冲击改性剂对PVC酒瓶底座材料性能的影响

2018-03-08袁雄

聚氯乙烯 2018年7期

袁雄

(宜宾天亿新材料科技有限公司，四川宜宾 644000)

四川及邻近的贵州是我国白酒生产大省，白酒生产企业众多。2017年,四川白酒产量约372万t，是我国白酒产量最高的省份，占全国白酒产量的31%[1]。如此大的产量给白酒包装材料带来了极大的需求，而塑料酒瓶底座和顶套包装占白酒包装材料的50%左右，具有广阔的市场发展前景。目前，酒瓶底座基本采用ABS材料，而ABS价格远高于PVC，因此PVC酒瓶底座具有巨大的市场机会。

PVC具有良好的力学性能，优良的阻燃性、耐化学腐蚀性、耐磨性、绝缘性等性能[2]，且价格低廉、原料来源丰富, 因此应用广泛。但PVC也存在热稳定性差、韧性差、加工性能差等缺点[3]。要用PVC替代ABS用于酒瓶底座，就必须对PVC材料进行增韧改性处理。PVC材料的改性主要为物理共混改性和化学改性。相对于化学改性来说，物理共混改性(如加入MBS、CPE、ACR等)的成本较低，操作简单，加工方便，比较适合工业化生产，所以笔者通过物理共混改性来开发PVC酒瓶底座。

1 PVC增韧机制[4-5]

要对PVC树脂进行增韧改性，首先应掌握其机制。经过多年的研究，人们对PVC增韧改性机制的认识已逐渐走向成熟。目前，较为认同的理论是由Bucknall等提出的银纹-剪切带理论，该理论主要内容如下。

(1)由于冲击改性剂微粒的杨氏模量与PVC树脂相差较大(仅为树脂的0.1%)，因此冲击改性剂在材料中充当了应力集中点。当材料受力时，作用力就会集中到两相界面，围绕改性剂微粒的赤道面上应力被放大，随离开微粒距离的增加，被放大后的应力迅速减少到原来的应力水平。应力集中使冲击改性剂赤道面上诱发大量银纹，并诱发剪切带，从而吸收和消耗了大量能量。

(2)由于冲击改性剂能控制银纹的发展，防止银纹发展成破坏性的裂纹，因而提高了材料的冲击强度。

(3)冲击改性剂的“空穴”作用在引发剪切屈服方面起着十分重要的作用。冲击改性剂内部自由表面的形成在一定程度上缓解了聚合物的剪切屈服。

总之，根据银纹-剪切带理论，冲击改性剂微粒降低了总的银纹引发应力，并利用微粒变形和剪切带阻止银纹伸长。对于PVC材料来说，在冲击改性剂用量相同的前提下，冲击改性剂的粒径较小，则材料中冲击改性剂的有效体积分数越高，各位置拉截和分散应力的能力越强。

用于PVC的冲击改性剂主要分为2大类：相容分散型，如CPE、EVA；粒子分散型，如MBS、ACR等。相容分散型冲击改性剂主要存在以下特点：①由于相容分散型冲击改性剂与PVC在加工温度下相容，会引起成型制品冲击强度和热变形温度的下降；②相容分散型冲击改性剂与PVC树脂的折射率不同，会降低产品的透明度；③在不同的加工条件下，由于相容分散型冲击改性剂的分散状态不同，要达到较好的增韧效果，加工条件范围会变窄。而粒子分散型冲击改性剂中与PVC相容性较好的组分接枝聚合于橡胶粒子外层，因此其加工条件范围更宽，增韧效果更明显。综上所述，笔者选取粒子分散型冲击改性剂MBS和ACR对PVC材料进行物理共混改性。

2 试验部分

2.1 试验原料

PVC-SG8，宜宾天原集团股份有限公司；加工ACR，NSR401，山东瑞丰高分子材料股份有限公司；抗冲ACR，LS-61，山东瑞丰高分子材料股份有限公司；MBS，B564，日本钟渊化学株式会社；硬脂酸，SA-1840，丰益油脂科技有限公司；纳米碳酸钙，SPSL-1，江西华明纳米碳酸钙有限公司；铅盐热稳定剂，TK238，重庆太岳科技有限公司。

2.2 主要试验设备

电子拉力试验机，LWK-250，广州试验仪器有限公司；冲击试验机，CBL-11J，长春第二试验机有限公司；电子万能试验机，WD-E，广州市广材试验仪器有限公司；冲击试验机，CBL-11J ，长春第二试验机有限公司；开放式炼塑机，KY-3203W-160，东莞市厚街开研机械设备厂；平板硫化机，KY-3201B，东莞市厚街开研机械设备厂。

2.3 试样制备

2.3.1 试验配方

PVC树脂，100份；加工ACR，0.5份；铅盐热稳定剂，4份；硬脂酸，0.8份；纳米碳酸钙，10份；PE蜡，0.5份。

2.3.2 制样流程

制样流程见图1。

图1 制样流程Fig.1 Process flow of specimen preparation

2.4 性能测试

冲击强度按照GB/T 1043.1—2008《塑料简支梁冲击性能的测定第1部分：非仪器冲击试验》检测，冲击速度为3.8 m/s，冲击能量为7.5 J，摆锤预扬角为150°。

断裂伸长率按照GB/T 1040.1—2006《塑料拉伸性能的测定第1部分：总则》，测试温度为23 ℃，拉伸速度为5 mm/min。

2.5 试验目标

市售ABS酒瓶底座材料的冲击强度为10.5 kJ/m2，断裂伸长率为21%，因此笔者将其作为PVC酒瓶底座材料的性能指标。

3 结果与讨论

3.1 单独添加抗冲ACR

单独添加抗冲ACR时，其用量对PVC酒瓶底座材料性能的影响见表1、图2和图3。由图2和图3可知：PVC酒瓶底座材料的冲击强度随着ACR用量的增加呈先上升后降低的趋势；当添加12份抗冲ACR时，PVC酒瓶底座材料的冲击强度达到最大值(9 kJ/m2)；随着ACR用量的增加，PVC酒瓶底座材料的断裂伸长率逐渐提高。

表1 抗冲ACR用量对PVC酒瓶底座材料性能的影响

图3 抗冲ACR用量对PVC酒瓶底座材料断裂伸长率的影响Fig.3 Effect of addition amount of impact ACR on elongation at break of PVC materials for wine bottle bases

3.2 单独使用MBS

单独添加MBS时，其用量对PVC酒瓶底座材料性能的影响见表2、图4和图5。由图4和图5可知：随着MBS用量的逐渐增加，PVC酒瓶底座材料的冲击强度呈先上升后降低的趋势；当添加17份MBS时，PVC酒瓶底座材料的冲击强度达到最大(10 kJ/m2)；随着MBS用量的增加，PVC酒瓶底座材料的断裂伸长率呈先提高后降低的趋势[4]。

表2 MBS用量对PVC酒瓶底座材料性能的影响

图5 MBS用量对PVC酒瓶底座材料断裂伸长率的影响Fig.5 Effect of addition amount of MBS on elongation at break of PVC materials for wine bottle bases

3.3 复合使用抗冲ACR和MBS

复合使用抗冲ACR和MBS时，控制冲击改性剂总用量为12份，其配比对PVC酒瓶底座材料性能的影响见表3、图6和图7。由图6和图7可知：随着抗冲ACR比例的增大，PVC酒瓶底座材料的冲击强度和断裂伸长率均呈现先上升后下降的趋势；当抗冲ACR、MBS用量均为6份时，PVC酒瓶底座材料的冲击强度和断裂伸长率均达到最大，分别为11 kJ/m2和24%。