前言 聚氯乙烯(PVC)具有重量輕、強(qiáng)度高、耐油、耐化學(xué)藥品、透明、阻燃、電氣性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn),而且價格低廉,廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)[1,2],從柔軟的熱塑性彈性體、塑料薄膜、膠粘劑、涂料等到堅硬的塑料管材、板材等。PVC產(chǎn)品種類繁多,但總體上可分為軟質(zhì)PVC制品和硬質(zhì)PVC制品兩大類[3]。從世界范圍看,硬質(zhì)PVC產(chǎn)量高于軟質(zhì)PVC,而我國軟質(zhì)PVC塑料產(chǎn)量卻大于硬質(zhì)PVC。年產(chǎn)l00多萬噸的PVC樹脂,大部分用來生產(chǎn)軟質(zhì)PVC制品,多用于電線電纜、鞋底、人造革等領(lǐng)域,但國產(chǎn)軟質(zhì)PVC制品普遍存在回彈性差、耐溶劑性差、耐熱性差和耐摩擦性差等缺點(diǎn)。 聚氨酯彈性體具有高彈性、高耐磨、優(yōu)良的耐低溫性和耐溶劑性等軟質(zhì)PVC:所欠缺的優(yōu)點(diǎn)[4],將聚氨酯應(yīng)用于PVC共混材料,將明顯改善和提高軟質(zhì)PVC材料的性能及其實用價值,拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。但傳統(tǒng)的改性方法是首先制備熱塑性聚氨酯彈性體,然后與PVC樹脂進(jìn)行物理共混改性。這樣性能雖有所提高,但成本也相應(yīng)增加。本文研究了一步法制備PVC/PU共混塑料,在擠出成型過程中生成聚氨酯彈性體并同時與PVC進(jìn)行共混改性,可改善和提高材料性能,降低成本?! ? 實驗部分 1.1 主要原料 異氰酸酯MDI,煙臺合成革廠;聚醚多元醇,上海高橋化工廠;聚酯多元醇(PPE),自制;擴(kuò)鏈劑BD,青島化輕公司;聚氯乙烯(PVC),齊魯石化公司氯堿廠;二鹽、三鹽、硬脂酸鈣(鋇)、增塑劑DOP、石蠟等。 1.2 實驗儀器 GH-l0高混機(jī),北京塑機(jī)廠;SK-J60煉膠機(jī),上海橡膠機(jī)械廠;DS-45A雙螺桿擠出機(jī),上海機(jī)械廠;A-25平板壓力成型機(jī);AG-2000A萬能試驗機(jī),日本島津公司;LX-77A邵氏硬度計;FTIR紅外光譜儀,美國聶克公司?! ?.3 成型工藝 將PVC配料研細(xì)放入高混機(jī)中混合10~15分鐘,然后加入按一定比例混合的異氰酸酯、多元醇、擴(kuò)鏈劑等,繼續(xù)混合10分鐘,將混合好的物料加入擠出機(jī)中,在一定的溫度和轉(zhuǎn)速下,物料在擠出過程中進(jìn)行反應(yīng);將擠出物切粒,置于煉膠機(jī)上塑化出片,然后在壓力成型機(jī)上熱壓成片,再按測試標(biāo)準(zhǔn)要求制取試樣,進(jìn)行性能測試?! ? 結(jié)果與討論 2.l 反應(yīng)擠出工藝研究 2.1.1 擠出速度對共混反應(yīng)的影響 將擠出機(jī)均化段的溫度控制在180cC,考察螺桿轉(zhuǎn)速分別為20、30、40、50、60、70和80r/min時對反應(yīng)過程的影響。試驗結(jié)果表明在螺桿轉(zhuǎn)速較大(70、80r/min)時,擠出物的紅外光譜圖中沒有聚氨酯的特征N-H振動吸收峰的出現(xiàn),說明沒有生成聚氨酯。隨著螺桿轉(zhuǎn)速的減小,即反應(yīng)時間的增加,擠出物的紅外光譜圖中在3400cm-1和3320cm-1,一處出現(xiàn)了未締合和締合的聚氨酯的特征N-H伸縮振動峰[5](見圖1),且其峰形逐漸增大,當(dāng)轉(zhuǎn)速降至40r/min以下,峰形基本不變。由此說明多元醇的羥基與異氰酸酯發(fā)生了反應(yīng),并隨著螺桿轉(zhuǎn)速的減小,反應(yīng)程度增大,當(dāng)轉(zhuǎn)速降至40r/min時,聚氨酯的生成反應(yīng)已基本完全。 2.1.2 溫度對共混反應(yīng)的影響 提高溫度有利于聚氨酯的生成,將擠出機(jī)均化段溫度由180℃上升到190℃時。原先當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為60r/min時擠出物紅外光譜圖上未曾出現(xiàn)的N-H伸縮振動峰,此時在3400cm-1和3320cm-1處出現(xiàn)了。但溫度不能過高,當(dāng)溫度達(dá)到200℃時,PVC分解加劇并影響到制品的最終性能。試驗表明,擠出機(jī)均化段溫度控制在180℃~190℃,擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為40~50r/min,有利于生成PU?! ?.2 反應(yīng)擠出PVC/PU性能研究 2.2.l 多元醇對PVC/PU性能的影響 用聚氨酯(PU)改性PVC時,要使PVC/PU塑料具有良好的綜合性能,則必須使PU和PVC兩組分之間具有一定程度的相容性,即兩組分間的溶解度參數(shù)要接近[6]。PU的溶解度參數(shù)主要是由多元醇所決定,用于合成PU的多元醇主要是聚醚多元醇和聚酯多元醇。對比聚醚多元醇和聚酯多元醇,在PVC/PU=80:20的條件下,發(fā)現(xiàn)聚醚型PU與PVC的相容性很差,而聚酯型PU與PVC的相容性較好。因而本實驗選用聚酯多元醇,并考察了不同的聚酯多元醇對PVC/PU共混塑料性能的影響,結(jié)果列于表1。由表l可知,PPE一3聚酯二元醇所制的PVC/PU塑料的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和硬度最好,其他幾種聚酯所制的PVC/PU共混塑料的性能相差不大。這是由于,用PPE一3聚酯二元醇生成的聚氨酯與所選用的PVC有好的相容性。 2.2.2 PVC分子量對PVC/PU性能的影響 表2是不同分子量PVC與聚氨酯合成塑料的性能。由表2可知,由平均聚合度為1300的PVC樹脂合成的PVC/PU共混塑料的性能最優(yōu),其拉伸強(qiáng)度達(dá)到28.5MPa?! ?.2.3 聚氨酯用量對PVC/PU性能的影響 表3是不同用量聚氨酯對PVC/PU塑料性能的影響。由表3可知,隨著聚氨酯用量的增加.PVC/PU共混塑料的機(jī)械性能逐漸提高,但制品成本亦相應(yīng)提高,因此需選擇合適用量聚氨酯,以制得價格適中,綜合性能好的PVC/PU共混塑料。實驗表明,聚氨酯的用量一般為PVC用量的20%左右為宜?! ? 結(jié)論 (1)通過研究反應(yīng)擠出成型工藝,確定螺桿轉(zhuǎn)速為40~50r/min,擠出機(jī)均化段溫度為180~190℃。 (2)性能研究表明,選擇平均分子量為1 300的PVC和用PPE-3聚酯二元醇所生成的聚氨酯,并控制PVC/PU=80:20,通過反應(yīng)擠出可制得價格適中、綜合性能優(yōu)良的PVC/PU軟質(zhì)塑料。
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