增塑劑對PVC塑料材料性能的影響分析

張焱

摘 要：本文的研究分別利用兩種增效劑，對聚氯乙烯實(shí)施改性試驗(yàn)，借助熱壓成型技術(shù)對塑料實(shí)施制備，對兩種增塑劑數(shù)量添加對塑料材料力學(xué)能力和熱學(xué)能力影響程度進(jìn)行分析，同時借助光學(xué)顯微鏡觀察斷面狀況，分別對兩種增塑劑抽出率和遷出率進(jìn)行測定。添入兩種增塑劑，都可以有效降低了塑料材料的玻璃化溫度和粘性，完全改善了加工和耐低溫的性能;但導(dǎo)熱系數(shù)都表現(xiàn)為先大后小的趨勢。兩種增塑劑為DOP增塑劑和Poly聚己二酸丙二醇酯增塑劑。本文將分析該兩種增塑劑對PVC塑料復(fù)合材料性能的影響。

關(guān)鍵詞：增塑劑;PVC材料;性能影響;分析

0 引言

半硬質(zhì)PVC塑料材料家族中的重要部分，該產(chǎn)品采用熱塑性塑料與增塑劑進(jìn)行混合，然后經(jīng)過壓延制作手段產(chǎn)出的薄膜。本研究對PVC塑料復(fù)合材料進(jìn)行改性，分別加入兩種增塑劑，研究Poly和DOP數(shù)量的添加影響復(fù)合材料熱學(xué)性能和力學(xué)性能的程度，并深入研究DOP和Poly的作用機(jī)理，以對兩種增塑劑在材料中的遷移抽出率實(shí)施測定。本文將從以下幾個方面研究。

1 增塑劑使用劑量影響PVC塑料力學(xué)性能的程度

試驗(yàn)證明，加入少量的增塑劑并不能提升PVC的抗沖擊強(qiáng)度，反而下降的趨勢明顯，如果Poly的劑量達(dá)到3PHR或者DOP使用數(shù)量為2PHR的時候，表現(xiàn)出最小的數(shù)值，比較未曾添加增塑劑前縮減16%和15.8%;另外，塑料的彎曲程度有所增加，相比沒有添加增塑劑的時候分別增加10.2%和8.3%（見圖1（b））。使用劑量加大后，PVC塑料的彎曲度顯現(xiàn)持續(xù)下降，抗沖擊強(qiáng)度卻在升高，韌性有所改善。

不同的增塑劑含量，會顯現(xiàn)對PVC各盡不同的增強(qiáng)機(jī)理。在相對低的增塑劑使用狀態(tài)下，會發(fā)生反增塑現(xiàn)象，讓PVC的抗沖擊強(qiáng)度明顯增加，卻增大了彎曲的強(qiáng)度，其形成的原體現(xiàn)在兩個層面。

第一，添加增塑劑可以顯著減小PVC分子間作用力，大大增強(qiáng)分子鏈的運(yùn)動性，讓膠料的流動性最佳，大大提升了增塑劑的包覆率，顯著改善了兩者結(jié)合界面，對裂紋缺陷和材料內(nèi)部空隙進(jìn)行有效彌補(bǔ)。不過，也有研究顯示，塑料材料的結(jié)構(gòu)空隙以及裂紋便于吸納沖擊波，減低其脆弱性，大大降低PVC的抗沖擊強(qiáng)度。也有另外的研究表明，在增塑劑很低含量的狀態(tài)下，PVC的分子鏈在運(yùn)動中進(jìn)行有序地結(jié)晶，從而降低批韌性，增大彎曲強(qiáng)度，降低了沖擊強(qiáng)度;而增塑劑加大添入量，就會逐漸溶解微晶結(jié)構(gòu)，PVC的彎曲強(qiáng)度減小，卻增大了沖擊的強(qiáng)度。而且，增塑劑低分子量卻促成更高的增效率，大大地影響到PVC分子鏈的運(yùn)動，過早出現(xiàn)微晶現(xiàn)象。增塑劑的含量逐漸加大，卻在減小著PVC分子間作用力，提升了PVC基體的韌性，卻降低了內(nèi)結(jié)合的強(qiáng)度，導(dǎo)致PVC基體內(nèi)部受到外部的破壞，而不是結(jié)構(gòu)空隙或者裂紋的缺陷，從而會發(fā)生抗擊強(qiáng)度增大卻導(dǎo)致彎曲強(qiáng)度的下降。

第二，詳見圖1（a），在大劑量添加增塑劑的情況下，如果數(shù)量同等，DOP改性基PVC材料要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Poly抗沖擊的改性效果，這是基于DOP比較小的分子量，添加入BPC后不僅能讓分子間的作用力減小，其潤滑作用也很明顯，對分子間的纏結(jié)現(xiàn)象有所改善，促進(jìn)分子鏈運(yùn)動，所以DOP的增塑效果稍微比Poly好。

2 增塑劑使用劑量影響塑料材料熱學(xué)性能的程度

2.1 增塑劑用量對塑料導(dǎo)熱系數(shù)的影響

塑料材料導(dǎo)熱能力的度量均是通過導(dǎo)熱系統(tǒng)來體現(xiàn)，對塑料材料的實(shí)用性進(jìn)行指導(dǎo)。從上面的介紹不難看出，增塑劑的有效添加會對材料內(nèi)部兩者結(jié)合的狀態(tài)有所改變。詳見圖2兩種增塑劑添加量對塑料導(dǎo)熱系數(shù)的影響程度曲線。從圖中不難看出，隨著增塑劑含量的增加，塑料導(dǎo)熱系統(tǒng)都表現(xiàn)為先期增大后期減小的狀況，最大的情況是上面兩種材料有效添加后，表現(xiàn)熱傳導(dǎo)的形式是塑料材料結(jié)構(gòu)的能量傳輸過程，不是直接地從一端傳輸?shù)搅硪欢恕Ｒ搀w現(xiàn)不理想的塑料的電絕緣性，不體現(xiàn)內(nèi)部自由電子的存在，由此內(nèi)部熱導(dǎo)呈現(xiàn)晶格振動的結(jié)果，其熱能載體為聲子。而沒有添加增塑劑的PVC材料中，導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.023～0.030W/m·K，成為阻礙導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)鍵原因，而增塑劑合理添加后，明顯增加PVC分子運(yùn)動性，對材料內(nèi)部界面結(jié)合明顯改善，空隙率有所降低，導(dǎo)熱系數(shù)顯著增大;增塑劑繼續(xù)增加以后，進(jìn)一步增強(qiáng)了PVC分子鏈運(yùn)動性，也增大了無規(guī)則纏繞程度，結(jié)晶顯著降低，從而產(chǎn)生基于分子鏈震動的散射作用，讓導(dǎo)熱系數(shù)也降低。同時，如圖示，最先達(dá)到峰值的是DOP改性的PVC材料是導(dǎo)熱系數(shù)，完成相同的劑量后，Poly的改性要高于導(dǎo)熱系統(tǒng)。

2.2 影響B(tài)PC玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的增塑劑數(shù)量情況

在非晶態(tài)聚合物中玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是的一個重要物性質(zhì)，而對玻璃化溫度產(chǎn)生影響的是分子鏈運(yùn)動性的改變。靈敏度極其高的動態(tài)機(jī)械分析儀，可以精準(zhǔn)地測量到微弱的二次松弛過程，尤其是測定高交聯(lián)、高結(jié)晶的復(fù)合材料，更適合進(jìn)行測定填充材料的玻璃化溫度轉(zhuǎn)變。在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)域DMA曲線會形成損耗因子高峰。分別添加兩種增塑劑后，會顯現(xiàn)兩種情況：第一是BPC、tanδ峰所對應(yīng)的溫度顯著降低;第二是tanδ在Tg附近所對應(yīng)的改善效率比Poly稍高。實(shí)現(xiàn)分子鏈段運(yùn)動的措施是主鏈的單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)，所以，影響分子柔韌性的因素要也會影響到玻璃化溫度，首先，位壘效應(yīng)帶來的內(nèi)旋運(yùn)動可以借助PVC分子鏈得以有效克服，在逐漸降低溫度的同時，溫度附近的粘度也有所降低。

3 不同的增塑劑在BPC中的遷出率及抽出率

在使用PVC制品中，經(jīng)常發(fā)生增塑劑向外面遷移和抽出的狀況時常發(fā)生在PVC制品的使用中，基于不同的增塑劑種類，顯現(xiàn)出抗遷移和抽出能力的差異性。在增塑劑用量相同的情況下，Poly改性基復(fù)合材料的遷出率和抽出率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于DOP，抽出性和耐遷性表現(xiàn)良好。其中關(guān)鍵因素是基于DOP顯著低于Poly的相對分子質(zhì)量，與PVC分子鏈間發(fā)生顯著的作用力，由此，Poly完全具備優(yōu)良的抗遷出性和抽出性比。同時，增塑劑的數(shù)量增加，也會拉動抽出率和遷出率的上升。

4 結(jié)束語

上面的兩種增塑劑少量添加會出現(xiàn)反增塑現(xiàn)象，使VPC的彎曲強(qiáng)度分別增加10.4%和7.9%，卻讓材料的韌性降低;但對增塑劑加量則顯著提升BPC的韌性，卻表現(xiàn)結(jié)合的強(qiáng)度降低。DOP和Poly的加入有效提升了PVC表面的包覆率，讓界面結(jié)合大大改善，更最大限度彌補(bǔ)了BPC內(nèi)部空隙以及裂紋的缺陷，促進(jìn)了BPC的緊密度，但相同的劑量添入，DOP對復(fù)合材料的增效率要高于Poly。兩種增塑劑的加入，都有效降低了BPC的Tg的粘度，大大改善了耐低溫性以及加工性能，導(dǎo)熱系數(shù)呈現(xiàn)先大后小的態(tài)勢。相同的兩種增效劑數(shù)量，遷出率和抽出率Poly顯著低于DOP。

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