不同乳化劑對(duì)pvc-u共混體系的影響

不同乳化劑對(duì)pvc-u共混體系的影響

作者認(rèn)為，國內(nèi)和國外洗滌劑的比例和總添加量是關(guān)鍵和困難。對(duì)潤滑體系而言,目前在PVC-U加工過程中還沒有成熟的理論,甚至連可以有效地指導(dǎo)配方設(shè)計(jì)的試驗(yàn)也甚少。所以,測(cè)定不同內(nèi)外潤滑劑對(duì)配方體系影響的試驗(yàn)數(shù)據(jù)就顯得尤為重要。1測(cè)試1.1合成工藝和穩(wěn)定劑PVC(SG-5),壽光新龍電化集團(tuán)聚氯乙烯有限公司;ACR,山東日科化學(xué)有限公司;CPE,濰坊鑫達(dá)化工有限公司;CaCO3,淄博張店忠磊精細(xì)化工有限公司;鈦白粉,江蘇鎮(zhèn)鈦化工有限公司;稀土穩(wěn)定劑,內(nèi)蒙古皓?；び邢薰?硬脂酸,淄博騰輝油脂化工有限公司;PE蠟,濰坊匯源化工有限公司。1.2稀土穩(wěn)定劑caco3,4.33份PVC,100.00份(質(zhì)量份,下同);CaCO3,13.33份;CPE,11.53份;ACR,2.27份;稀土穩(wěn)定劑,3.34份;鈦白粉,4.00份。1.3哈普電氣技術(shù)有限責(zé)任公司轉(zhuǎn)矩流變儀RM-200A,哈爾濱哈普電氣技術(shù)有限責(zé)任公司;高速混料機(jī)(不帶冷混器),連云港輕工機(jī)械有限責(zé)任公司,最大混料量3kg。1.4轉(zhuǎn)速流變儀試驗(yàn)按照試驗(yàn)基本配方,加入的原料總質(zhì)量為2.1kg(即最大混料量的70%左右,以保證最好的混料效果),混料機(jī)預(yù)熱溫度調(diào)整至80℃,啟動(dòng)電機(jī),攪拌器的轉(zhuǎn)速為2000r/min,混料溫度達(dá)到105℃時(shí)出料,在瓷盤中迅速冷卻(手動(dòng)翻動(dòng),加速冷卻)?；炝戏胖?4h后進(jìn)行轉(zhuǎn)矩流變儀試驗(yàn)?；鞜捚?～3區(qū)設(shè)定溫度為180℃,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速35r/min,試驗(yàn)料質(zhì)量為62g,試驗(yàn)時(shí)間10min,每個(gè)試驗(yàn)配方進(jìn)行10次重復(fù)混煉試驗(yàn),對(duì)轉(zhuǎn)矩流變儀采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)求取平均值,至此1組試驗(yàn)配方測(cè)試結(jié)束。2結(jié)果與討論2.1硬脂酸用量對(duì)pvc樹脂潤滑效果的影響內(nèi)潤滑劑是能滲入到PVC微觀粒子中及表面,減少PVC樹脂初級(jí)粒子、分子及分子內(nèi)部鏈段之間相互作用力,促進(jìn)PVC樹脂塑化亦能降低熔體黏度的助劑。其作用機(jī)理是由于內(nèi)潤滑劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)中具有極性基團(tuán)和長鏈烷基的非極性基團(tuán)。在PVC塑化前,內(nèi)潤滑劑的極性基團(tuán)與PVC樹脂的極性節(jié)點(diǎn)有一定的親和力,形成鍵能較強(qiáng)的絡(luò)合物,從而減弱或消除了PVC各層粒子間的吸引力,使PVC相互纏繞的鏈段易于擴(kuò)散,分子基團(tuán)之間的界限易于消失,促進(jìn)PVC樹脂塑化。在PVC塑化之后潤滑劑的極性基團(tuán)減弱了熔體內(nèi)分子間及分子內(nèi)鏈段之間的相互吸引力,使PVC樹脂易于流動(dòng),降低了熔體黏度,從而起到內(nèi)潤滑作用。另外,內(nèi)潤滑劑的長鏈(碳原子數(shù)在12個(gè)以上)烷基部分與PVC樹脂相容性相差較大,相互親和力較小,以“屏蔽”方式把PVC粒子、分子彼此隔開,使之易于滑動(dòng),起到純物理的類似潤滑油的作用。從內(nèi)潤滑劑的作用效果來看類似增塑劑,它們都能夠有效地促進(jìn)塑化,并能大幅度降低熔體黏度,但是增塑劑的用量較大,會(huì)大幅度地降低PVC樹脂的玻璃化溫度;而內(nèi)潤滑劑的用量較小,對(duì)PVC樹脂的玻璃化溫度影響不大。內(nèi)潤滑劑與ACR類加工助劑相比較,它們都能促進(jìn)塑化,但是ACR類加工助劑增加了熔體黏度。因此,內(nèi)潤滑劑在共混體系中有不可替代的作用。不同硬脂酸用量下PVC-U共混體系轉(zhuǎn)矩流變儀試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。通過表1可知,隨著硬脂酸用量的增加,PVC-U共混體系的塑化扭矩明顯降低,而熔體的黏度又與扭矩成正比,即硬脂酸在共混體系中降低了熔體的黏度。但是硬脂酸作為PVC-U配方體系的內(nèi)潤滑劑,根據(jù)其定義,應(yīng)該是起到促進(jìn)塑化的作用,即試驗(yàn)中的塑化時(shí)間應(yīng)該是隨著硬脂酸用量的增加而縮短?？赏ㄟ^試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)表明,當(dāng)配方中硬脂酸用量小于0.5份時(shí),縮短了塑化時(shí)間;但是當(dāng)硬脂酸用量超過0.5份以后,塑化時(shí)間不僅沒有縮短,反而大大地延長了!筆者認(rèn)為,對(duì)內(nèi)潤滑劑應(yīng)當(dāng)理解為在一定用量的前提下,可以促進(jìn)塑化。那為什么在當(dāng)前體系下,硬脂酸用量超出了這個(gè)范圍,不僅不能促進(jìn)塑化,反而延長了塑化時(shí)間呢?筆者認(rèn)為,隨著硬脂酸用量的增加,共混體系內(nèi)各助劑相互影響,硬脂酸在體系的相容度逐漸達(dá)到飽和,一旦超出了相容度的界限,硬脂酸就起外潤滑的作用。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,硬脂酸用量超過0.5份,塑化時(shí)間大大延長,體現(xiàn)出了外潤滑劑的特點(diǎn)。筆者認(rèn)為,PVC-U共混體系的復(fù)雜性決定了各助劑的用量范圍,一旦超出,潤滑劑的性能就會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化。2.2pvc-u共混體系的扭矩流變?cè)囼?yàn)外潤滑劑能減少PVC宏觀粒子之間及熔化的PVC樹脂與加工設(shè)備金屬表面之間的摩擦力和黏附性,延遲PVC樹脂塑化的助劑。與內(nèi)潤滑劑相比其極性很小,因而與PVC的親和力也很小。外潤滑劑所起的潤滑作用與一般潤滑油的潤滑作用沒有太大的區(qū)別,以物理作用為主。在塑化前它均勻地包裹在PVC粒子表面,使粒子相互滑動(dòng),阻礙粒子鏈段相互擴(kuò)散、粘連,使粒子的特征消失減慢,延遲塑化。在PVC塑化以后它被排斥在PVC熔體表面,并形成液體潤滑薄膜,減小PVC熔體與加工設(shè)備金屬表面的黏附力及摩擦力,從而減少了局部過熱現(xiàn)象,提高了PVC的熱穩(wěn)定性。不同石蠟、PE蠟用量下PVC-U共混體系轉(zhuǎn)矩流變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)見表2、表3。通過表2、表3可知,隨著石蠟、PE蠟用量的增加,PVC共混體系的塑化扭矩逐漸降低,說明PVC-U共混體系的流動(dòng)性能越來越好。但是石蠟、PE蠟與硬脂酸作用的機(jī)理不同,硬脂酸是通過降低PVC分子間作用力來降低塑化扭矩,而石蠟、PE蠟是通過減少PVC樹脂分子之間、PVC樹脂與加工設(shè)備之間的表面摩擦力來降低塑化扭矩的。外潤滑作用的加強(qiáng),可減少共混體系局部過熱的現(xiàn)象,所以延長了體系的熱穩(wěn)定時(shí)間。試驗(yàn)中塑化時(shí)間、熱穩(wěn)定時(shí)間都隨著石蠟、PE蠟用量的增加而增加,這與理論中外潤滑劑延長了塑化時(shí)間,提高樹脂的熱穩(wěn)定性的理論是相符的。但當(dāng)塑化時(shí)間超過100s,塑化扭矩低于24N·m時(shí),產(chǎn)品表面則會(huì)有油滑的感覺,顯示出外潤滑劑過量。在采用轉(zhuǎn)矩流變儀對(duì)共混體系潤滑平衡進(jìn)行評(píng)價(jià)的過程中,塑化扭矩、塑化時(shí)間和熱穩(wěn)定時(shí)間是最重要的試驗(yàn)參數(shù)。當(dāng)共混體系的外潤滑劑不足時(shí),塑化扭矩較高,塑化時(shí)間較短,熱穩(wěn)定時(shí)間較短;外潤滑劑過量時(shí),塑化扭矩較低(轉(zhuǎn)子出現(xiàn)打滑現(xiàn)象),塑化時(shí)間較長。2.3不同潤滑用量對(duì)pvc-u共混體系塑化時(shí)間和熱穩(wěn)定時(shí)間的影響不同潤滑劑用量對(duì)PVC-U共混體系塑化扭矩的影響見圖1。從圖1中可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)石蠟和PE蠟用量小于0.4份時(shí),對(duì)PVC-U共混體系塑化扭矩的影響是交替變化的。在同等條件下,3種潤滑劑降低塑化扭矩的能力為:PE蠟>石蠟>硬脂酸。筆者認(rèn)為,在當(dāng)前的共混體系中加入任何一種潤滑劑,都會(huì)與共混體系中的稀土穩(wěn)定劑、CPE、ACR等共同產(chǎn)生作用,進(jìn)而構(gòu)成一個(gè)潤滑平衡體系。不同潤滑劑用量對(duì)PVC-U共混體系塑化時(shí)間的影響見圖2。PVC-U共混體系塑化時(shí)間的影響從圖2中可以看到,3種潤滑劑延長PVC樹脂塑化時(shí)間的能力為:PE蠟>石蠟>硬脂酸。從外潤滑劑來看,PE蠟在整個(gè)體系中是作為中后期潤滑劑使用的,而石蠟是作為前期潤滑劑使用的,各自的性能決定了它們配合使用時(shí)效果最佳。而硬脂酸作為內(nèi)潤滑劑,用量小于0.5份時(shí),可促進(jìn)體系的塑化;但超過0.5份,就會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化,充當(dāng)外潤滑劑的角色。不同潤滑劑用量對(duì)PVC-U共混體系熱穩(wěn)定時(shí)間的影響見圖3。從圖3中可以看到,硬脂酸的用量超過0.2份時(shí),能顯著延長共混體系的熱穩(wěn)定時(shí)間;石蠟用量只有超過0.7份后才會(huì)對(duì)共混體系的熱穩(wěn)定時(shí)間產(chǎn)生較大的影響;PE蠟對(duì)整個(gè)共混體系的熱穩(wěn)定性影響是緩慢升高的。三者對(duì)共混體系熱穩(wěn)定時(shí)間的影響能力為:硬脂酸>PE蠟>石蠟。3配方中不同石蠟和pe蠟用量的確定在PVC共混體系中,要想調(diào)節(jié)好潤滑平衡,應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同潤滑劑的特