性得到提高，就需要做到彈性網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)吸收沖擊能，同時需要初級粒子也會吸收部分的能量。

（2）剪切屈服-銀紋化理論。彈性體它會分散于基體連續(xù)相中以顆粒狀的形態(tài)均勻地分布，這樣才能出現(xiàn)兩種情況，一種是宏觀的均相，另一種是微觀的分相，并且作為力集中體的彈性體顆粒，會因為產(chǎn)生和發(fā)展了這些銀紋和剪切帶而消耗掉大量的能量，從而增強(qiáng)韌性。

4 結(jié)語

綜上所述，聚氯乙烯簡稱為PVC，是一種通用樹脂，應(yīng)用很廣泛，比如農(nóng)業(yè)、建筑、工業(yè)、汽車、電子電氣等領(lǐng)域。它具有電絕緣性、耐化學(xué)腐蝕性、質(zhì)輕、強(qiáng)度高且易于加工還有阻燃性等特征。同時聚氯乙烯樹脂也存在不足，它本身的熱穩(wěn)定性比較差，在制作聚氯乙烯樹脂混合料的過程中必須要與潤滑劑、穩(wěn)定劑、增塑劑、填料、顏料等搭配使用。我國市場對聚氯乙烯產(chǎn)品的要求越來越強(qiáng)烈，近幾年來，我國對聚氯乙烯產(chǎn)品的工程進(jìn)行了開發(fā)，并且發(fā)展也很迅速。為了讓其應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛性，也為了更好地為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，所以科學(xué)家們從耐熱改性和增韌改性等方面研究，生產(chǎn)出更好、更容易加工的新型聚氯乙烯樹脂。

參考文獻(xiàn)

[1] 周杰，肖漢文，葉正濤.聚氯乙烯的增韌改性研究進(jìn)展[J].膠體與聚合物，2015，1（4）：171-174.

[2] 張強(qiáng).試論環(huán)氧樹脂的改性研究進(jìn)展[J].化工中間體，2015（7）：166.

[3] 高洲洲.聚氯乙烯樹脂行情分析及發(fā)展趨勢[J].工程技術(shù)，2016，1（2）：00291.