...wd......wd......wd...PVC填充改性填料的篩選與評價

題目PVC填充改性填料的篩選與評價選題類型PVC高性能化、功能化研究一、選題依據(jù)(簡述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、生產(chǎn)需求狀況,說明選題目的、意義，列出主要參考文獻)：1、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：①彈性體增韌PVC的研究已經(jīng)從使用一種改性劑開展到使用兩種或更多種的改性劑共同增韌PVC，即從二元體系向多元體系開展或者與其他材料進展復(fù)合后在進展增韌。②由于RF具有增韌增強的雙重效應(yīng)，大局部研究者已經(jīng)從采用彈性體作PVC的增韌劑轉(zhuǎn)變到用RF作為PVC的增韌劑，或者先采用彈性體將PVC調(diào)至脆韌轉(zhuǎn)變附近，然后再用RF對PVC進展增韌改性，研究說明后者的改性效果更佳。而對RIF增韌的研究多趨向于納米級的。③增韌機理的研究：目前對彈性體增韌PVC，人們普遍承受的是“剪切屈服—銀紋化理論〞，而對于ROF增韌PVC，人們大多承受“冷拉理論〞。但對于各種理論目前仍局限于定性分析，而無系統(tǒng)的定量分析理論。④相容性的研究：無論彈性體還是RF增韌PVC，共混體系的相容性都起著至關(guān)重要的作用，人們對聚合物之間相容性的研究也較為重視，其理論已趨于完善。改良聚合物之間相容性主要是靠增容劑，目前人們已開發(fā)出多種多樣,適用于各種體系的增容劑。⑤相態(tài)構(gòu)造的研究：借助于光學與電子顯微鏡以及相應(yīng)的染色技術(shù)等形態(tài)觀察技術(shù)，人們對材料的斷口形貌進展細致觀察，從而對共混體系的微觀相態(tài)構(gòu)造有了更進一步的認識。2、文獻綜述：聚氯乙烯(PVC)樹脂是世界上最早實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的塑料品種之一,其產(chǎn)量僅次于聚乙烯(PE)而居于世界樹脂產(chǎn)量的第2位。由于其價格低廉,原材料來源廣泛,具有難燃、耐磨、抗化學腐蝕、電絕緣性能優(yōu)良和機械強度高等優(yōu)點,因而在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、日用品、包裝以及電力等方面具有廣泛的應(yīng)用。但PVC由于分子鏈極性較強,對外顯示出一定的脆性,屬于脆性材料,這一缺點嚴重限制了PVC的進一步開展和廣泛應(yīng)用,因此對PVC增韌改性研究,一直是眾多研究者和廠家追求的目標。PVC增韌改性方法主要有物理改性和化學改性2種。物理改性主要有以下2種方式：剛性粒子增韌、彈性體增韌和復(fù)合粒子增韌。2.1剛性粒子增韌2.1.1無機剛性粒子〔RIF〕由于納米粒子獨特的“外表效應(yīng)〞、“體積效應(yīng)〞和“量子效應(yīng)〞等,使得其在基體中分散良好的前提下,可同時到達增韌、增強的效果,因此,無機剛性粒子研究較多的是納米級RIF。焦其帥等【1】用針形納米碳酸鈣改性PVC，結(jié)果說明：將改性針形納米碳酸鈣填充到聚氯乙烯〔PVC〕材料中，得到的復(fù)合材料與為填充改性針形納米碳酸鈣的PVC相比，添加5份改性針形碳酸鈣的PVC復(fù)合材料拉伸強度提高了10﹪、沖擊強度提高了7﹪；掃描電子顯微鏡分析顯示，改性針形納米碳酸鈣在PVC體系中分散均勻、沖擊試樣斷面和拉伸試樣斷面均呈現(xiàn)明顯的韌性斷裂特征。丁勝春等[2]人研究了納米高嶺土在PVC中的應(yīng)用，通過實驗優(yōu)化出最正確配方：高嶺土含量8%、偶聯(lián)劑用量2.0%、穩(wěn)定劑用量2.0%、增塑劑用量10%。此時材料的拉伸強度達54MPa，斷裂伸長率為120%，無缺口沖擊強度為43kJ/m2。改性后的高嶺土起到了增強、增韌的雙重作用，到達了預(yù)期效果。閆平科【3】等選用鈉基蒙脫土和3種烷基季銨鹽改性的蒙脫土，采用熔融共混的方法制備聚氯乙烯/蒙脫土納米復(fù)合材料，并研究了蒙脫土種類和用量對復(fù)合材料力學性能的影響。結(jié)果說明，3種復(fù)合材料均具有插層型構(gòu)造，有機蒙脫土含量小于3.0%時，復(fù)合材料的綜合力學性能均有明顯提高，有機蒙脫土用量大于7.0%以后，材料的力學性能降低。王平華【4】等人采用RAFT活性聚合方法在碳納米管外表接枝上聚合物鏈，然后與PVC通過熔融共混方法復(fù)合制備了碳納米管/PVC納米復(fù)合材料。對復(fù)合材料的構(gòu)造與拉伸強度進展了表征研究，說明接枝聚合物鏈的碳納米管顯著提高了PVC的拉伸強度。另外比較新穎的課題研究是：董雪波等【5】研究了木質(zhì)素/PVC復(fù)合材料的力學性能，并利用掃描電鏡分析了木質(zhì)素與PVC混合后的微觀特征。與傳統(tǒng)的人造板相比，木質(zhì)素/PVC復(fù)合材料具有無甲醛釋放，力學性能好，能充分利用廢棄物，并可循環(huán)再利用等特點的新的環(huán)保型復(fù)合材料。還有張友新【6】探討了活化鹽泥〔SM〕對聚氯乙烯〔PVC〕的穩(wěn)定機理，并將以SM為填料的PVC用于制造多空PVC管材，試驗結(jié)果說明:與傳統(tǒng)的輕質(zhì)碳酸鈣做填料的PVC相比，以SM作填料的PVC制造的多空材料具有較好的力學性能。以上兩項對政府提出的“低碳〞“減排〞政策上，都有很大的實際意義。2.1.2有機剛性粒子〔ROF〕有機剛性粒子與PVC相容性差，常參加一定量的CPE、ABS、MBS等作為增容劑。吳其曄等人【7】在PMMA基%核-殼&型有機剛性粒子增韌改性PVC/CPE體系的研究中比較了SAN、高流動性SAN、PS、ASA、ACR、PMMA6種有機剛性粒子改性PVC/CPE體系的效果,粒子的用量均為3份,測得其力學性能,PMMA的增韌效果最為顯著,且拉伸行為均顯示出韌性材料的拉伸特征。J.Borek等人【8】研究了PMMA、PS、SAN等有機剛性粒子對PVC性能的改性,發(fā)現(xiàn)不同粒子改性效果不同,PS的增韌效果最好,而PMMA的增韌增強效果最正確。最近幾年對有機剛性粒子的研究很少，大多是與無機填料或者彈性體填料進展復(fù)合后進展填充使用，而這無疑增加了本錢的預(yù)算。2.2彈性體增韌PVC與彈性體共混增韌改性是目前研究最多、理論也較為成熟的一種增韌方法，這里就不在贅述，以下自作簡單枚舉。總結(jié)諸多研究者的研究,用于增韌PVC的彈性體主要有代表“網(wǎng)絡(luò)增韌〞機制的NBR、CPE、EVA、TPU和代表“剪切-屈服銀紋化〞機制的ABS、MBS、ACR等【9】。2.2.1PVC/NBR體系NBR是增韌PVC最早商品化的改性劑,因其耐油、耐老化、耐腐蝕且與PVC相容性好等優(yōu)點而倍受青睞。張永海等人【10】研究了NBR用量對PVC斷裂情形與力學性能之間關(guān)系的影響,發(fā)現(xiàn)NBR作為一種彈性體改性劑彈性較好,NBR相形成包裹有PVC的細胞構(gòu)造,并分散于PVC連續(xù)相中形成“海-島〞構(gòu)造。隨著NBR用量的增加,共混界面均勻程度逐漸增加,應(yīng)力發(fā)白區(qū)(即“銀紋〞)逐漸增加,分形維數(shù)也同時增加。并且研究發(fā)現(xiàn)了材料的分形維數(shù)與材料的力學性能變化一致。當NBR到達29份時,分形維數(shù)到達最大,力學性能也較大。2.2.2PVC/CPE體系CPE通常用PE懸浮法制備,形成已氯化和未氯化的嵌段構(gòu)造。根據(jù)CPE含氯量的不同,其性能差異較大。當含氯質(zhì)量分數(shù)為0~15%時為塑料,16%~24%時為彈性塑料,25%~50%時為彈性體,51%~60%為半彈性的皮革料,61%~73%時是脆性材料。由于PVC中含氯質(zhì)量分數(shù)為56.8%,所以用CPE來改性PVC,CPE的含氯量必須適合,既能與基體很好地相容,又具有很好的彈性【11】。余穎等人【12】把CPE作為第3組分參加到PVC/NBR共混體系中,通過對共混物的Tg的測定,發(fā)現(xiàn)CPE對共混體系起到了協(xié)同作用,它協(xié)助使PVC與NBR相容得更好,以此提出了“三相微溶〞型界限層。2.2.3PVC/EVA體系EVA是乙烯與醋酸乙烯醋共聚而成的一種橡膠彈性體。EVA對PVC的增韌機理剪切帶約占90%,銀紋化約占10%,適當數(shù)量的孔穴化也有利于材料的增韌【13】。EVA是乙烯與醋酸乙烯酯共聚而成的一種橡膠彈性體,醋酸乙烯酯含量會影響到EVA與PVC的相容性。當EVA質(zhì)量分數(shù)為6%~8%時,共混物的沖擊強度提高最明顯;當EVA質(zhì)量分數(shù)為7.5%時,EVA成為連續(xù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造,體系沖擊強度最大。隨EVA含量增加,體系的沖擊性能、加工性能和熱/光穩(wěn)定性增加,而模量、強度和熱變形溫度那么下降【14】。段玉豐【15】通過TEM、SEM研究了EVA對PVC體系沖擊性能的影響,當EVA質(zhì)量分數(shù)為2.5%時,材料呈現(xiàn)兩相構(gòu)造,EVA粒子無規(guī)地分散在PVC基體中;當EVA質(zhì)量分數(shù)增加到7.5%時,EVA形成致密的分散相,體系的沖擊性能最正確。2.3復(fù)合材料增韌體系RF雖可同時提高PVC的韌性和強度,但其對沖擊強度的提高幅度有限；彈性體可使PVC的韌性大幅度提高,卻又損害了PVC的其它性能。因此有人提出了將二者同時使用,協(xié)同增韌PVC的方法,取得了滿意的效果。研究也說明,當PVC具有一定初始韌性時,用RF增韌的效果要優(yōu)于其無初始韌性的改性效果。因此,人們采用了先用橡膠等彈性體對PVC進展“預(yù)增韌〞,將PVC調(diào)至脆-韌轉(zhuǎn)變附近,然后再用RF增韌的方法對PVC進展改性,取得了很大的進展【16】。肖歡等人【17】探討了TPU、熱穩(wěn)定劑、無機填料等對PVC/TPU共混材料力學性能的影響，結(jié)果說明，PVC/TPU/改性高嶺土為80/16/4，鄰苯二甲酸二辛酯〔DOP〕為8份，有機錫熱穩(wěn)定劑為3份時，綜合性能大幅度提高：其拉伸強度比PVC提高了1.4倍，斷裂伸長率提高了12.6倍，無缺口沖擊強度提高了3.97倍，熱穩(wěn)定性和加工性能也得到改善。陳韶輝【18】等人以聚氯乙烯(PVC)為基體,采用熔融共混法制備了PVC/氯化聚乙烯(CPE)合金和PVC/CPE(12phr)/碳酸鈣(CaCO3)三元復(fù)合材料,考察了CaCO3外表改性及改性劑含量對復(fù)合材料拉伸與沖擊力學性能的影響。結(jié)果說明,填充CaCO3會降低復(fù)合材料拉伸屈服強度與沖擊韌性。對微米CaCO3進展外表改性,可有效限制復(fù)合材料韌性的降低。在外表改性微米CaCO3填充量為48wt%、CPE含量為12phr時,復(fù)合材料屈服強度約33MPa,沖擊強度為硬質(zhì)PVC的4.7~5.0倍。左建華等人【19】研究了無機粒子經(jīng)甲苯二異氰酸酯〔TDI〕和丙烯酸羥丙酯〔HPA〕外表修飾，分別接枝包覆聚甲基丙烯酸甲酯〔PMMA〕層和甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯〔PMMA-Co-PBA〕層，構(gòu)成復(fù)合粒子。研究了它混配成聚氯乙烯〔PVC〕材料的力學性能和韌化機制。結(jié)果說明：其最大拉伸強度、沖擊強度數(shù)值比未經(jīng)包覆處理的對照組有所提高，提高率分別到達136﹪和162﹪。3、生產(chǎn)需求狀況我國PVC的工業(yè)生產(chǎn)已有半個世紀的歷史，尤其是進入21世紀以來，隨著國民經(jīng)濟的高速持續(xù)開展以及建筑業(yè)對PVC消費的強烈需求，國內(nèi)PVC工業(yè)開展十分迅速。1997~2006年，我國PVC產(chǎn)能和產(chǎn)量的年均增長率分別高達22.2%和20.0%，遠高于同期GDP的增長率，也明顯高于同期石油和化工行業(yè)的增長率。尤其是近幾年受國際PVC反傾銷裁定、國內(nèi)市場供應(yīng)缺乏、原油價格上漲等因素的影響，國內(nèi)PVC價格高漲，掀起了PVC建立高潮，生產(chǎn)能力和產(chǎn)量發(fā)生了重大變化。目前，我國PVC的生產(chǎn)企業(yè)有100多家，2003年生產(chǎn)能力只有5197kt，2006年到達12840kt，目前為止，我國PVC的總生產(chǎn)能力到達15340kt/a，同比增長約19.5%【20】。隨著PVC生產(chǎn)能力的增加，我國PVC樹脂的產(chǎn)量也不斷增加。2004年，我國PVC樹脂的產(chǎn)量為5088kt，2006年增加到8238kt，同比增加23.3%。2007年我國PVC樹脂的產(chǎn)量為9716.8kt，同比增長約17.9%。其中，華東和華北地區(qū)的產(chǎn)量約占全國總產(chǎn)量的61%，西北地區(qū)雖然PVC樹脂的生產(chǎn)廠家較少，但是憑借其原料優(yōu)勢開展迅速。目前，我國PVC消費主要集中在華南和華東地區(qū)，廣東、浙江、福建、山東和江蘇等省份的消費合計約占全國總消費量的70%，其中，廣東和福建省市場需求量最大，但產(chǎn)能缺乏，進口PVC所占比例較高；華東地區(qū)的江蘇、山東和浙江省PVC加工工業(yè)比較興旺，三省的消費量約占國內(nèi)總消費量的34%；華北地區(qū)產(chǎn)銷基本平衡。今后，隨著中西部地區(qū)開發(fā)力度的加強以及大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施的興建，中西部PVC的消費量將會逐漸增加。我國PVC樹脂的消費主要分為2大類，一是軟制品，約占總消費量的37%，主要包括電線電纜、各種用途的膜、鋪地材料、織物涂層、人造革、各類軟管、手套、玩具、塑料鞋以及一些專用涂料和密封件等。二是硬制品，約占總消費量的63%，主要包括各種型材、管材、板材、硬片和瓶等。預(yù)計今后幾年，我國PVC樹脂的需求量將以年均約7.1%的速度增長，到2012年總消費量將到達約13500kt，其中，硬制品的年均增長速度將到達約7%，而在硬制品中，異型材和管材的開展速度增長最快，年均增長率將到達約10%。未來我國PVC樹脂消費將繼續(xù)以硬制品為主要開展方向。4、選題目的及意義：聚氯乙烯