利用氯醋树脂改良CPVC的加工性能

解骢浩，杨彬，徐婷婷

(1.杭州电化集团有限公司，浙江 杭州 311228；2.中国石油大庆化工研究中心，黑龙江 大庆 163714)

CPVC是PVC树脂进一步氯化改性后制得的产品。PVC树脂经过氯化后，分子键的不规则性增加，极性增强，树脂的溶解性增大，从而使材料的耐热性，阻燃性，对酸、碱、盐、氧化剂等的耐腐蚀性提高[1]。随着国内技术的飞速发展，CPVC在中国的应用领域也不断扩大。但是，国内CPVC的生产、加工技术与国外相比仍明显滞后，树脂质量及加工性能与进口产品相比存在很大差距，一些高质量的管材、管件、型材等专用CPVC树脂或共混料仍需要进口[2]。在这种形势下，提高CPVC的加工性能以及降低其共混料的成本显得尤为重要。

氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚树脂(氯醋树脂)是世界上发展最早的氯乙烯共聚物之一，也是氯乙烯共聚树脂中最重要的一种[3]。目前在国内，氯醋树脂除了应用于颜料、涂料、印花油墨等，还有相当多的厂家将其应用在PVC分子结构的改性中。宋晓玲等[4]将氯醋树脂和PVC树脂共混，发现氯醋树脂具有内增塑作用，其与PVC树脂相容性好，可以有效改善PVC树脂的流动性和柔韧性。CPVC与PVC在理化性能方面存在很多共同点，同时氯醋树脂价格比CPVC树脂便宜，如果可以利用氯醋树脂来改善CPVC的加工性能，将对CPVC应用领域的扩展具有很大的意义。

1 试验部分

1.1 试验原料及仪器

试验用的氯醋树脂由日本信越公司生产，型号为SOLBIN CH和SOLBIN CN。SOLBIN CH的氯乙烯和醋酸乙烯酯质量比为(84.5∶15.5)～(87.5∶12.5)，SOLBIN CN的氯乙烯和醋酸乙烯酯质量比为(87.8∶12.2)～(90.2∶9.8)。

试验原料如表1所示，试验仪器如表2所示。

表1 试验原料Table 1 Raw materials for test

表2 试验仪器Table 2 Apparatus for test

1.2 制样

将CPVC树脂和助剂按配方掺混后，倒入混合机中，转速设定为200 r/min，混合15 min后放出共混料，冷却至室温。将双辊炼塑机加热到210 ℃，倒入共混料，待其完全塑化后放入平板硫化机中，在220 ℃、14.5 MPa的条件下塑形8 min，然后将塑形后的样板切割制成测试所需试样。

1.3 性能测试

拉伸强度及弹性模量：依照GB/T 8804.2—2003《热塑性塑料管材 拉伸性能测定 第2部分：硬聚氯乙烯(PVC-U)、氯化聚氯乙烯(PVC-C)和高抗冲聚氯乙烯(PVC-HI)管材》，用夹子将试样固定在多功能试验机上，在2 000 N的拉伸力下进行测试。

悬臂梁冲击强度：依照GB/T 1843—2008《塑料 悬臂梁冲击强度的测定》，将试样固定在悬臂梁冲击试验机上，将5 kg的摆锤置于水平，然后让其自然下落，记录试验结果。

维卡软化温度：依照GB/T 1633—2000《热塑性塑料维卡软化温度(VST) 的测定》，将试样放入维卡软化温度检测仪，设定加热速率为50 ℃/h，当顶针进入试样1 mm后，记录温度。

熔体流动速率：依照GB/T 3682—2000《热塑性塑料熔体质量流动速率和熔体体积流动速率的测定》，将共混料倒入205 ℃的熔体流动速率测定仪中，放上20 kg的砝码，待挤出物出现后记录试验结果。

流变性能：设置转矩流变仪温度为175 ℃，转子转速为50 r/min，待密炼机温度稳定后，将共混料从漏斗倒入密炼机中进行测试，当共混料变成焦料(此时扭矩会明显增加)时，试验结束。

2 结果与讨论

2.1 氯醋树脂含量对共混体系性能的影响

氯醋树脂含量对共混体系流变性能的影响见图1(图中4条曲线从上到下氯醋树脂的质量分数依次为0、2%、4%、8%)，对力学性能的影响见表3。试验配方：100份CPVC/氯醋树脂(SOLBIN CH)、1.5份加工型ACR、2份碳酸钙、1.5份石蜡、1.5份PE蜡、6份MBS冲击改性剂、2份甲基锡热稳定剂。

图1 氯醋树脂含量对共混体系流变性能的影响Fig.1 Effect of vinyl chloride-vinyl acetate copolymer content on rheological property of blend system表3 氯醋树脂含量对共混体系力学性能的影响Table 3 Effect of vinyl chloride-vinyl acetate copolymer content on mechanical property of blend system

氯醋树脂质量分数/%拉伸强度/MPa弹性模量/MPa悬臂梁冲击强度/(kJ/m2)维卡软化温度/℃质量流动速率(10 min)/g050.42 90727.2114.03.6249.53 17431.9113.74.9449.72 98733.7113.07.6849.12 90936.2110.79.6

从图1可以看出：随着氯醋树脂含量的不断增大，共混体系的平衡扭矩有所下降，塑化峰也更加不明显，热稳定性能也随之变差。当氯醋树脂质量分数增加到4%时，与未加氯醋树脂的试样相比，共混体系的平衡扭矩下降了2.3 N·m，热稳定时间缩短了2.5 min。

从表3可以看出：随着氯醋树脂含量的不断增大，共混体系的冲击性能和质量流动速率增加，维卡软化温度稍微下降。当氯醋树脂质量分数增加到4%时，与未加氯醋树脂的试样相比，共混体系的质量流动速率提高了4 g，冲击强度提高了6.5 kJ/m2，维卡软化温度仅降低了1 ℃。

这是因为氯醋树脂中的醋酸乙烯酯会破坏CPVC紧密的链堆积，从而导致共混体系的柔韧性和流动性增加，但醋酸乙烯酯本身易分解，因此会降低共混体系的热稳定性能[5]。综合考虑，选择氯醋树脂质量分数4%的共混体系为下一步的研究对象。

2.2 氯醋树脂中醋酸乙烯酯含量对共混体系性能的影响

张有谟[6]经研究发现，氯醋树脂中的醋酸乙烯酯含量对其增塑效果和柔韧性均有一定影响。当氯醋树脂质量分数为4%时，氯醋树脂中醋酸乙烯酯含量对共混体系流变性能的影响见图2，对力学性能的影响见表4。试验配方：100份CPVC/氯醋树脂、1.5份加工型ACR、2份碳酸钙、1.5份石蜡、1.5份PE蜡、6份MBS冲击改性剂、2份甲基锡热稳定剂。

图2 醋酸乙烯酯含量对共混体系流变性能的影响Fig.2 Effect of vinyl acetate content on rheological property of blend system表4 醋酸乙烯酯含量对共混体系力学性能的影响Table 4 Effect of vinyl acetate content on mechanical property of blend system

氯醋树脂型号拉伸强度/MPa弹性模量/MPa悬臂梁冲击强度/(kJ/m2)维卡软化温度/℃质量流动速率(10 min)/gSOLBIN CH49.72 98733.7113.07.6SOLBIN CN50.12 90130.5112.97.9

从图2可以看出：虽然氯醋树脂中醋酸乙烯酯含量不同，但共混体系的平衡扭矩和热稳定性能变化很小，2条流变曲线几乎重合。从表4也可以看出：除了冲击性能有较小的差距外，其余性能变化不大。综合考虑，笔者选择冲击性能更好的SOLBIN CH型氯醋树脂作为下一步研究对象。

2.3 冲击改性剂的用量对共混体系性能的影响

当SOLBIN CH型氯醋树脂质量分数为4%时，MBS冲击改性剂的用量对共混体系流变性能的影响见图3，对力学性能的影响见表5。试验配方：100份CPVC/氯醋树脂、1.5份加工型ACR、2份填料、1.5份石蜡、1.5份PE蜡、2份甲基锡热稳定剂。

图3 MBS冲击改性剂用量对共混体系流变性能的影响Fig.3 Effect of addition amount of MBS impact modifier on rheological property of blend system表5 MBS冲击改性剂用量对共混体系力学性能的影响Table 5 Effect of addition amount of MBS impact modifier on mechanical property of blend system

冲击改性剂用量/份拉伸强度/MPa弹性模量/MPa悬臂梁冲击强度/(kJ/m2)维卡软化温度/℃质量流动速率(10 min)/g6.049.72 98733.7113.07.65.551.33 29328.8113.07.85.051.93 60321.5112.97.9

从图3可以看出：随着MBS冲击改性剂用量的减少，共混体系的平衡扭矩降低，热稳定性能不变。这是由于降低MBS冲击改性剂的用量，会降低CPVC连续介质中橡胶粒子的分散度，减小体系的剪切力，从而降低了共混体系的熔融温度和扭矩[7]。从表5可以看出：随着冲击改性剂含量的降低，除了冲击性能降低较为明显，其他性能基本无变化。但与表1中的纯CPVC共混料(27.2 kJ/m2)相比，当冲击改性剂用量减少到5.5份时，共混体系的冲击性能仍然提高了1.6 kJ/m2。由于氯醋树脂的加入会大幅提高共混体系的冲击性能，因此可以适当减少MBS冲击改性剂的用量来提高其加工性能并降低成本。综合考虑，选择MBS冲击改性剂的用量为5.5份来进行下一步的研究。

2.4 碳酸钙用量对共混体系性能的影响

为了进一步降低成本，当SOLBIN CH型氯醋树脂质量为4%时，考察了碳酸钙用量对共混体系流变性能的影响，结果见图4，对力学性能的影响见表6。试验配方：100份CPVC/氯醋树脂、1.5份加工型ACR、5.5份MBS冲击改性剂、1.5份石蜡、1.5份PE蜡、2份甲基锡热稳定剂。

图4 碳酸钙用量对共混体系流变性能的影响Fig.4 Effect of addition amount of calcium carbonate on rheological property of blend system表6 碳酸钙用量对共混体系力学性能的影响Table 6 Effect of addition amount of calcium carbonate on mechanical property of blend system

碳酸钙用量/份拉伸强度/MPa弹性模量/MPa悬臂梁冲击强度/(kJ/m2)维卡软化温度/℃质量流动速率(10 min)/g251.33 29328.8113.07.8351.13 31627.0112.97.5

从图4、表6可以看出：碳酸钙用量从2份增加到3份，共混体系的各项性能均变化不大。因此，采用氯醋树脂来改性CPVC时，可以适当增加碳酸钙的用量来降低成本。

3 结论

(1)随着氯醋树脂含量的增加，共混体系的加工性能变好，热稳定性能变差，冲击性能大幅提高。

(2)氯醋树脂中醋酸乙烯酯含量对共混体系性能的影响不大，SOLBIN CH型氯醋树脂的冲击性能略好。

(3)氯醋树脂的加入提高了共混体系的冲击性能，因此冲击改性剂的用量可适当减少，碳酸钙的用量可适当增加。