PVC/PVDC復(fù)合硬片耐沖擊強(qiáng)度影響因素研究

吳志剛，尹作柱 ，王正良，黃 俊

（1.浙江巨化股份有限公司電化廠，浙江衢州324004；2.浙江衢州巨塑化工有限公司，浙江衢州324004）

PVC/PVDC復(fù)合硬片作為一種塑料包裝材料具有厚薄均勻、密封性能好、熱合快、易成型、價(jià)格低廉、輕便、抗紫外線及抗輻射等優(yōu)勢，且由于該復(fù)合硬片是由PVDC與PVC復(fù)合而成，克服了PVC復(fù)合硬片阻隔性能較差的缺陷，現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于片劑、膠囊、注射液、口服液等藥品的內(nèi)外包裝[1]。抗沖擊強(qiáng)度是PVC/PVDC復(fù)合硬片的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，如果耐沖擊強(qiáng)度過低，加工時(shí)容易出現(xiàn)裂紋，最終會導(dǎo)致制品無法實(shí)現(xiàn)阻隔性能，從而難以保證藥品的質(zhì)量[2]。

本文采用控制變量法，重點(diǎn)研究了PVDC乳液聚合的聚合溫度、VDC單體的含量及種子的含量對PVC/PVDC復(fù)合硬片抗沖擊強(qiáng)度的影響，為生產(chǎn)用于PVC/PVDC的復(fù)合硬片用的PVDC乳液提供技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 聚合原料

單體：丙烯酸甲酯（MA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸（AA）、丙烯酸乙酯、丙烯腈（AN）、偏氯乙烯（VDC）；

乳化劑：十二烷基磺酸鈉、十五烷基羧酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、醇醚羧酸鹽；

引發(fā)劑：過硫酸銨（APS）、焦亞硫酸鈉（SMBS）；

消泡劑：二甲基硅油、苯乙酸月桂醇酯；

其他助劑：碳酸氫鈉（NaHCO3）、醋酸銨。

1.2 聚合工藝

種子聚合：配置過硫酸銨的引發(fā)劑水溶液；稱取一定質(zhì)量的丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、丙烯酸、丙烯酸丁酯、十二烷基硫酸鈉、十五烷基羧酸鉀、水及少量偏二氯乙烯單體置于聚合釜，攪拌轉(zhuǎn)速為200 r/min，預(yù)分散15 min后，將聚合釜的溫度升至75℃，慢慢滴加引發(fā)劑水溶液，常壓反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在75～80℃，滴加時(shí)間1 h；引發(fā)劑滴加完后，溫度控制在80℃、保溫1 h，完成種子乳液聚合。

PVDC乳液聚合：配置過硫酸銨（或者是焦亞硫酸和過硫酸銨）的引發(fā)劑水溶液；將偏氯乙烯單體、丙烯酸甲酯、丙烯腈、丙烯酸、十二烷基苯磺酸鈉、醇醚羧酸鹽、碳酸氫鈉、醋酸銨及水加入混液槽，攪拌轉(zhuǎn)速為180 r/min，夾套通入5℃的冷卻水，對預(yù)混液進(jìn)行冷卻，即完成了預(yù)混液的配置；加入丙烯酸種子乳液及水，用氮?dú)鈱⒕酆细脫Q2次，最后抽真空，壓力為-0.08 MPa，抽真空完成后對聚合釜升溫，將配置的引發(fā)劑水溶液及預(yù)混液均勻的加入聚合釜內(nèi)，加料時(shí)間控制在12 h，轉(zhuǎn)速控制在120 r/min，反應(yīng)溫度為50～75℃。

乳液脫吸：加入二甲基硅油和苯乙酸月桂醇酯，將氮?dú)夤艿某隹诜旁赑VDC乳液液面以下，鼓入氮?dú)獠⒊檎婵眨麄€(gè)脫吸過程中壓力控制在-0.02～-0.04 MPa，溫度控制在 65～70 ℃，攪拌轉(zhuǎn)速為20 r/min，脫吸時(shí)間為4 h，脫吸完成后冷卻過濾即得到樣品。

1.3 PVC/PVDC復(fù)合硬片的耐沖擊強(qiáng)度評價(jià)

將PVC硬片（厚底約為250 μm）表面經(jīng)過電暈放電處理，在表面涂一層2 g/m2的粘合劑（該粘合劑為聚氨酯溶于醋酸乙酯中形成的溶液），熱風(fēng)干燥20 s，然后面涂40 g/m2的PVDC乳液，在經(jīng)過紅外線干燥，即完成了耐沖擊性評價(jià) PVDC/PVC復(fù)合硬片的制作。PVC/PVDC復(fù)合硬片的耐沖擊強(qiáng)度評價(jià)按照YBB00222005-2015標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，使用落球沖擊試驗(yàn)儀測試[3]。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚合溫度對PVC/PVDC復(fù)合硬片耐沖擊強(qiáng)度的影響

采用控制變量法，保證丙烯酸種子乳液干重和VDC占PVDC聚合工藝中總共單體中的比例不變，只改變聚合溫度，對聚合溫度對PVC/PVDC復(fù)合硬片耐沖擊強(qiáng)度進(jìn)行研究，聚合的簡要配方見表1。

表1 研究溫度對PVC/PVDC復(fù)合硬片耐沖擊強(qiáng)度的配方表

用表1中配方聚合出來的PVDC乳液制得的PVC/PVDC復(fù)合硬片進(jìn)行耐沖擊強(qiáng)度測試，用測試的結(jié)果與聚合溫度作圖，得到圖1。由圖1可知PVC/PVDC復(fù)合硬片的耐沖擊強(qiáng)度隨聚合溫度的升高急劇下降。這是因?yàn)榉磻?yīng)溫度越高，PVDC聚合度越低，對應(yīng)PVDC聚合物的強(qiáng)度和力學(xué)性能會下降，耐沖擊強(qiáng)度會降低，對應(yīng)PVC/PVDC復(fù)合硬片的耐沖擊強(qiáng)度也會下降[4-7]。

圖1 聚合溫度與耐沖擊強(qiáng)度的關(guān)系圖

2.2 VDC單體的含量對PVC/PVDC復(fù)合硬片耐沖擊強(qiáng)度的影響

采用控制變量法，保證聚合過程中丙烯酸種子乳液的干重和聚合溫度是相同的，調(diào)整聚合過程中VDC在PVDC聚合工藝中總共單體中的比例，并對PVC/PVDC復(fù)合硬片耐沖擊強(qiáng)度進(jìn)行研究，聚合的簡要配方見表2。

表2 研究VDC含量對PVC/PVDC復(fù)硬片耐沖擊強(qiáng)度的配方表

用表2中的配方聚合出來的PVDC乳液制得的PVC/PVDC復(fù)合硬片進(jìn)行耐沖擊強(qiáng)度測試，每隔3天測1次，用測試的結(jié)果對該復(fù)合硬片常溫放置的時(shí)間作圖，得到圖2。

圖2 復(fù)合硬片常溫放置時(shí)間與耐沖擊強(qiáng)度的關(guān)系圖

從圖2可以看出，初始復(fù)合硬片的耐沖擊強(qiáng)度隨VDC含量的增加而增加，最終的耐沖擊強(qiáng)度隨VDC含量的增加而降低，且VDC含量越高其耐沖擊強(qiáng)度隨放置時(shí)間下降得越快，放置13天后其耐沖擊強(qiáng)度基本不再變化。共聚合物及相容性很好的共混聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可參考Fox方程，F(xiàn)ox方程如下：

式中：Tg、Tg，1、Tg，2及 Tg，n為共聚物及均聚物 1、2 及 n的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；w1、w2及 wn為共聚物中 1、2、n的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

在種子的質(zhì)量相同的情況下，在PVDC乳液聚合階段，VDC含量越高，對應(yīng)其他共聚單體的含量就偏低，且 Tg，VDC小于 Tg，共聚單體，而在 PVDC 結(jié)晶前，其物理性質(zhì)和無定型的聚物相同，即當(dāng)溫度高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越低，無定型聚合物的柔韌性越好。因此初始復(fù)合硬片的耐沖擊強(qiáng)度隨著VDC含量增加而增加。PVDC聚合物隨著放置時(shí)間的增加，其結(jié)晶度不斷增加，當(dāng)放置13天以后完全結(jié)晶，性能基本穩(wěn)定，因此13天后其耐沖擊強(qiáng)度基本不再變化。隨著放置時(shí)間的增加，PVDC聚合物的結(jié)晶度不斷增加，PVDC聚合物的耐沖擊強(qiáng)度會下降，因此隨著放置時(shí)間的增加其耐沖擊強(qiáng)度逐漸下降。PVDC聚合物中VDC含量越高，其最終的結(jié)晶度也越高，因此最終的耐沖擊強(qiáng)度隨VDC單體的含量增加而降低[7-9]。

2.3 種子的含量對PVC/PVDC復(fù)合硬片耐沖擊強(qiáng)度的影響

采用控制變量法，保證聚合溫度和VDC占PVDC乳液聚合中單體的比例不變，調(diào)整丙烯酸種子干重占PVDC乳液聚合中單體的比例，對聚合過程中丙烯酸種子干重占PVDC乳液聚合中單體的比例對PVC/PVDC復(fù)合硬片耐沖擊強(qiáng)度進(jìn)行研究，聚合的簡要配方見表3。

表3 研究丙烯酸種子干重對PVC/PVDC復(fù)硬片耐沖擊強(qiáng)度的配方表

用表3中配方聚合出來的PVDC乳液制得的PVC/PVDC復(fù)合硬片進(jìn)行耐沖擊強(qiáng)度測試，每隔3天測1次，用測試的結(jié)果對該復(fù)合硬片常溫放置的時(shí)間作圖，得到圖3。

圖3 復(fù)合硬片常溫放置時(shí)間與耐沖擊強(qiáng)度的關(guān)系圖

從圖3可以看出，隨種子用量的增加，PVC/PVDC復(fù)合硬片初始耐沖擊強(qiáng)度越低，而最終的耐沖擊強(qiáng)度與種子的用量幾乎沒有關(guān)系。

本實(shí)驗(yàn)得到的聚合物為核殼型聚合物，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可參考Fox方程。隨著種子的量的增加，其中玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高的聚合物對應(yīng)單體隨著增加，這使得聚合物最終的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度增加，這就會使得PVDC聚合物的耐沖擊強(qiáng)度降低，對應(yīng)PVC/PVDC復(fù)合硬片的耐沖擊強(qiáng)度也會降低（PVDC聚合物結(jié)晶前的物理性質(zhì)可參考無定型聚合物）。常溫放置13天后，PVDC聚合物完全結(jié)晶，而方案1-7的PVDC聚合物中VDC含量相同而種子的用量較少，這使得方案1-7的PVDC聚合物的結(jié)晶度幾乎相同，最終PVDC聚合物的耐沖擊強(qiáng)度幾乎相同，所以對應(yīng)PVC/PVDC復(fù)合硬片的耐沖擊強(qiáng)度幾乎相同[7-9]。

3 結(jié)論

本文采用控制變量法，重點(diǎn)研究了PVDC乳液聚合的聚合溫度、VDC單體的含量及丙烯酸種子的含量對PVC/PVDC復(fù)合硬片抗沖擊強(qiáng)度的影響，具體如下：聚合溫度越高，對應(yīng)PVDC聚合物的聚合度越低，結(jié)晶前后的復(fù)合硬片的耐沖擊強(qiáng)度均會越低；VDC單體含量越高，結(jié)晶前復(fù)合硬片耐沖擊強(qiáng)度較高，但結(jié)晶后復(fù)合硬片耐沖擊強(qiáng)度越低；在種子用量較少的情況下，復(fù)合硬片結(jié)晶前的耐沖擊強(qiáng)度隨種子的用量的增加而降低，但種子的用量對復(fù)合硬片最終的耐沖擊強(qiáng)度影響不大。

［1］章 信.高密封冷、熱復(fù)合硬片.塑料，2004：12－12.

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