XH-CA功能性改质剂开发及应用.doc

XH-CA功能性改质剂开发及应用南京协和化学有限公司 黄 艳摘 要：本文主要介绍新型功能性改质剂XH-CA系列的开发试验过程以及XH-CA系列功能性改质剂在实际生产应用中的情况。主题词：改质剂 多功能 前 言填充改性是塑料改性的重要手段之一，刚性和韧性是塑料制品两个重要的性能指标，同时刚性和韧性也是一对相互予盾的指标，如何保证塑料制品同时具有良好的刚性和韧性，是长期以来材料研究的重要课题之一。在塑料加工中加入各种适合的填料，可以提高制品的刚性、耐磨性、硬度、尺寸稳定性等，并可降低制品的成本。但塑料与填料的极性差异大，相容性不好，造成填料在树脂中易形成聚集体，使高聚物内部分散不均匀，造成内应力集中，界面粘结力下降，直接造成制品的物理机械性能（如：拉伸强度、冲击强度、断裂伸长率等）下降；要想使无机填料同时具有增强和增韧的必要条件是：分散于树脂基体中的刚性粒子的表面弹性体界面相的存在。20世纪80年代以来，无机填料增韧理论和界面诱导理论的出现和发展，改变了以往只有添加弹性体才能提高材料韧性的传统观念；改变了以往在填充改性塑料时必须以牺牲制品某种力学性能为代价，改变了塑料的力学性能随填充量的增加面下降的情况；使碳酸钙等传统的无机粉体填料变成可显著提高塑料性能的一种功能性材料。目前，在塑料行业，尤其在聚氯乙烯行业，几乎所有的PVC制品都使用CaCO3复合体系，其用量从几份到几十份不等，有的制品使用量甚至多达基体树脂的1-2倍。如果有关无机粉体材料的改性技术进一步提高，将会明显提高并改善塑料制品的质量，或在保证制品性能的前提下，进一步增加CaCO3用量，减少树脂的用量，将会给企业和社会带来的明显的经济效益。在保证制品各项性能的情况下，提高填充用量，其关键技术是无机填料的表界面处理技术。目前在碳酸钙活化处理过程中应用最多的是偶联剂（硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯磷酸酯等），偶联剂通常是两亲性物质，其中一些基团与填料表面吸附或与表面结合或-OH反应；另一些基团或长链与高聚物基体相连，提高无机填料与基材树脂的相容性，增加界面的粘接力，但因现有偶联剂的有机链较短，满足不了目前市场上提高改善制品性能的迫切要求；也有一些厂家用其它助剂（如：硬脂酸、聚乙烯蜡等）对碳酸钙进行表面处理，但其性能远远满足不了塑料制品的使用要求。我公司（南京协和化学有限公司）针对目前PVC制品厂家对产品性能、综合成本的要求和几年来广大客户对我公司XH-C及XH-CR型改质剂的使用情况，我公司组织多位资深专家，根据“表界面理论”，经过两年多的研究和反复实验，利用自己研制生产的特殊化学结构的高分子链化合物、超分散剂、高品质的润滑剂（内、外）和纳米材料等为原料，采用独特的表面改性技术和复合工艺而开发的高效、高品质复合PVC加工助剂-功能性改质剂XH-CA系列产品。本产品是含有多官能团特殊结构的高分子化合物，该化合物既含带羟基的长柔性链又接枝了带羧基的聚丙烯酸甲酯；因此该高分子化合物一端以化学键与无机填料相结合，另一端可溶解于界面区树脂中，与树脂大分子链发生缠结形成高聚物网络，形成柔性的有利于应力弛豫的弹性界面层，提高制品吸收和分散冲击能的效果，且有很好的老化性能。另外在XH-CA产品中合理的加入酯类分散剂和高品质的内、外润滑剂，促使整个体系分散均匀并提高塑化，使其具有优异的加工性能。该产品广泛用于PVC型材、管材、管件、电缆料和板材等制品，各项性能均能显著提高或改善，达到提质降本的效果，属国内首创。一、实验部分1、原料：聚氯乙烯 齐鲁石化复合稳定剂： FWR-Z、FWR-XC-B 协和复合定剂（有机铅盐类） 加工改性剂ACR 苏州安利 抗冲改性剂CPE 山东维纺亚星 FM-50 钟渊化学PA-21 钟渊化学DOP 工业级PE 蜡 工业级二氧化钛 杜邦公司 活性轻质碳酸钙 市售 XH-CA01 南京协和化学有限公司XH-CA03 南京协和化学有限公司2、实验仪器 带加热高速混料机 自制二辊开炼机SK-160 无锡第一橡塑机械厂转矩流变仪 RM-200 哈尔滨理工大万能材料试验机 INSTRON4466（一）、XH-CA01应用于型材中1、型材实验配方编号PVC（SG-7）稳定剂CPEXH-CR11XH-CA01TiO2CaCO3ACR11004.5(协)80.254.515221004.5(协)70.74.5250.5注: 协为南京协和化学有限公司型材专用复合稳定剂FWR-XC-B2、物理性能测试结果对比表编号拉力(N)拉伸屈服强度(Mpa)断裂伸长率（%）弯曲弹性模量(Mpa)121.50614.12872.7601639245.38624.69695.31218503、扭矩流变对比按实验配方经过带加热的高速混料机混合温度至120，时间为8分钟，放料自然冷却，放置12小时后做扭矩流变分析：编号塑化时间（s）最小扭矩N.m最大扭矩N.m平衡扭矩N.m122232513222.318.723.812上为扭矩流变图图示（二）、XH-CA03应用于管件中1、管件实验配方编号1#2#3#PVC（SG-7）100100100FM-5011PA-21411DOP4.04.04.0FWR-Z5.55.55.5XH-CA030.80.8XH-CR110.5PE蜡0.30.30.3活性轻质碳酸钙252525二氧化钛（金红石型）2.52.52.5注：1# 为原生产配方 FWR-Z为南京协和化学有限公司生产管件专用复合稳定剂2、流变性能对比按实验配方经过带加热的高速混料机混合温度至120，时间为8分钟，放料自然冷却，放置12小时后做扭矩流变分析：编号塑化时间（S）最小扭矩最大扭矩平衡扭矩1#2310.412.39.12#2111.611.98.93#2011.912.98.6上为扭矩流变图图示3、物理性能测试结果对比编号最大拉伸强度MPa屈服强度MPa断裂伸长率%弯曲模量Mpa1#41.92514.62145.68517542#38.37519.98467.16819193#39.98016.05147.5671914二、实际应用(一)、某型材厂1、 产品名称：PVC异型材2、 产品配方：1号2号PVC（SG-5）100100ACR2CPE88钛白粉44稳定剂4.54.5碳酸钙1525XH-CA011.0XH-CR110.4颜料适量适量注：1号配方为原生产配方2号配方为现生产配方稳定剂为协和公司生产型材专用料FWR-XC-B3、 掺混料情况：2号配方干混料干流性比1号配方快2-3秒；（1号配方为24秒）2号配方干混料表观密度与1号配方相同；（1号表观密度为0.65）4、 制品的检测结果：项 目1号2号拉伸强度Mpa38.942.35加热后状态合格合格加热后尺寸变化率 %1.91.7焊角强度 N51205670低温落锤冲击通过通过断裂伸长率 %130.5158.44（二）、注塑管件：1、 生产配方编 号1#2#3#PVC100100100FM-5011PA-21411DOP4.04.04.0FWR-Z5.55.55.5XH-CR110.50.80.8XH-CA03PE蜡0.30.30.3活性轻质碳酸钙252525二氧化钛（金红石型）2.52.52.5注：1# 为原生产配方FWR-Z为协和公司生产管件专用稳定剂2、注塑管件性能性能指标1#2#3#外 观表面光洁颜色正常表面光滑细腻颜色洁白表面光滑细腻颜色洁白烘箱试验合格合格合格坠落试验合格合格合格维卡软化点737577四、使用方法1、直接用于聚氯乙烯（PVC）塑料加工：将适量（推荐添加量为0.81.0Phr）XH-CA同聚氯乙烯（PVC）和其它助剂加入混料机，按正常的混料工艺即可。2、用于碳酸钙的处理：将碳酸钙加入高速混料机，高速搅拌温至80左右，加入计量的改质剂XH-CA（按碳酸钙用量的1-4%计），物料温度控制120左右，混料时间控制在15分钟左右。五、产品性能从以上试验测试及用户应用结果分析，XH-CA具有以下功能：1. 促进树脂塑化，降低熔体粘度，提高熔体流动性和熔体强度；使制品表面光滑细腻具有加工助剂ACR的功能；2. 具有偶联增强的作用，有极好的表面改性效果，适量增加体系的填充量，其制品各项性能指标均不受影响；3. 改善配方体系各组分的分散性、相容性，提高界面层粘接强度和可塑性，界面层性能优异，达到增韧、增强的作用；4. 用于PVC型材配方体系中，制品焊角强度、低温冷冲、拉伸强度、断裂伸长率等性能有明显提高，同时具有良好的表面加工和老化性能；5. 具有辅助热稳定剂的作用，可