ACR接枝共聚高抗冲PVC树脂的制备

2022-12-26

PVC硬制品具有硬度高、阻燃、耐酸碱腐蚀、绝缘性能好且价格低廉等优点, 广泛使用于各个行业。而普通PVC硬制品具有材料易老化、缺口冲击强度不高、韧性差等缺陷, 从而限制了通用PVC树脂在某些特定领域的广泛应用。而通过纳米粒子进行增韧改性, 使树脂同时具有高强度、高韧性、高耐热性已成为通用PVC改性的趋势[1]。新疆中泰化学股份有限公司与北京化工大学合作, 开发的新型高抗冲PVC复合树脂, 该树脂采用丙烯酸酯类单体为主要原料, 通过种子乳液聚合, 制得纳米级聚丙烯酸酯复合胶乳, 再将其与氯乙烯单体进行悬浮接枝共聚复合而成。

1. 合成

1.1 主要原材料及处理

BA、EHA、MMA, 工业品, 北京东方化工厂;BGDMA, 工业品, 广州谛科;K2S2O8, 工业级, 上海优扬;DS-4, 化学纯, 法国罗地亚;DW、VC、N2, 工业级, 新疆中泰;NH4HCO3, 工业品, 郑州宏石;EHP, 工业品, 新疆华泰隆;HPMC, 工业品, 美国道化学;PVA, 工业品, 英国新特码。

1.2 主要生产装置及设备

聚合反应釜 (10L、7m3) 两台;乳液配制釜 (50L、500L) 两台;出料槽 (13 m3) 两台, 离心机 (LW350-N一台) , 流化床 (4000 m3/y) 一套。

1.3 ACR复合胶乳的配方组成

DW:100份;NH4HCO3:0.40份;DS-4:0.10份;种子液部分:BA/EHA/MMA/BGDMA混合液20/5/10/0.4份;K2S2O8:0.022份;SDS:0.3份;主体部分BA/EHA/BGDMA混合液50/20/1.2份。

实验步骤按照乳液聚合基本步骤进行, 反应过程需氮气保压, 出料调节p H值至中性。

1.4 高抗冲PVC复合树脂的配方

VC:100份;DW:200份;HPMC/PVA:0.10/0.20份;ACR复合胶乳:4.0-6.0份 (固含量) ;EHP:0.05份;NH4HCO3:0.006份。

生产方法按照通用SG-5型树脂生产步骤进行。

2. 性能测试

2.1 胶乳粒径的测定

采用动态光散射法测定, 仪器为英国马尔文ZETASIZER2000。

2.2 力学性能测试配方

ACR改性复合树脂:100份;钙锌热稳定剂:5.0份;硬脂酸:0.8份;聚乙烯蜡:0.8份。

将复合树脂与各种助剂配合好后, 放在高速混合机中混合, 5分钟后出料。

2.3 力学性能测试板材的制备

试样制备和性能测定按《GB/T 12001.2-2008》制备, 将混好的物料放在开炼机上混炼8-10分钟, 辊温175℃-180℃, 薄通12次, 出片厚度约1.0-2.0mm。在平板硫化机进行压片4mm, 裁样用于力学性能测试。

2.4 物理力学性能的测定

缺口冲击强度的测试:将板材按《GBT 1043.1-2008》标准用缺口试验机制成缺口冲击样条, 于23±2℃下放置24小时后, 在简支梁冲击试验机上进行试验。

维卡软化点温度的测定:根据《GBT1633-2000》维卡软化点的试验方法, 所用负荷为A法 (9.81N) , 测得两个平行试样的维卡软化点温度, 取平均值。

拉伸强度的测试:按《GB/T1040.2-2006》在微机控制电子万能试验机进行拉伸试验。测试温度:23℃;拉伸速率:10mm/min。

流变性能的测定:用转矩流变仪测定该复合树脂及通用PVC树脂相关配方的凝胶化时间, 并对它们的加工塑化性能进行对比。样品量50克, 转子转速40rpm, 塑化温度180℃。

3. 测试结果

3.1 胶乳粒径

利用粒径分析仪测定两批次乳液粒径:1#乳液平均粒径为102.5nm, 2#乳液平均粒径均110.6nm, 粒径分布也比较窄, 均小于0.1。该粒径范围在丙烯酸酯乳胶粒子增韧聚氯乙烯树脂的最佳范围之内[2]。

3.2 复合树脂物理力学性能

按照2.4所示方法测得的树脂物理力学性能如表1所示, 1#和2#是两个不同批次的高抗冲PVC复合树脂, C是通用SG5型树脂。从测试数据可以看出, 3#树脂冲击强度只有5.5 k J/m2, A、B树脂冲击强度超过40k J/m2以上, 是通用PVC树脂的8倍以上。这是由于聚丙烯酸酯类玻璃化温度都较低, 常温下都为橡胶态, 能够对硬质PVC起到增韧作用[3], 更为重要的是氯乙烯单体在聚丙烯酸酯胶乳中具有溶胀特性, 可形成具有半互穿网络两相结构的聚丙烯酸酯接枝氯乙烯复合树脂, 而半互穿网络结构使两相之间形成良好的结合力好, 同时聚丙烯酸酯胶乳粒子能够达到纳米尺寸的分散, 所以使得增韧效率进一步提高, 最终得到综合性能优异的高抗冲PVC复合树脂。