[发明专利]一种聚氯乙烯增韧增强母粒及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料加工技术领域，具体涉及一种聚氯乙烯增韧增强母粒及其制备方法和应用。

背景技术

聚氯乙烯(PVC)是世界上最早实现工业化的塑料品种之一。自20世纪30年代以来，PVC以其优良的综合性能和较低的价格备受各工业化国家的重视，保持着长盛不衰的发展势头。据报道，全球2014年产能已超过1亿吨。目前我国是PVC第一生产和应用大国，截至2014年底，产能、产量分别达到2600多万吨和1600多万吨。

PVC具有难燃、抗化学腐蚀、耐磨、电绝缘性优良和机械强度较高等优点。在加工过程中加入添加剂或采用适当的工艺和设备生产出各式各样的塑料制品，包括板材、管材、管件、异型材等硬制品以及薄膜、人造革、塑料鞋、电缆料和泡沫材料等软制品，被广泛应用于工业、农业、日用品、包装、电力和公用事业等领域。特别是PVC塑料的广泛使用，节能意义很大，以PVC塑钢门窗为例，生产的能耗仅为钢窗的1/4，铝合金门窗的1/8。在使用上，由于热导率低，密封性好，与铝合金门窗相比，可节能30％。

但PVC材料抗冲击性能差，纯硬质PVC制品的缺口抗冲击强度只有2kJ/m²～3kJ/m²，属于硬脆性材料。特别是低温韧性差，降低温度时迅速变硬变脆，受冲击时极易脆裂。这大大制约了PVC材料应用范围的进一步拓展，所以对PVC的增韧、增强、提高耐热性等的高性能化改性具有十分重要的意义。

PVC的改性可分为化学改性和物理改性。化学改性是指通过一定的化学反应使PVC的结构发生变化，从而达到高性能化目的。共聚合反应和大分子反应是化学改性的两大途径。共聚合是PVC改性的主要方法，常用的有无规共聚和接枝共聚两种。大分子化学改性有氯化和交联等。交联是指在PVC树脂制备或PVC加工过程中加入交联剂或采用放射线进行辐射交联，可以使PVC分子链间产生一定程度的化学键合，从而提高PVC的拉伸强度、尺寸稳定性和耐热性。

物理改性是将改性剂与PVC共混，使其均匀地分散到PVC中，从而起到增韧改性的作用，该方法简单易行，是被广泛采用且最有发展前途的增韧方法。填充、共混、复合是PVC物理改性最主要的改性方法。

聚氯乙烯与弹性体的共混增韧是目前研究最多、理论和应用最成熟的改性途径之一，目前已经获得成功的弹性体改性组分有CPE、BS、ACR、SBS、ABS、EDPM、EVA、NBR、MPR、EPR等[吴培熙，张留城主编.聚合物共混改性.北京:中国轻工业出版社,1996；Polymer,2000,41:5865-5870]。弹性体增韧PVC的机理主要有两种：一种是以丁腈橡胶(NBR)[Appl Polym Sci,1993，49(1):132-136]、氯化聚乙烯(CPE)[US patent,4767817.1988-08-30]、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)[Polymer,2001，42(2):737-746]等为代表的网络增韧机理。另一种是以丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)[Macromol Sci Phys,1977,B14(3):387-417]、丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)[Polymer,1995,36(3):437-443]、聚丙烯酸酯(ACR)[Plastics Additive and Compounding，2002,4(9):16-18]等为代表的“剪切屈服一银纹化”机理。

弹性体改性可以显著提高PVC的韧性，但往往以牺牲PVC的强度、刚度、尺寸稳定性、耐热性和加工性能为代价。采用刚性体为增韧剂，可同时达到增韧、增强的效果。将刚性体以某种方式分散于基体中，可以使体系的屈服强度、拉伸强度、断裂伸长率以及冲击强度均得以提高，同时材料的刚性、耐热变形温度及加工流动性均不受损，甚至有所改善[Polymer Engineering and Science,1985,25(12):741-756]。

弹性体可大幅度提高PVC的韧性，但又损害了PVC的强度、刚度、尺寸稳定性等其它性能；刚性粒子可同时提高PVC的韧性和强度，但对冲击强度的提高幅度却有限。因此，有人提出了将二者同时使用协同增韧PVC的方法，并取得了满意的效果。研究表明，当PVC具有一定的初始韧性时，刚性粒子的增韧效果明显优于其它无初始韧性的改性效果。因此，人们采用了先用弹性体对PVC进行预增韧，将PVC性能调至脆-韧转变附近，然后再用刚性粒子增韧的方法对PVC进行改性，取得了很大进展[高分子学报,2002,(6):738-741]。