PVC高分子材料的应用发展研究

PVC高分子材料的应用发展研究

吴冬萍

广东达华生态科技有限公司 广东 揭阳 522000

摘要：市场经济发展促进我国科研水平提升，PVC高分子材料成为继实木、钢等材料后又一重大成果，受到社会广泛关注。高分子材料使用范围广，大至工业制造、工程建筑，小至日常用品，成为社会随处可见的材料之一。从产量上看，PVC材料已经超过金属材料，成为新一代材料支柱。本文将深入分析PVC发展现状，深入了解材料结构、性能等问题，探寻发展前景，为研究人员提供研究方向，促进PVC产业发展。

关键词：聚氯乙烯；应用发展；高分子材料

PVC主要成分为聚氯乙烯，具有密度小、防尘防腐、牢固耐用等特点，被广泛应用到建材市场当中，常用于门窗、建材、电子产品等用品生产中。该材料最早诞生于德国，最初采用单腔结构，工艺简单、粗糙。近年来，我国市场经济显著提高，国民经济飞速提升，科研力量增强，各领域发展持续推进，受国家政策影响，国内不断强化基础建设投资，PVC树脂产业产量、消费情况逐渐提升，一些非日用产品生产制造企业选择使用增塑剂等产品提升PVC制品质量，深受各行业青睐。

1. PVC高分子材料概述

PVC全称Polyvinylchloride，主要是指聚氯乙烯，是由很多个氯乙烯单体聚合形成的高分子化合物，可以将其视为聚乙烯分子链上各单元上的氢原子被氯原子所取代所得到的，通常采用挤出、吹塑、发泡等多种方法完成加工，PVC物理表现为白色捎带淡黄色的粉末状物质，可以通过选择合理的助剂完成性能改良工作，例如以轻钙作为填充剂，二氧化钛能够起到增白和吸收紫外线作用。

将氯原子引入PVC高分子主链当中，可将电负性较强的氯原子视为测取代基，引起聚合物性质变化。(1)氯原子的加入使分子链间吸引力显著提升，且氯原子相对分子质量和体积较大，增强空隙间位阻效应，逐渐增强PVC分子硬度，最终达到力学性能提升的目的，但在一定程度上降低了韧性和耐寒性；(2)氯原子加入能够提升PVC制品阻燃性，实现离火即熄功能；(3)C-CL键的存在，使材料显示出较强的极性，有效降低材料导电性，可以用作绝缘材料。

图1

2. PVC高分子材料基本性能

受分子组成和结构约束，导致材料性能存在差异，不同构型间性能存在差异。PVC材料属于线性结构，由多条不规则线状或团状分子结构连接而成，由于各大分子之间是相互独立，因此可在溶剂或加热熔融状态下分离，具有良好的弹性和可塑性，该特性不随着聚合物是否成型发生变化，可以反复多次使用。

1. 力学性能

1. 低强度和高比强度。测试发现，PVC高分子材料拉伸强度一般为几十兆帕，与金属相比较低，但密度要比刚还小，大约为钢的1/6~1/4，其强度并不比金属低。受材料自身相对分子质量、分布、交联等问题影响，力学性能也不断发生变化。

2. 黏弹度。PVC材料力学性能受温度和应力作用时间双重约束，表现出黏弹性行为，受荷载因素影响，可将其分为静态和动态两种。静态粘弹性是指PVC材料受静态荷载影响表现出黏弹性行为，最常见的表现为蠕变和应力松弛。所谓蠕变是指受到温度和恒定载荷影响，形变情况随时间增大而增大，应力松弛是指受到特定温度和应变保持恒定的条件下，材料内部应力随着时间增长而衰退。这两种现象都与温度有关，能充分表达PVC材料内部分子运动情况。

3. 高耐磨性。受黏弹特性影响，摩擦引力剪切过程中存在能量消耗问题，称之为耐磨性，不同高分子材料的摩擦系数存在差异，摩擦系数越大消耗的能量就越大。

2. 电性能

受C-CL键影响，PVC材料表现出明显极性，使材料电绝缘性明显降低。室温时C-CL偶极子处于不活动状态，电性能较强，温度的提升会诱发偶极子活动性增强，使电性能明显下降，偶极子在电场中需要根据电场频率进行取向处理，温度或电厂频率对PVC电性能影响较大，常用于中低压或低频绝缘材料。

3. 热稳定性

PVC在聚合过程中会出现链转移现象，说明PVC存在支链结构，在PVC分中每一千个碳原子上就具有5-18个支链。当链终止反应后可以生成末端具有1个氯乙烯基的双键结构。由于PVC大分子内部存在双键结构，导致存在不稳定的叔氯原子和含氧基团等活化基团，降低了PVC树脂热稳定性。当受到100℃以上或紫外光照射时，会出现降解脱HCL情况，如果有氧气参与降解速度更快，像HCL、铁、锌等物质能够催化PVC脱HCL。

3. PVC高分子材料发展前景

1. 安全无公害、绿色环保

近年来，我国在生产生活当中，逐渐意识到了生态文明建设重要性，在研发生产工作中始终落实绿色环保理念，尤其是塑料行业发展，在为群众及各行业发展提供了便利条件的同时，存在一定安全隐患。为了提升PVC产品性能，需要在其中加入增塑剂、抗老化剂等有毒物质，部分商品中存在铅类物质，这种物质具有能够诱发人体发生病变，且存在隔代遗传的可能，如果在群众日常用品或食品包装中使用，后果不堪设想。随着时代发展，群众自我安全保护意识不断增强，企业开始加大产品改造力度，在门窗等日用品当中逐渐减少稳定剂的使用，部分厂家选择安全可靠的有机锡类物质或稀土进行替换。受到经济利益约束，现阶段安全无毒的稳定剂相对产量较少，相关企业应该加大新型环保材料的研发力度。为了保障群众利益，国家要适当给予法律支持，加大宣传力度，强化新型无毒、绿色稳定剂的研发工作，推动环保无公害的绿色产业发展。

2. 纳米复合型PVC应用

纳米技术从20世纪80、90年代开始产生、发展的高新技术，它为多功能复合材料的产生提供了发展机遇，随着粒子表面处理技术迅速发展，PVC领域与纳米技术融合研究不断深入。与传统材料相比，新型纳米复合材料能够提升塑料刚性；纳米技术不需要融入有毒物质，有效避免污染产生，部分材料具有抗菌效果；二者融合能够有效降低聚氯乙烯使用量，产品成本较低。

现阶段发展上看，应用到纳米技术较为成熟的方法是采用熔融插层法对有机蒙脱土进行操作获取PVC/MMT纳米级复合材料，利用纳米级碳酸钙对其表面进行处理，完成未增塑聚氯乙烯改性工作。研究表明，经过纳米技术处理后的聚氯乙烯产品具有高抗冲性、运输便捷等优势，其性能和价格要低于钢管或铝管，逐渐成为各类口径水管或工农业液体输送管道的理想材料。利用纳米级碳酸钙完成的PVC改造工作，能够使其填充量达到30%，提升质量的同时降低了研发成本。

3. PVC彩色产品兴起

PVC树脂物理性质表现为白色粉末状固体，天然加工情况下所制造出来的产品多数以纯白色或灰白色居多。随着人们艺术审美发生变化，国民经济提升，群众开始追求更加艳丽的塑料制品，调查显示，彩色塑钢应用在门窗制造业的频率更好，逐渐成为新得消费热点，提高群众居住舒适度，对PVC型材色彩追求更加突出，色彩研发逐渐成为PVC行业发展趋势。

结束语：

综上所述，现阶段PVC高分子材料市场发展迅速，受到国内外各个领域的关注，从性能上看，PVC能根据应用环境，选择恰当的材料完成改性工作，使其提升某一方面性能，便于相关人员应用，发展前景广阔，具有良好的建设意义和发展潜力，不仅要展现性能优势，更要注重人文理念，始终围绕环保、绿色、健康等新型理念完成生产开发工作，推动PVC行业持续发展。

参考文献：

1. 孙英华,吴尚卓.PVC高分子材料的应用发展研究[J].江西化工,2012,(04):151-152.

2. 黄小涛,董晓宁,魏东,赵海福.PVC及其型材的研究与应用[J].中国包装工业,2014,(06):3-6.

3. 谢丰鸣,郭凌霄,刘永峰,韩成功,孟强.绿色高分子材料的研制与应用研究[J].中国石油和化工标准与质量,2021,41(16):144-145.

4. 魏开明.基于高分子材料合成与应用的绿色化工发展研究[J].化工管理,2020,(32):59-60.

5. 耿静.基于高分子材料合成与应用的绿色化工发展研究[J].化工管理,2020,(12):16-17.