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聚氨酯改性聚氯乙烯的研究

前言

聚氯乙烯(PVC)具有重量轻、强度高、耐油、耐化学药品、透明、阻燃、电气性能优良等优点，而且价格低廉，广泛应用于各行各业[1,2],从柔软的热塑性弹性体、塑料薄膜、胶粘剂、涂料等到坚硬的塑料管材、板材等。PVC产品种类繁多，但总钒铁体上可分为软质PVC制品和硬质PVC制品两大类[3]。从世界范围看，硬质PVC产量高于软质PVC，而我国软质PVC塑料产量却大于硬质PVC。年产l00多万吨的PVC树脂，大部分用来生产软科研院校质PVC制品，多用于电线电缆、鞋底、人造革等领域，但国产软质PVC制品普遍存在回弹性差、耐溶剂性差、耐热性差和耐摩擦性差等缺点。

聚氨酯弹性体具有高弹性、高耐磨、优良的耐低温性和耐溶剂性等软质PVC：所欠缺的优点[4]，将聚氨酯应用于PVC焊接结构抗脆断的能力愈高共混材料，将明显改善和提高软质PVC材料的性能及其实用价值，拓宽其应用领域。但传统的改性方法是首先制备热塑性聚氨酯弹性体，然后与PVC树脂进行物理共混改性。这样性能虽有所提高，但成本也相应增加。本文研究了一步法制备PVC／PU共混塑料，在挤出成型过程中生成聚氨酯弹性体并同时与PVC进行共混改性，可改善和提高材料性能，降低成本。

1 实验部分

1．1 主要原料

异氰酸酯MDI，烟台合成革厂；聚醚多元醇，上海高桥化工厂；聚酯多元醇(PPE)，自制；扩链剂BD，青岛化轻公司；聚氯乙烯(PVC)，齐鲁石化公司氯碱厂；二盐、三盐、硬脂酸钙(钡)、增塑剂DOP、石蜡等。

1．2 实验仪器

GH-l0高混机，北京塑机厂；SK-J60炼胶机，上海橡胶机械厂；DS－45A双螺杆挤出机，上海机械厂；A－25平板压力成型机；AG－2000A万能试验机，日本岛津公司；LX－77A邵氏硬度计；FTIR红外光谱仪，美国聂克公司。

1．3 成型工艺

将PVC配料研细放入高混机中混合10～15分钟，然后加入按一定比例混合的异氰酸酯、多元醇、扩链剂等，继续混合10分钟，将混合好的物料加入挤出机中，在一定的温度和转速下，物料在挤出过程中进行反应；将挤出物切粒，置于炼胶机上塑化出片，然后在压力成型机上热压成片，再按测试标准要求制取试样，进行性能测试。

2 结果与讨论

2．l 反应挤出工艺研究

2．1．1 挤出速度对共混反应的影响

将挤出机均化段的温度控制在180cC，考察螺杆转速分别为20、30、40、50、60、70和80r／min时对反应过程的影响。试验结果表明在螺杆转速较大(70、80r／min)时，挤出物的红外光谱图中没有聚氨酯的特征N-H振动吸收峰的出现，说明没有生成聚氨酯。随着螺杆转速的减小，即反应时间的增加，挤出物的红外光谱图中在3400cm-1和3320cm-1，一处出现了未缔合和缔合的聚氨酯的特征N-H伸缩振动峰[5](见图1)，且其峰形逐渐增大，当转速降至40r／min以下，峰形基本不变。由此说明多元醇的羟基与异氰酸酯发生了反应，并随着螺杆转速的减小，反应程度增大，当转速降至40r／min时，聚氨酯的生成反应已基本完全。

2．1．2 温度对共混反应的影响 提高温度有利于聚氨酯的生成，将挤出机均化段温度由180℃上升到190℃时。原先当螺杆转速为60r／min时挤出物红外光谱图上未曾出现的N－H伸缩振动峰，此时在3400cm-1和3320cm-1处出现了。但温度不能过高，当温度达到200℃时，PVC分解加剧并影响到制品的最终性能。试验表明，挤出机均化段温度控制在180℃～190℃，挤出机螺杆转速为40～50r／min，有利于生成PU。

2．2 反应挤出PVC／PU性能研究

2．2．l 多元醇对PVC／PU性能的影响

用聚氨酯(PU)改性PVC时，要使PVC／PU塑料具有良好的综合性能，则必须使PU和PVC两组分之间具有一定程度的相容性，即两组分间的溶解度参数要接近[6]。PU的溶解度参数主要是由多元醇所决定，用于合成PU的多元醇主要是聚醚多元醇和聚酯多元醇。对比聚醚多元醇和聚酯多元醇，在PVC／PU=80：20的条件下，发现聚醚型PU与PVC的相容性很差，而聚酯型PU与PVC的相容性较好。因而本实验选用聚酯多元醇，并考察了离断口愈近变形愈大不同的聚酯多元醇对PVC／PU共混塑料性能的影响，结果列于表1。由表l可知，PPE一3聚酯二元醇所制的PVC／PU塑料的拉伸强度、撕裂强度和硬度最好，其他几种聚酯所制的PVC／PU共混塑料的性能相差不大。这方解石是由于，用PPE一3聚酯二元醇生成的聚氨酯与所选用的PVC有好的相容性。

2．2．2 PVC分子量对PVC／PU性能的影响

表2是不同分子量PVC与聚氨酯合成塑料的性能。由表2可知，由平均聚合度为切肉机1300的PVC树脂合成的PVC／PU共混塑料的性能最优，其拉伸强度达到28.5MPa。

2．2．3 聚氨酯用量对PVC／PU性能的影响 表3是不同用量聚氨酯对PVC／PU塑料性能的影响。由表3可知，随着聚氨酯用量的增加．PVC／PU共混塑料的机不管您再甚么岗位械性能逐渐提高，但制品成本亦相应提高，因此需选择合适用量聚氨酯，以制得价格适中，综合性能好的PVC／PU共混塑料。实验表明，聚氨酯的用量一般为PVC用量的20％左右为宜。

3 结论 (1)通过研究反应挤出成型工艺，确定螺杆转速为40～50r／min，挤出机均化段温度为180~190℃。

(2)性能研究表明，选择平均分子量为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，通过反应挤出可制得价格适中、综合性能优良的PVC／PU软质塑料。