PVC填充改性填料的筛选与评价

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题目PVC填充改性填料的筛选与评价选题类型PVC高性能化、功能化研究一、选题依据(简述国内外研究现状、生产需求状况,说明选题目的、意义，列出主要参考文献)：1、国内外研究现状：①弹性体增韧PVC的研究已经从使用一种改性剂开展到使用两种或更多种的改性剂共同增韧PVC，即从二元体系向多元体系开展或者与其他材料进展复合后在进展增韧。②由于RF具有增韧增强的双重效应，大局部研究者已经从采用弹性体作PVC的增韧剂转变到用RF作为PVC的增韧剂，或者先采用弹性体将PVC调至脆韧转变附近，然后再用RF对PVC进展增韧改性，研究说明后者的改性效果更佳。而对RIF增韧的研究多趋向于纳米级的。③增韧机理的研究：目前对弹性体增韧PVC，人们普遍承受的是“剪切屈服—银纹化理论〞，而对于ROF增韧PVC，人们大多承受“冷拉理论〞。但对于各种理论目前仍局限于定性分析，而无系统的定量分析理论。④相容性的研究：无论弹性体还是RF增韧PVC，共混体系的相容性都起着至关重要的作用，人们对聚合物之间相容性的研究也较为重视，其理论已趋于完善。改良聚合物之间相容性主要是靠增容剂，目前人们已开发出多种多样,适用于各种体系的增容剂。⑤相态构造的研究：借助于光学与电子显微镜以及相应的染色技术等形态观察技术，人们对材料的断口形貌进展细致观察，从而对共混体系的微观相态构造有了更进一步的认识。2、文献综述：聚氯乙烯(PVC)树脂是世界上最早实现工业化生产的塑料品种之一,其产量仅次于聚乙烯(PE)而居于世界树脂产量的第2位。由于其价格低廉,原材料来源广泛,具有难燃、耐磨、抗化学腐蚀、电绝缘性能优良和机械强度高等优点,因而在工业、农业、建筑、日用品、包装以及电力等方面具有广泛的应用。但PVC由于分子链极性较强,对外显示出一定的脆性,属于脆性材料,这一缺点严重限制了PVC的进一步开展和广泛应用,因此对PVC增韧改性研究,一直是众多研究者和厂家追求的目标。PVC增韧改性方法主要有物理改性和化学改性2种。物理改性主要有以下2种方式：刚性粒子增韧、弹性体增韧和复合粒子增韧。2.1刚性粒子增韧2.1.1无机刚性粒子〔RIF〕由于纳米粒子独特的“外表效应〞、“体积效应〞和“量子效应〞等,使得其在基体中分散良好的前提下,可同时到达增韧、增强的效果,因此,无机刚性粒子研究较多的是纳米级RIF。焦其帅等【1】用针形纳米碳酸钙改性PVC，结果说明：将改性针形纳米碳酸钙填充到聚氯乙烯〔PVC〕材料中，得到的复合材料与为填充改性针形纳米碳酸钙的PVC相比，添加5份改性针形碳酸钙的PVC复合材料拉伸强度提高了10﹪、冲击强度提高了7﹪；扫描电子显微镜分析显示，改性针形纳米碳酸钙在PVC体系中分散均匀、冲击试样断面和拉伸试样断面均呈现明显的韧性断裂特征。丁胜春等[2]人研究了纳米高岭土在PVC中的应用，通过实验优化出最正确配方：高岭土含量8%、偶联剂用量2.0%、稳定剂用量2.0%、增塑剂用量10%。此时材料的拉伸强度达54MPa，断裂伸长率为120%，无缺口冲击强度为43kJ/m2。改性后的高岭土起到了增强、增韧的双重作用，到达了预期效果。闫平科【3】等选用钠基蒙脱土和3种烷基季铵盐改性的蒙脱土，采用熔融共混的方法制备聚氯乙烯/蒙脱土纳米复合材料，并研究了蒙脱土种类和用量对复合材料力学性能的影响。结果说明，3种复合材料均具有插层型构造，有机蒙脱土含量小于3.0%时，复合材料的综合力学性能均有明显提高，有机蒙脱土用量大于7.0%以后，材料的力学性能降低。王平华【4】等人采用RAFT活性聚合方法在碳纳米管外表接枝上聚合物链，然后与PVC通过熔融共混方法复合制备了碳纳米管/PVC纳米复合材料。对复合材料的构造与拉伸强度进展了表征研究，说明接枝聚合物链的碳纳米管显著提高了PVC的拉伸强度。另外比较新颖的课题研究是：董雪波等【5】研究了木质素/PVC复合材料的力学性能，并利用扫描电镜分析了木质素与PVC混合后的微观特征。与传统的人造板相比，木质素/PVC复合材料具有无甲醛释放，力学性能好，能充分利用废弃物，并可循环再利用等特点的新的环保型复合材料。还有张友新【6】探讨了活化盐泥〔SM〕对聚氯乙烯〔PVC〕的稳定机理，并将以SM为填料的PVC用于制造多空PVC管材，试验结果说明:与传统的轻质碳酸钙做填料的PVC相比，以SM作填料的PVC制造的多空材料具有较好的力学性能。以上两项对政府提出的“低碳〞“减排〞政策上，都有很大的实际意义。2.1.2有机刚性粒子〔ROF〕有机刚性粒子与PVC相容性差，常参加一定量的CPE、ABS、MBS等作为增容剂。吴其晔等人【7】在PMMA基%核-壳&型有机刚性粒子增韧改性PVC/CPE体系的研究中比较了SAN、高流动性SAN、PS、ASA、ACR、PMMA6种有机刚性粒子改性PVC/CPE体系的效果,粒子的用量均为3份,测得其力学性能,PMMA的增韧效果最为显著,且拉伸行为均显示出韧性材料的拉伸特征。J.Borek等人【8】研究了PMMA、PS、SAN等有机刚性粒子对PVC性能的改性,发现不同粒子改性效果不同,PS的增韧效果最好,而PMMA的增韧增强效果最正确。最近几年对有机刚性粒子的研究很少，大多是与无机填料或者弹性体填料进展复合后进展填充使用，而这无疑增加了本钱的预算。2.2弹性体增韧PVC与弹性体共混增韧改性是目前研究最多、理论也较为成熟的一种增韧方法，这里就不在赘述，以下自作简单枚举。总结诸多研究者的研究,用于增韧PVC的弹性体主要有代表“网络增韧〞机制的NBR、CPE、EVA、TPU和代表“剪切-屈服银纹化〞机制的ABS、MBS、ACR等【9】。2.2.1PVC/NBR体系NBR是增韧PVC最早商品化的改性剂,因其耐油、耐老化、耐腐蚀且与PVC相容性好等优点而倍受青睐。张永海等人【10】研究了NBR用量对PVC断裂情形与力学性能之间关系的影响,发现NBR作为一种弹性体改性剂弹性较好,NBR相形成包裹有PVC的细胞构造,并分散于PVC连续相中形成“海-岛〞构造。随着NBR用量的增加,共混界面均匀程度逐渐增加,应力发白区(即“银纹〞)逐渐增加,分形维数也同时增加。并且研究发现了材料的分形维数与材料的力学性能变化一致。当NBR到达29份时,分形维数到达最大,力学性能也较大。2.2.2PVC/CPE体系CPE通常用PE悬浮法制备,形成已氯化和未氯化的嵌段构造。根据CPE含氯量的不同,其性能差异较大。当含氯质量分数为0~15%时为塑料,16%~24%时为弹性塑料,25%~50%时为弹性体,51%~60%为半弹性的皮革料,61%~73%时是脆性材料。由于PVC中含氯质量分数为56.8%,所以用CPE来改性PVC,CPE的含氯量必须适合,既能与基体很好地相容,又具有很好的弹性【11】。余颖等人【12】把CPE作为第3组分参加到PVC/NBR共混体系中,通过对共混物的Tg的测定,发现CPE对共混体系起到了协同作用,它协助使PVC与NBR相容得更好,以此提出了“三相微溶〞型界限层。2.2.3PVC/EVA体系EVA是乙烯与醋酸乙烯醋共聚而成的一种橡胶弹性体。EVA对PVC的增韧机理剪切带约占90%,银纹化约占10%,适当数量的孔穴化也有利于材料的增韧【13】。EVA是乙烯与醋酸乙烯酯共聚而成的一种橡胶弹性体,醋酸乙烯酯含量会影响到EVA与PVC的相容性。当EVA质量分数为6%~8%时,共混物的冲击强度提高最明显;当EVA质量分数为7.5%时,EVA成为连续网络构造,体系冲击强度最大。随EVA含量增加,体系的冲击性能、加工性能和热/光稳定性增加,而模量、强度和热变形温度那么下降【14】。段玉丰【15】通过TEM、SEM研究了EVA对PVC体系冲击性能的影响,当EVA质量分数为2.5%时,材料呈现两相构造,EVA粒子无规地分散在PVC基体中;当EVA质量分数增加到7.5%时,EVA形成致密的分散相,体系的冲击性能最正确。2.3复合材料增韧体系RF虽可同时提高PVC的韧性和强度,但其对冲击强度的提高幅度有限；弹性体可使PVC的韧性大幅度提高,却又损害了PVC的其它性能。因此有人提出了将二者同时使用,协同增韧PVC的方法,取得了满意的效果。研究也说明,当PVC具有一定初始韧性时,用RF增韧的效果要优于其无初始韧性的改性效果。因此,人们采用了先用橡胶等弹性体对PVC进展“预增韧〞,将PVC调至脆-韧转变附近,然后再用RF增韧的方法对PVC进展改性,取得了很大的进展【16】。肖欢等人【17】探讨了TPU、热稳定剂、无机填料等对PVC/TPU共混材料力学性能的影响，结果说明，PVC/TPU/改性高岭土为80/16/4，邻苯二甲酸二辛酯〔DOP〕为8份，有机锡热稳定剂为3份时，综合性能大幅度提高：其拉伸强度比PVC提高了1.4倍，断裂伸长率提高了12.6倍，无缺口冲击强度提高了3.97倍，热稳定性和加工性能也得到改善。陈韶辉【18】等人以聚氯乙烯(PVC)为基体,采用熔融共混法制备了PVC/氯化聚乙烯(CPE)合金和PVC/CPE(12phr)/碳酸钙(CaCO3)三元复合材料,考察了CaCO3外表改性及改性剂含量对复合材料拉伸与冲击力学性能的影响。结果说明,填充CaCO3会降低复合材料拉伸屈服强度与冲击韧性。对微米CaCO3进展外表改性,可有效限制复合材料韧性的降低。在外表改性微米CaCO3填充量为48wt%、CPE含量为12phr时,复合材料屈服强度约33MPa,冲击强度为硬质PVC的4.7~5.0倍。左建华等人【19】研究了无机粒子经甲苯二异氰酸酯〔TDI〕和丙烯酸羟丙酯〔HPA〕外表修饰，分别接枝包覆聚甲基丙烯酸甲酯〔PMMA〕层和甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯〔PMMA-Co-PBA〕层，构成复合粒子。研究了它混配成聚氯乙烯〔PVC〕材料的力学性能和韧化机制。结果说明：其最大拉伸强度、冲击强度数值比未经包覆处理的对照组有所提高，提高率分别到达136﹪和162﹪。3、生产需求状况我国PVC的工业生产已有半个世纪的历史，尤其是进入21世纪以来，随着国民经济的高速持续开展以及建筑业对PVC消费的强烈需求，国内PVC工业开展十分迅速。1997~2006年，我国PVC产能和产量的年均增长率分别高达22.2%和20.0%，远高于同期GDP的增长率，也明显高于同期石油和化工行业的增长率。尤其是近几年受国际PVC反倾销裁定、国内市场供应缺乏、原油价格上涨等因素的影响，国内PVC价格高涨，掀起了PVC建立高潮，生产能力和产量发生了重大变化。目前，我国PVC的生产企业有100多家，2003年生产能力只有5197kt，2006年到达12840kt，目前为止，我国PVC的总生产能力到达15340kt/a，同比增长约19.5%【20】。随着PVC生产能力的增加，我国PVC树脂的产量也不断增加。2004年，我国PVC树脂的产量为5088kt，2006年增加到8238kt，同比增加23.3%。2007年我国PVC树脂的产量为9716.8kt，同比增长约17.9%。其中，华东和华北地区的产量约占全国总产量的61%，西北地区虽然PVC树脂的生产厂家较少，但是凭借其原料优势开展迅速。目前，我国PVC消费主要集中在华南和华东地区，广东、浙江、福建、山东和江苏等省份的消费合计约占全国总消费量的70%，其中，广东和福建省市场需求量最大，但产能缺乏，进口PVC所占比例较高；华东地区的江苏、山东和浙江省PVC加工工业比较兴旺，三省的消费量约占国内总消费量的34%；华北地区产销基本平衡。今后，随着中西部地区开发力度的加强以及大规模基础设施的兴建，中西部PVC的消费量将会逐渐增加。我国PVC树脂的消费主要分为2大类，一是软制品，约占总消费量的37%，主要包括电线电缆、各种用途的膜、铺地材料、织物涂层、人造革、各类软管、手套、玩具、塑料鞋以及一些专用涂料和密封件等。二是硬制品，约占总消费量的63%，主要包括各种型材、管材、板材、硬片和瓶等。预计今后几年，我国PVC树脂的需求量将以年均约7.1%的速度增长，到2012年总消费量将到达约13500kt，其中，硬制品的年均增长速度将到达约7%，而在硬制品中，异型材和管材的开展速度增长最快，年均增长率将到达约10%。未来我国PVC树脂消费将继续以硬制品为主要开展方向。4、选题目的及意义：聚氯乙烯