一种PVC/ACR-CPE体系优化型材

摘要

一种PVC/ACR-CPE体系优化型材。本发明涉及一种对PVC塑料型材产品性能进行优化的可行性方法。通过对CPE、ACR组分的调整，提高产品的拉伸性能，改善低温冷冲性能，使塑钢产品更能够适应东北严寒地区，改善建筑产品的节能、环保性能，提高在严寒地区的使用条件和范围。

说明书

技术领域

本发明涉及一种对PVC塑料型材产品性能进行优化的可行性方法。尤其是针对严寒地区PVC产品的低温冷冲性能进行的优化。

 

背景技术

随着工业技术的发展，建筑材料的使用区域也越加的广泛，但大部分建筑材料在极寒冷地区往往发挥的效能较差，所以越来越多的人们希望能得到更高效高性能的建筑材料，比如作为建筑材料的PVC型材要求具有更高刚性、抗风压性和低温增强性等。

发明内容

为了解决上述问题，本发明涉及一种对PVC塑料型材使用进行产品性能优化的可行性方法。尤其是针对严寒地区PVC产品的低温冷冲性能进行的优化，属于PVC产品的高端品质优化系列。可以有效的降低PVC制品在严寒地区出现质量问题的几率，有效提高PVC制品的使用寿命的一种生产PVC塑料型材的专用材料。

我们使用的PVC塑料型材，面临冷冲脆性的问题，特别是在寒冷的条件下，型材使用的物理性能指标急据下降，影响了产品的使用性能。因此我们研发优化型材PVC/ACR-CPE体系低温性能，目的是有效的降低东北地区严冬情况下，PVC挤出型材面临的冷冲脆性问题，缓解寒冷条件下，型材产生的物理性能指标下降剧烈的几率。有针对性的对ACR和CPE的混料配比进行控制和调节，更加有效的优化型材的低温性能指标，降低PVC型材在严寒地带的质量事故出现的频率，延长型材的使用寿命。

目前在我们PVC制品中常用于增韧改性的有两种即抗冲ACR和CPE。在北方由于特殊的气候条件和地理位置，在生产PVC制品初期，用于PVC制品改性的大部分采用抗冲ACR做改性，随着生产厂家的增多和无序化的竞争，为了降低生产成本，采用了目前相对成本较低的CPE。虽然CPE增韧改性的效果也不错，但是在其他性能方面和抗冲ACR相比要逊色的很多。

抗冲ACR是以较低玻璃化温度的丙烯酸丁酯为核，丙烯酸甲酯为壳，核层橡胶是真正发挥抗冲作用的部分，壳层聚合物部分和核层聚合物发生接枝，对其核层进行包覆，提高抗冲击改性剂的分散性和相容性。CPE它的分子结构是网络状结构，从其两者的结构，两者抗冲击的优势就显示出来了。抗冲ACR是不含双键的，这也就无形中减缓了经紫外光照射形成的双键断裂，产生不稳定、活性分子，从而影响了产品的使用寿命的问题。所以具有优异的耐候性能。

下面结合附图说明

图1为PVC高分子分解方程式。

图2为化合物脱氢产生双键方程式。

图3为冲击强度图示（横坐标代表份数，纵坐标为冲击强度MPa）。

图4为弯曲模量图示（横坐标代表份数，纵坐标为弯曲模量MPa）。

图5为热变形温度图示（横坐标代表份数，纵坐标为温度℃）。

 

如图1所述的化学方程式，PVC树脂是一种极性高分子，分子间力很强，而且是一种极易结晶的塑料，因此对低温脆性有比较明显的影响。而且PVC由于在石化产品的生产制造过程中，氯元素的存在导致了此材料在120-130度就要分解产生氯化氢。型材生产过程中生成的氯化氢气体，不仅对产品的质量有很大的影响，而且对机械设备也具有较强的腐蚀性。

而如图2所述的方程式在游离基的作用下可发生链锁反应脱出HCL等，进一步脱HCL产生双键。有氧（O₂）存在时，PVC常是先吸氧反应后脱HCL，故O₂可能使PVC先发生氧化而起加速脱HCL作用，因为分子链上一旦生成含氧基团及氧化断链形成游离基、双键及羚基时，都会促使脱HCL加速。

适当的增加添加剂稳定PVC的分子结构是必要的。添加剂的作用不只是表现在改善色调、稳定性、染色性、润滑性、硬度等物理机械性能，而且也能降低价格，改善弹性、热变形性及尺寸稳定性。塑料中主要成分是聚合物大分子结构，分子链柔性不同，其结晶性也不同，因此在生产PVC产品必须加入一定的助剂。

 

1、用于PVC的CPE的改性剂的种类

   CPE与PVC共混时的相溶性，取决于CPE聚合物的氯含量多少及氯原子在HDPE骨架上的分布（以残余结晶度表示），氯含量25%以下的CPE与PVC的相溶性不好，故对PVC改性来说是不适宜的，氯含量40%以上的CPE与PVC有极好的相溶性，可作为PVC的增塑剂，不能用做抗冲击改性剂，氯含量25%～40%的CPE与PVC半相溶，其改性的硬质PVC制品的冲击强度，相应提高，但加工流动性较差，氯含量为36%～38%的CPE，其结晶度和玻璃化温度较低，具有良好的弹性及与PVC的相溶性，因而广泛用于硬质PVC制品的抗冲击改性剂。

2、CPE含量对CPE/PVC共混物的改性效果

   CPE是有HDPE经氯化而制得，及用CL原子部分取代HDPE分子链上的H原子产物，由于CPE分子不含有双键、具有良好的耐候性能、耐燃性，热稳定性高于PVC。CPE/PVC体系的冲击强度随着CPE用量的增加而增加，呈S形曲线，添加量在8份以下时，体系的冲击强度增长的幅度较小，添加量在8～15份之间时增长的幅度最大，添加量在20份左右时增长的幅度又趁于平缓，对这种现象可做如下解释，冲击改性剂与PVC共混时，体的改性剂形成网状结果所需要的量也不一样。当CPE用量在8～15份之间时，其在共混体系中连续均匀与的分散，形成分相不分离的网状结构，使得共混体系的冲击强度整张幅度最大。不同品种的改性剂形成网状结构所需要的量也是不同的。当CPE用量增加到20份时，他就不能全部形成连续均与的分散，而是有部分CPE形成了凝胶状。这样在两相界面上就不会有适宜分散的CPE颗粒来吸收冲技能，因此，冲击强度增长幅度趋于平缓。如图3。

因此，通过控制CPE中的氯CL的含量保证改性粒子与基体树脂的相容性，在加工过程中控制一定的工艺条件，使改性剂粒子形成一个包覆PVC的初级粒子的网状结构，从而获得良好的抗冲增韧效果。

当共混物的温度高于190-200度时PVC初级粒子完全熔融，致使弹性体网气络转变为球体分散于PVC树脂基体中，抗冲改性效果大幅度下降，因此CPE的抗冲改性剂获得最佳的抗冲性能，就要保证加工温度范围必须要宽，对加工条件较为敏感，这就是网络聚合物的特点。

由于H原子被CL原子取代，破坏了PE的结晶性，使其变得柔软而具有橡胶性质，另一方面由于CL原子的存在，使CPE成为极性聚合物，且与PVC有形同的极性基团，增加了PVC的相容性。因而高分子链间能保持足够的分子间的作用力（即范德华力）可以提高PVC的抗冲击性能，起到增韧作用。拉伸强度与断裂伸长率的乘积表示其韧性，很明显，随着CPE加入量的增加，PVC的韧性提高。

3.ACR含量对CPE/PVC共混物的改性效果

ACR是聚丙烯酸酯类改性剂的总称，是聚氯乙烯的新型改性剂。根据实验数据，ACR类，改性剂有较低的熔体粘度，因而使物料加工性能、好，熔融流速快，减少物料对螺杆和机筒的磨损，加工温度范围宽。生产出的型材表观白，光滑，有优良的室温和低温抗冲击强度，极好的耐候性。一般配用5-7份就能达到较好的改性效果，有很好的性价比。因而，很受型材生产厂家的推捧。

4．ACR/PVC共混体系的增韧机理。

ACR系有预定粒子大小和形状的核壳结构聚合物，它有一个核，还有由一到多种单体组成的外壳，使其可与PVC很好的互溶，因此，硬质聚氯乙烯用聚丙烯酸酯类改性的机理与采用CPE或EVA改性的机理不一样，它不是形成网状结构或者蜂窝结构包裹PVC颗粒，而是形成一种完全不同的物态，PVC为连续相形成网，丙烯酸酯则为分散用，分散在PVC连续相之中。这种分散状态随着加工条件如温度、时间变化影响较小，加工范围较宽。

ACR是在CPE接枝丙烯晴和苯乙烯的聚合物的接枝共聚物，商品名为EPSANA，它的作用发生氧化反应，主链和支链发生交联反应，乙丙橡胶是为骨干聚合物，是丙烯晴和苯乙烯。

ACR是甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸酯接枝共聚物，CPE加多会降低拉伸强度，ACR作用控制熔融过程，促进熔体流动提高熔体的均匀性提高熔体强度和延伸性，避免熔体破裂，高温时加入易产生凝结，应在物料温度较低时加入，内润滑剂以提高塑化和熔体流动为主，外润滑剂防止熔体对设备的粘附为主。

通过对塑钢型材的CPE、ACR组分的调整，可以在一定的程度上对型材产品的低温冷冲、拉伸、弯曲弹性模量进行一定的改进，具体列举几组数据，进行分析（实验数据，仅供参考）。

配方体系：                                                       单位：千克

从上述配方体系对应的性能曲线图谱如图4，图5和对比表格中我们可以直接看出，通过调整PVC/CPE,PVC/ACR体系的比例成分，可以对产品的拉伸冲击性能和变形性能产生较大的影响。

 

 我们的意图是通过对CPE、ACR组分的不断调整，提高产品的拉伸性能，改善低温冷冲性能，使塑钢产品更能够适应东北严寒地区，改善建筑产品的节能、环保性能，提高在严寒地区的使用条件和范围。更多的为低碳、环保、节能产品的推广做出理论和科研方面的坚实保障。