丙烯酸酯类共聚物(ACR)的合成及在PVC中的应用

摘要

聚氯乙烯(PVC)是五大热塑性通用塑料之一，在各个领域中都具有相当广泛的应用，由于其突出的耐久性和综合性能优势，以及独特的技术经济特点，发展前景广阔。但是其热稳定性差，常温时韧性低，受冲击时极易断裂。制造高性能聚氯乙烯材料，尤其高韧性聚氯乙烯合金，需要加入增韧成分，即抗冲击改性剂；聚氯乙烯属于极性聚合物，熔体粘度大，热稳定性低，不易高温塑化，对于高强度的无增塑聚氯乙烯材料加工，需要使用塑化加工助剂，使得加工性能得到改善。本研究针对高性能聚氯乙烯材料的要求，采用丙烯酸酯类单体，分别合成了具有核壳结构的聚丙烯酸酯类(ACR)抗冲改性剂，和聚丙烯酸酯类塑化加工助剂，通过丙烯酸酯类与壳聚糖(CTS)接枝共聚，获得具有抗冲击和抗菌功能的共聚改性助剂。
　　 本研究以丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为软、硬单体，过硫酸钾(KPS)为引发剂，通过种子乳液聚合的方法合成软核硬壳结构的抗冲改性剂I-ACR，壳聚糖(CTS)作为一种天然抗菌剂，含有多种官能团，极具反应活性，可进行氧化、还原、接枝等多种反应。通过对多种壳聚糖性能的比较选择出性能好的水溶性壳聚糖，以硝酸铈铵(CAN)引发壳聚糖产生自由基，同MMA发生接枝共聚反应。将具有抗菌性能的壳聚糖与丙烯酸酯类单体接枝共聚，合成具有抗菌性能的抗冲改性剂CTS-ACR;分别以乳液固含量、凝胶率、单体转化率、ACR对PVC的力学性能等为指标，考察两个体系的乳化剂、引发剂的选择和用量，软硬单体的投料比，聚合温度和反应时间对ACR性能的影响，确定最佳合成条件，尝试易于粉化的干燥方法。利用红外光谱(IR)表征聚合物结构，差热扫描量热仪(DSC)考察其多个玻璃化转变温度，激光粒度仪测试乳液粒径及分布来探讨ACR的核壳结构。
　　 以特性粘度为主要指标，通过乳液聚合合成具有较高分子量的加工助剂P-ACR。P-ACR的制备及性能测试：以BA、MMA为单体，过硫酸钾为引发剂，通过乳液聚合的方法合成P-ACR树脂，以P-ACR树脂的特性粘度为主要指标，考察该乳液聚合体系中各因素与聚合物分子量之间的关系，得到适应本体系的以下结论：(1)乳化剂的适当增加可以提高P-ACR分子量，但过多的乳化剂不利于分子量的提高；(2)引发剂浓度的增大会减小P-ACR分子量；(3)较低的聚合温度有利于P-ACR分子量的提高；(4)在改进的聚合工艺条件下，延长反应时间可以提高P-ACR的分子量；(5)随着BA投料量的增加，P-ACR分子量变大。
　　 分别使用三种聚丙烯酸酯类的聚合物与聚氯乙烯进行共混，获得其共混材料。测试混炼时间和混炼温度对PVC/ACR共混材料力学性能的影响。测试不同份数ACR抗冲改性剂改性的PVC材料的抗冲击性能、拉伸性能、耐热性能。通过扫描电镜观察共混材料切面的分散状况，观察共混材料冲击断面的脆性或韧性断裂。两种ACR抗冲改性剂可以明显提高PVC的抗冲击性能，随着ACR份数的增加，PVC的韧性越大，I-ACR的力学性能略优于CTS-ACR的。测试PVC/CTS-ACR材料的抗菌性，发现共混材料具有优良抗菌性。测试含不同份数P-ACR的共混材料的流变性能，发现P-ACR可以明显改善PVC的加工性能，P-ACR份数越多，材料加工性能愈佳。