共混改性提高PVC耐热性的研究进展

共混改性提高 PVC耐热性的研究进展

杨小川

广东达华生态科技有限公司 广东 揭阳 522000

摘要：聚氯乙烯简称PVC，没有固定熔点，在85℃以下呈现玻璃态，在80℃~85℃之间进入软化状态，受温度影响使用范围缩小，为提高PVC使用温度，技术人员开始致力于耐热性改良工作，开发耐热性好的PVC树脂。提升聚氯乙烯耐热性能共混改性组分有很多，其中包括以N-取代马来酰亚胺类为代表的高分耐热改性剂，以氯化PVC为主的具备高耐热性的改良PVC，除此之外，还包括无机填料。由于PVC复合材料中混入不同类型耐热改性剂所呈现效果存在较大差异，本文将结合相关研究文献对共混改性提高PVC耐热性复合材料研究进行相关文献综述，为材料开发工作提供信息参考。

关键词：共混改性；PVC耐热性；复合材料

为顺应社会市场需求，我国不断加大科学技术投资力度，各科研领域均取得了优异成绩。我国现阶段塑料改良行业发展重心依旧以塑料工程化为主，研究高性能工程塑料，典型热塑性材料为聚氯乙烯，具有开发成本低、经济丰富等特性，在化工和建筑领域应用广泛。从使用性角度看，PVC存在热稳定性差的缺陷，连续使用温度仅在65℃左右，这就导致产品需要着重关注使用温度和受力情况。为解决此问题，常使用共混改性方式提升耐热温度。所谓共混改性是指将玻璃化转变温度较高的树脂与PVC粉料充分结合，这种制作工艺简单、具有较高可操作性。

1. 利用共混高分子耐热改性剂改善PVC耐热性

利用该方法改变PVC树脂耐热性，需要保证高分子耐热改性剂与PVC之间具有较好的相容性，改性剂需要具备较高的玻璃化转变温度和较低的熔融温度以及熔体粘度，增强材料可塑性。受到材料熔融温度、熔体粘度等因素影响，导致用于改良PVC性能的改性剂并不多。

1. N-取代马来酰亚胺类

目前，在PVC耐热性改良过程中最常用的改良单体为N-取代马来酰亚胺，简称N-MI。受到不同取代基影响，导致单体之间存在差异，常用的以N-苯基马来酰亚胺（N-PMI）和N-环乙基马来酰亚胺（N-ChMI）为主。N-MI属于一类亲二烯体，能够与PVC结构上的共轭多烯链发生加成反应，防止PVC降解，酰亚胺实际上是一个平面五元环结构，当嵌入PVC分子链后，可以有效阻止侧链绕大分子主链旋转，提高分子热稳定性，具有良好刚性。

杨丽庭等人选择利用N-PMI作为耐热改性剂单体，为了提升聚合物共聚性能和聚氯乙烯相容性，将苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯单体融入其中，通过对比发现，该方法明显提高了PVC应用温度和热分解温度，除此之外，材料力学性能也得到了改善。

马莉娜等选用悬浮共聚技术合成了具有耐热性的三元共聚物N-苯基马来酰亚胺-苯乙烯-丙稀腈与PVC共混，再利用模压发泡技术获得混合性泡沫塑料，对比发现，该三元共聚物在提高PVC泡沫塑料耐热性上发挥着重要作用。从数据上看，三元共聚物含量从0逐渐增加至25%，发现PVC的玻璃化转变温度呈上升趋势，热稳定性也在不断增强。

王茂喜等利用三元共聚体N-环己基马来酰亚胺-甲基丙烯酸-六氯丙稀作为PVC共混耐热性改性剂，经过反复试验，最佳质量配比为35/62/3，如果该三元共聚体在共混物中占比10%，能让共混物耐热性达到最佳。

2. α-甲基苯乙烯型（α–MeSt）

α-甲基苯乙烯型本身不能够实现自聚效果，但与丙烯腈和苯乙烯融合具有良好的共聚性，需要结合试验研究测算出相关聚合比例，最终形成α-MeSt-St-AN共聚物，使其与PVC共混后，有效提高PVC耐热性能。该Tvicat能够在90~100℃之间调节，使PVC使用温度显著提升。

熊雷等将氰基含量为30%的α-MSAN熔融共混于PVC中，深入探究α-MSAN含量是否对PVC耐热性产生影响。数据分析发现，当α-MSAN质量分数低于60%时，共混物具有良好相容性，体系内的耐热性将随着α-MSAN含量增加逐渐上升Tvicat范围更加广泛，最大温度可达108℃。

张军等通过机械共混法实现了PVC与不同类型耐热改性剂的融合，与ABS树脂相比，α-MeSt-AN共聚物在提高硬质PVC耐热性能方面更加明显，除此之外，α-MeSt-AN能够有效提升共聚PVC的弯曲、拉伸能力，但冲击强度呈下降趋势。

3. 马来酸酐型

从性质上看，马来酸酐自聚能力较差，但与苯乙烯等单体共聚后，能被用作聚合物耐热改性剂，马来酸酐与苯乙烯共聚会产生一种交替共聚物，如果在共混过程中，添加低于10%的量，会充分容于PVC，由于马来酸酐结构为环状，最终使得SMAH具备较高的玻璃化转变温度。

王伟等通过制备PVC/SMAH共混物发现了SMAH含量对PVC耐热性性能具有一定影响，数据比对发现，在SMAH含量增加过程中，在到达10%以前，其共混体系Tvicat也呈现出增长状态，可达104.6℃，提高将近20℃左右。

任华等通过研究PVC与SMAH共混改性中发现，SMAH在提高共混物Tvicat上发挥着重要作用，如果SMAH从0增加到50时，共混物Tvicat温度将升高至93.3℃，耐热性能取得极大提高。

2. 利用共混改良PVC改善PVC耐热性

CPVC是最常见的PVC氯化产物，通过改良PVC提升PVC耐热性，且保证在允许范围内的化学稳定性。相关数据表明氯含量为68%时，Tvicat为130℃，由于CPVC的耐高温能力较强，当与PVC共混后能够有效提升PVC耐热性，除此之外，这两种物质具有良好相容性，其混合物在整体组成范围内的玻璃化转变温度统一且只有一个。将两种物质融合，再加入其它助剂制造时，Tvicat为96℃，与单一PVC耐热温度相比，升高了15~20℃左右，在扁平实验和落锤冲击实验中，其性能均符合相关标准及要求。现阶段，PVC结晶度常维持在5%左右，属于无定形聚合物，实验证明改善PVC制品内部结构结晶度，也能达到改善PVC耐热性作用，除此之外，还能提升强度、刚度。

3. 利用共混无机填料改善PVC耐热性

从现存实验数据和参考资料上看，除了上述方式完成耐热性改良，还可以利用无机矿物质作为填料完成改良，常见的有碳酸钙、滑石粉、玻璃纤维等。本篇文章主要通过介绍碳酸盐类，分析PVC耐热性改良现状。在碳酸盐中，最常用的无机填料为碳酸钙，其具有成本低、化学性质稳定以及耐热性能良好等优势。

王红瑛等将挤出共混工艺应用到了增强耐热性实验当中，将碳酸钙与PVC/ABS合金充分融合，将PVC含量、ABS含量、碳酸钙含量分别设为100份、60份、60份，该共混物质的Tvicat可达97.4℃，与单一合金相比，温度提升将近11℃，耐热性明显提升。

刘海等采用包覆交联技术得到的碳酸钙粒子表面交联具有核壳结构（CLCC），这种物质能够起到增塑作用，提升PVC的冲击性能和耐热性。如果CLCC含量为5，能够确保PVC/CLCC共混物耐热性达到最佳状态，其玻璃化转换温度为104.6℃，比纯净的PVC提高将近15℃

结束语：

综上所述，通过共混改性方法能够有效提升PVC树脂耐热性，随着国内科研技术显著提升，各行业对PVC耐热性需求愈加严格，利用高分子耐热改性剂或无机填料在改善PVC耐热性上发挥着重要作用，我国塑料行业研发还具备较大的发展空间，这些简单、易操作的改良技术，为产业发展提供了机遇，利用共混改性法制备的具有高耐热性、易操作的PVC合金来替代高成本的工程塑料，使高性能的PVC市场核心竞争力显著提高。

参考文献：

1. 马建华,郑化安,付东升,雷瑞,李欣,袁聪,孙欣新.共混改性制备高耐热PVC复合材料的研究进展[J].材料导报,2014,28(S2):331-333+352.

2. 张响,崔益华,殷跃洪.共混改性提高PVC耐热性的研究进展[J].工程塑料应用,2016,44(01):129-132.

3. 蒋文韬,周晓吉,刘天澍,孙一卓,白仁碧.改性聚氯乙烯膜的制备及其耐酸性能研究[J].塑料工业,2020,48(06):47-52.

4. 翟云芳,魏绪玲.具有核壳结构的AAS接枝弹性体对聚氯乙烯树脂的共混改性[J].塑料工业,2021,49(S1):87-90.