ACR抗冲改性剂对PVC的增韧机理和性能的影响.docVIP

ACR抗冲改性剂对PVC的增韧机理和性能的影响 包永忠 翁志学 黄志明 　　　　　　　　　　　　　　　　　　概　述　　ACR抗冲改性剂一般是指以交联的低玻璃化温度(Tg)丙烯酸酯类单体聚合物(如聚丙烯酸 丁酯，PBA)为内核，以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等Ts较高的聚合物为壳层，具有两层或多层核—壳结构的复合聚合物。它不仅可以有效提高聚氯乙烯(PVC)的抗冲强度，也可用于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、尼龙和聚碳酸酯(PC)等脆性或低韧性聚合物的增韧改性。ACR用于PVC增韧改性时，可以在较低用量(一般为6-8phr)下就可达到较好的增韧效果，同时具有提高PVC加工性能的作用，增韧效果随加工温度变化小，PVC制品的拉伸强度、硬度、耐候性等优于CPE等抗冲改性剂改性PVC。鉴于以上原因，ACR抗冲改性剂在国外，尤其是欧洲和北美国家得到广泛应用，PVC型材所用抗冲改性剂几乎全是ACR树脂。国内由于价格、来源等因素，PVC型材生产配方中的抗冲改性剂多为CPE树脂，仅有少数厂家开始使用ACR抗冲改性剂。　　美国Rohm．Hass公司从二十世纪五十年代 起就进行ACR抗冲改性剂的研制，是目前全 球最大的ACR抗冲改性剂供应商，其中ParaloidTM KM-300系列(KM334：、KM355、KM365)是 适用于PVC的ACR抗冲改性剂品种。此外，该公司还推出了适用于透明PVC制品的HIA80型ACR抗冲改性剂。国内ACR抗冲改性剂的研制和应用始于二十世纪八十年代初，由北京化工研究院、山西化工研究所、河北工业大学、齐鲁化工研究院、浙江大学等单位先后进行了合成和应用方面的研究，并有山西化工研究所、苏州安利化工厂、淄博塑料 助剂厂、山东金泓化工集团等进行工业化生产。　　　　　　　　　　　　ACR对PVC的增韧抗中改性机理　　1、ACR增韧PVC的相态结构 　　室温下硬质PVC的缺口冲击强度为2～3LJ／m2， 属于半脆性聚合物。采用ACR抗冲改性剂增韧PVC，壳层PMMA聚合物主要起保护橡胶相内核和提高ACR与PVC 相容性的作用，真正起增韧作用的是交联PBA橡胶相。典型的ACR增韧PVC的相态结构如图1所示。图中白色的是橡胶粒子，分散在PVC连续相中，呈现典型的橡胶增韧塑料体系的“海—岛”型相态结构。 图1 ACR增韧PVC的相态结构 　　2、增韧机理　　有关橡胶对塑料的增韧机理主要有银纹、银纹—剪切带、空化理论等。脆性塑料如PS、 PMMA等用ACR增韧时，增韧作用主要来自海岛型弹性体微粒作为应力集中物与基体间引发大 量银纹，从而吸收大量冲击能，同时，大量银纹间应力场相互干扰，降低了银纹端应力，阻 碍了银纹的进一步发展。对于ACR增韧的半脆性(脆—韧过渡态)的PVC塑料，大量力学性能的 研究表明了橡胶粒子空穴的产生，并认为是主要的增韧机理。WU等，11提出了“渗滤概念” ，并逐步完善了“橡胶穴化”增韧理论，该理论认为基体中相邻橡胶粒间距(1PD)是影响材 料韧性的·重要因素，它与橡胶粒子粒径(d。)和橡胶相体积分数(φf)的关系是： 如果橡胶粒子能在基体内部穴化，形成的空穴又足够近，则橡胶粒子之间的基体层能够屈服，起到增韧效果。Dompas等[2，3]，提出了橡胶内部穴化准则，认为橡胶内部穴化可以看作穴化产生的应力能与穴化产生新表面能的平衡，由此得到的模型表明存在能够穴化的最小橡胶粒子粒径，通过拉伸试验发现橡胶内部穴化的开始仅决定于橡胶粒子的大小，穴化阻力随橡胶粒径减小，小的橡胶粒子不能穴化。Dompas等又发现增韧效果与增韧体系中微空形成机理有关，内橡胶粒子内部穴化和PVC／橡胶粒子界面的脱离产生坐向应力，由此促进PVC基体的应力屈服。Yanagase[5]等认为由ACR改性剂产生的空穴产生受限应变，释放应力小于基体中微纤强度，这时稳定的形变发生，ACR增韧的PVC的韧性就提高。 　　从ACR的增韧(抗冲改性)机理可知，在PVC中引人ACR，使之产生积极橡胶穴化作用，是ACR提高材料韧性的实质所在，因此，影响橡胶穴化作用的因素，如橡胶相的玻璃化温度、橡胶相交 联程度、橡胶粒子粒径和含量都有很大影响。ACR壳层影响橡胶相的分散和与PVC界面的粘结力，因此对增韧效果也有一定影响。 　　　　　　　　　　　　　　对PVC加工性能的影响 　　徐世忠[6]采用Haake转矩流变仪，分别在恒 温和程序升温(可以更加真实模拟挤出加工过程)条件下，测定了FM-21型ACR抗冲改性剂(日 本钟 渊化学公司产品)对PVC加工塑化性能的影响，结果如表1所示。 FT-21用量　　　　phr 0 3 6 10 　　　　　　(恒温法） 塑化时间　　　　　sec 最大转矩　　　　　　Nm 到达最大转矩时物料温度　　℃ 平衡转矩