氯乙烯悬浮聚合用抗冲组分设计及抗冲PVC的制备

摘要

聚氯乙烯因具有优异的阻燃和耐化学腐蚀性能及优异的力学性能而广泛用于建筑材料、轻工、化工和汽车工业等领域。但PVC低的抗冲性极大地限定了其使用范围，因而制取高抗冲PVC具有非常好的应用前景。目前，将丙烯酸酯共聚物树脂(ACR)与PVC物理混合是改善硬质PVC抗冲性和加工性的最优方法。最近，将ACR乳液直接加入氯乙烯(VCM)的悬浮聚合体系中，通过悬浮接枝、就地增韧直接得到高抗冲PVC母料已成为制取高抗冲PVC复合树脂的热点课题。与物理共混改性相比，ACR乳液原位悬浮接枝改性方法中，改性剂在基体中分散性好，并且与基体的相容性好，增韧效率较高。本课题通过外加种子乳液的工艺，在反应型乳化剂SE-10N存在下，以丙烯酸正丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为主要单体，以1，4-丁二醇二甲基丙烯酸酯(BGDMA)为交联单体制备了均相交联型和过渡层型两种窄粒径分布ACR乳液。然后直接将所得乳液加到VCM悬浮聚合体系中制备原位悬浮接枝共聚型PVC复合树脂。主要研究内容和所得结论如下:
　　1.通过外加种子法，使用反应型乳化剂成功制备了均相交联型ACR乳液（非核壳型），考察了乳液聚合温度、种子液的使用比例、乳化剂使用比例等因素对ACR乳液性能的影响。结果表明:可通过改变体系中种子液的使用比例来准确控制乳胶粒粒径，当种子液使用比例为0.42％，SE-10N使用比例为1.00％时，可制得乳胶粒粒径约200nm且聚合稳定性较好的ACR乳液。
　　2.研究了用均相交联ACR对PVC改性的规律，考察了不同聚合温度制备的均相ACR及ACR乳液的加料顺序对悬浮聚合行为及抗冲PVC复合树脂性能的影响。结果表明:使用70±1℃制备的ACR进行改性时，所得PVC复合树脂的抗冲性能最好，当ACR用量6.0％（占VCM的质量分数）时所得原位悬浮接枝改性PVC复合树脂的缺口冲击强度可达常规硬质SG-5型PVC的7.4倍。不同反应温度所得ACR用于制备原位悬浮接枝改性PVC复合树脂时，使用ACR70℃制备的PVC复合树脂的加工塑化性能最好，其熔融时间远远小于未改性的普通硬质SG-5型PVC。不同温度下制备的ACR对其改性PVC复合树脂的初始降解温度无明显影响，各改性PVC复合树脂的维卡软化点(VST)略微降低，抗冲PVC的耐热变形温度和纯硬质PVC相当;在氯乙烯单体液滴分散好后再加ACR乳液进行悬浮聚合，所得PVC复合树脂的颗粒形态和抗冲性能较好，且聚合过程中无粘釜、无粘轴现象。
　　3.通过种子乳液聚合成功制备了外层亲疏水性不同的过渡层型ACR乳液，并通过激光粒度仪(DLS)、透射电镜(TEM)对乳液结构进行了表征。考察了ACR乳胶粒外层亲疏水性对改性PVC复合树脂性能的影响，同时也考察了分散剂的配比对原位悬浮接枝改性PVC复合树脂颗粒形态的影响。结果表明:使用外层中MMA比例为10％的ACR时，所得改性PVC复合树脂的抗冲击性能最好。过渡层型ACR外层中MMA比例对其改性PVC复合树脂的热变形温度影响不大。但综合结果是均相交联型ACR的抗冲组分改性效果较好。
　　两种改性组分得到的PVC复合树脂的初始降解温度基本一致且都与SG-5型PVC树脂差别不大，但是两种改性PVC复合树脂的最大热失重速率均较小。悬浮聚合中使用分子量较低的聚乙烯醇类分散剂有利于改善复合树脂的颗粒形态。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 聚氯乙烯发展概述

1．2 聚氯乙烯抗冲改性概述

1．2．1 聚氯乙烯增韧机理

1．2．2 聚氯乙烯物理增韧改性

1．2．3 聚氯乙烯化学增韧改性

1．3 文献总结

1．4 课题的目的及研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验主要原料及仪器

2．2 实验方法

2．2．1 种子乳液的制备

2．2．2 均相交联型ACR乳液的制备

2．2．3 过渡层型ACR乳液的制备

2．2．4 ACR原位悬浮接枝改性PVC的制备

2．2．5 高抗冲PVC制备示意图

2．3 ACR乳液性能测试及表征

2．3．1 ACR乳胶粒TEM测试

2．3．2 ACR乳胶粒子粒径及分布测定

2．3．3 ACR乳液其它性能测定

2．4 PVC性能测试及表征

2．4．1 试样制备

2．4．2 改性PVC缺口冲击强度的测试

2．4．3 改性PVC拉伸强度的测试

2．4．4 红外光谱分析

2．4．5 SEM和TEM分析

2．4．6 塑化性能测试

2．4．7 表观密度测试

2．4．8 热性能分析

2．4．9 氯乙烯接枝效率的测试

第三章 均相交联ACR乳液的制备及对PVC改性研究

3．1 均相交联ACR乳液的制备及测试表征

3．1．1 乳化剂的选择

3．1．2 种子液制备方法对ACR性能的影响

3．1．3 种子液的粒径分布及TEM表征

3．1．4 引发体系的选择

3．1．5 种子液的用量对乳液性能的影响

3．1．6 交联单体的使用比例对均相交联ACR乳液性能的影响

3．1．7 乳化剂使用比例对均相交联ACR乳液性能的影响

3．1．8 乳液聚合温度对均相交联型ACR乳液性能的影响

3．1．9 均相交联ACR乳胶粒TEM分析

3．2 均相交联ACR乳液改性PVC树脂的制备及测试表征

3．2．1 红外光谱分析

3．2．2 差示扫描量热(DSC)分析

3．2．3 冲击样条SEM和TEM分析

3．2．4 ACR原位悬浮聚合体系的模拟

3．2．5 ACR加料顺序对改性PVC及悬浮聚合的影响

3．2．6 ACR乳液种类对其改性PVC力学性能的影响

3．2．7 ACR乳液种类对悬浮聚合反应的影响

3．2．8 不同ACR乳液改性PVC树脂塑化性能分析

3．2．9 不同聚合温度所得ACR对其原位改性PVC热性能的影响

3．3 本章小结

第四章 过渡层型ACR乳液的制备及其对PVC改性研究

4．1 过渡层型ACR乳液的制备及测试表征

4．1．1 过渡层型ACR乳液的结构表征

4．1．2 ACR外层中MMA的比例对其性能的影响

4．2 过渡层型ACR乳液改性PVC树脂的制备及测试表征

4．2．1 过渡层型ACR外层单体亲疏水性对其改性PVC性能的影响

4．2．2 过渡层型ACR外层MMA的比例对其改性PVC热性能的影响

4．2．3 过渡层型ACR加料顺序对其改性PVC性能的影响

4．2．4 悬浮聚合分散体系对改性PVC性能的影响

4．3 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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