增塑剂对PVC塑料材料性能的影响分析

张焱

摘 要：本文的研究分别利用两种增效剂，对聚氯乙烯实施改性试验，借助热压成型技术对塑料实施制备，对两种增塑剂数量添加对塑料材料力学能力和热学能力影响程度进行分析，同时借助光学显微镜观察断面状况，分别对两种增塑剂抽出率和迁出率进行测定。添入两种增塑剂，都可以有效降低了塑料材料的玻璃化温度和粘性，完全改善了加工和耐低温的性能;但导热系数都表现为先大后小的趋势。两种增塑剂为DOP增塑剂和Poly聚己二酸丙二醇酯增塑剂。本文将分析该两种增塑剂对PVC塑料复合材料性能的影响。

关键词：增塑剂;PVC材料;性能影响;分析

0 引言

半硬质PVC塑料材料家族中的重要部分，该产品采用热塑性塑料与增塑剂进行混合，然后经过压延制作手段产出的薄膜。本研究对PVC塑料复合材料进行改性，分别加入两种增塑剂，研究Poly和DOP数量的添加影响复合材料热学性能和力学性能的程度，并深入研究DOP和Poly的作用机理，以对两种增塑剂在材料中的迁移抽出率实施测定。本文将从以下几个方面研究。

1 增塑剂使用剂量影响PVC塑料力学性能的程度

试验证明，加入少量的增塑剂并不能提升PVC的抗冲击强度，反而下降的趋势明显，如果Poly的剂量达到3PHR或者DOP使用数量为2PHR的时候，表现出最小的数值，比较未曾添加增塑剂前缩减16%和15.8%;另外，塑料的弯曲程度有所增加，相比没有添加增塑剂的时候分别增加10.2%和8.3%（见图1（b））。使用剂量加大后，PVC塑料的弯曲度显现持续下降，抗冲击强度却在升高，韧性有所改善。

不同的增塑剂含量，会显现对PVC各尽不同的增强机理。在相对低的增塑剂使用状态下，会发生反增塑现象，让PVC的抗冲击强度明显增加，却增大了弯曲的强度，其形成的原体现在两个层面。

第一，添加增塑剂可以显著减小PVC分子间作用力，大大增强分子链的运动性，让胶料的流动性最佳，大大提升了增塑剂的包覆率，显著改善了两者结合界面，对裂纹缺陷和材料内部空隙进行有效弥补。不过，也有研究显示，塑料材料的结构空隙以及裂纹便于吸纳冲击波，减低其脆弱性，大大降低PVC的抗冲击强度。也有另外的研究表明，在增塑剂很低含量的状态下，PVC的分子链在运动中进行有序地结晶，从而降低批韧性，增大弯曲强度，降低了冲击强度;而增塑剂加大添入量，就会逐渐溶解微晶结构，PVC的弯曲强度减小，却增大了冲击的强度。而且，增塑劑低分子量却促成更高的增效率，大大地影响到PVC分子链的运动，过早出现微晶现象。增塑剂的含量逐渐加大，却在减小着PVC分子间作用力，提升了PVC基体的韧性，却降低了内结合的强度，导致PVC基体内部受到外部的破坏，而不是结构空隙或者裂纹的缺陷，从而会发生抗击强度增大却导致弯曲强度的下降。

第二，详见图1（a），在大剂量添加增塑剂的情况下，如果数量同等，DOP改性基PVC材料要远远高于Poly抗冲击的改性效果，这是基于DOP比较小的分子量，添加入BPC后不仅能让分子间的作用力减小，其润滑作用也很明显，对分子间的缠结现象有所改善，促进分子链运动，所以DOP的增塑效果稍微比Poly好。

2 增塑剂使用剂量影响塑料材料热学性能的程度

2.1 增塑剂用量对塑料导热系数的影响

塑料材料导热能力的度量均是通过导热系统来体现，对塑料材料的实用性进行指导。从上面的介绍不难看出，增塑剂的有效添加会对材料内部两者结合的状态有所改变。详见图2两种增塑剂添加量对塑料导热系数的影响程度曲线。从图中不难看出，随着增塑剂含量的增加，塑料导热系统都表现为先期增大后期减小的状况，最大的情况是上面两种材料有效添加后，表现热传导的形式是塑料材料结构的能量传输过程，不是直接地从一端传输到另一端。也体现不理想的塑料的电绝缘性，不体现内部自由电子的存在，由此内部热导呈现晶格振动的结果，其热能载体为声子。而没有添加增塑剂的PVC材料中，导热系数仅为0.023～0.030W/m·K，成为阻碍导热系数的关键原因，而增塑剂合理添加后，明显增加PVC分子运动性，对材料内部界面结合明显改善，空隙率有所降低，导热系数显著增大;增塑剂继续增加以后，进一步增强了PVC分子链运动性，也增大了无规则缠绕程度，结晶显著降低，从而产生基于分子链震动的散射作用，让导热系数也降低。同时，如图示，最先达到峰值的是DOP改性的PVC材料是导热系数，完成相同的剂量后，Poly的改性要高于导热系统。

2.2 影响BPC玻璃化转变温度的增塑剂数量情况

在非晶态聚合物中玻璃化转变温度是的一个重要物性质，而对玻璃化温度产生影响的是分子链运动性的改变。灵敏度极其高的动态机械分析仪，可以精准地测量到微弱的二次松弛过程，尤其是测定高交联、高结晶的复合材料，更适合进行测定填充材料的玻璃化温度转变。在玻璃化转变区域DMA曲线会形成损耗因子高峰。分别添加两种增塑剂后，会显现两种情况：第一是BPC、tanδ峰所对应的温度显著降低;第二是tanδ在Tg附近所对应的改善效率比Poly稍高。实现分子链段运动的措施是主链的单键内旋转，所以，影响分子柔韧性的因素要也会影响到玻璃化温度，首先，位垒效应带来的内旋运动可以借助PVC分子链得以有效克服，在逐渐降低温度的同时，温度附近的粘度也有所降低。

3 不同的增塑剂在BPC中的迁出率及抽出率

在使用PVC制品中，经常发生增塑剂向外面迁移和抽出的状况时常发生在PVC制品的使用中，基于不同的增塑剂种类，显现出抗迁移和抽出能力的差异性。在增塑剂用量相同的情况下，Poly改性基复合材料的迁出率和抽出率要远远低于DOP，抽出性和耐迁性表现良好。其中关键因素是基于DOP显著低于Poly的相对分子质量，与PVC分子链间发生显著的作用力，由此，Poly完全具备优良的抗迁出性和抽出性比。同时，增塑剂的数量增加，也会拉动抽出率和迁出率的上升。

4 结束语

上面的两种增塑剂少量添加会出现反增塑现象，使VPC的弯曲强度分别增加10.4%和7.9%，却让材料的韧性降低;但对增塑剂加量则显著提升BPC的韧性，却表现结合的强度降低。DOP和Poly的加入有效提升了PVC表面的包覆率，让界面结合大大改善，更最大限度弥补了BPC内部空隙以及裂纹的缺陷，促进了BPC的紧密度，但相同的剂量添入，DOP对复合材料的增效率要高于Poly。两种增塑剂的加入，都有效降低了BPC的Tg的粘度，大大改善了耐低温性以及加工性能，导热系数呈现先大后小的态势。相同的两种增效剂数量，迁出率和抽出率Poly显著低于DOP。

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