环境友好型增塑剂增塑PVC体系的性能测试与分析

周玲玲，汪蓓蓓，肖陆飞



环境友好型增塑剂增塑PVC体系的性能测试与分析

*周玲玲，汪蓓蓓，肖陆飞

（滁州职业技术学院食品与环境工程系，安徽，滁州 239000）

以传统增塑剂邻苯二甲酸二辛酯（DOP）为参比对象，研究了对苯二甲酸二辛酯（DOTP）、环己烷1，2-二羧酸二异壬酯（DINCH）、聚酯3种环境友好型增塑剂增塑PVC体系的效果，对其力学性能、低温性能、稳定性能与光学性能等做了全面对比与分析。结果表明：在力学性能上，DOTP增塑PVC的效果最佳；在低温性能上，DINCH增塑PVC的效果最佳；在稳定性能上，聚酯增塑PVC的效果最佳；在光学性能上，DINCH增塑PVC的效果最佳。由此可见，针对不同使用领域，DOTP、DINCH和聚酯可取代统增塑剂DOP。

增塑剂；PVC；DOTP；DINCH；聚酯；性能

聚氯乙烯（PVC）作为最早实现工业化生产的热塑性塑料[1]，具有优异的阻燃性、良好的耐磨性、优良的抗化学腐蚀性、极佳的透明性与较强的电绝缘性等，因此被广泛应用于医疗器械、食品包装、家居日化与儿童玩具等诸多领域[2]。但由于纯PVC的玻璃化温度较高，常温下呈刚性状态等缺陷的存在[3]，导致其无法单独加工使用，因此，在工业生产中，通常需要加入各种助剂，如增塑剂[4]、稳定剂与润滑剂等，从而达到改善PVC的性能，扩大其应用领域的目的。然而，在PVC的诸多助剂中，以增塑剂的用量为最大。

传统的PVC增塑剂主要是邻苯二甲酸酯类[5]，如邻苯二甲酸二辛酯（DOP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）等，其增塑效果较好，便于加工生产与应用，但同时由于其对人类的健康存在着较大的潜在威胁，目前已在很多国家受到严格的使用限制。因此，开发环保无毒型增塑剂迫在眉睫。近年来，被广泛研究与使用的环保无毒型增塑剂主要有对苯二甲酸酯[3]（如对苯二甲酸二辛酯（DOTP））、环氧类增塑剂[6]（如环氧大豆油）、环乙烷二羧酸酯类增塑剂[7]（如环己烷-1，2-二羧酸二异壬酯（DINCH））、聚酯类增塑剂[8]（如PET）与柠檬酸酯类增塑剂[9]（如ATBC）等。

1 实验部分

1.1 实验原料

PVC均一粉：S-70，宁波台塑化工有限公司；增塑剂：DOTP，江苏雷蒙化工科技有限公司；DINCH，德国巴斯夫化工（中国）公司；聚酯，东阳市翡朗特塑料助剂有限公司；稳定剂：钙锌稳定剂；助增塑剂：环氧大豆油。

1.2 实验设备

高速搅拌机：SHR-10A，张家港市亚太轻工机械制造有限公司；冷却混合机：SHL-10A，张家港市科仁机械有限公司；双辊开炼机：SK-160B，上海橡胶机械厂；平板硫化机：XH-406，东莞市锡华精密测试仪器公司；万能材料制样机：XY-6064，江都轩宇试验机械厂。

1.3 试样制备

按照表１中不同增塑剂增塑PVC的配方，称量适量的PVC均一粉、增塑剂、钙锌稳定剂、环氧大豆油，加入高速搅拌机中搅拌，达到预设温度100 ℃后，转移至冷却混合机中搅拌均匀、冷却，出料。随后，在双辊开炼机上塑炼，双辊温度设为160 ℃，辊间距由小到大，打数次三角包，混炼10 min，混炼均匀后出片并冷却。将混炼好的试样裁剪平整，称取合适的分量，放入预先预热过的模具中，在平板硫化机上热压5 min，热压温度设为180 ℃，压力设为10 MPa，期间放气3次，冷压5 min。取样，室温下静置24 h，待尺寸稳定后，用万能材料制样机裁样。

表1 不同增塑剂增塑PVC的配方

1.4 性能测试

（1）力学性能测试：测试仪器为电子万能试验机，UTM-1452，测量拉伸强度与断裂伸长率，拉伸速率为50 mm/min。

（2）低温性能测试：测试仪器为简支梁冲击试验机，ResilP/N6957.000，将样条放入液氮中浸泡5 min，取出后放置在简支梁冲击试验机上进行冲击测试，保证样条从取出到摆锤下落的时间间隔为10 s。

（3）稳定性能测试

挥发性测试：精确称取样条，将其放置于底部放置适量活性炭的金属容器中，保持样条不与活性炭接触，将容器放置在100 ℃的烘箱中，待24h后取出，称重，并计算其质量损失。

耐溶剂抽出性测试：精确称取一批样条，在25 ℃的环境体系下，分别放置于200 mL的水、乙醇与石油醚溶剂中，浸泡48 h后取出，放置在30 ℃的鼓风干燥箱中干燥48 h后取出，称重，并计算其质量损失。

（4）光学性能测试：测试仪器为透光率/雾度测定仪，WGT-S，测量样品5个不同位置的透光率与雾度，取其平均值。

2 结果与讨论

2.1 力学性能分析

图1、图2分别为不同增塑剂用量时增塑PVC体系的拉伸强度与断裂伸长率变化图。由图可见，随着增塑剂DOTP用量的增加，增塑PVC体系的拉伸强度由27.33 MPa降低到18.95 MPa，断裂伸长率由260.36%增加到315.45%；随着增塑剂DINCH用量的增加，增塑PVC体系的拉伸强度由26.45 MPa降低到19.22 MPa，断裂伸长率由239.89 %增加到296.83 %；随着增塑剂聚酯用量的增加，增塑PVC体系的拉伸强度由25.58 MPa降低到18.06 MPa，断裂伸长率由210.31%增加到277.12%。由此可见，随着增塑剂用量的增加，增塑PVC体系的拉伸强度逐渐降低，断裂伸长率逐渐增加，这可能是由于随着增塑剂的掺入，增塑剂分子进入到PVC分子链之间，增大了PVC分子链间的距离，使得PVC分子链之间原本存在的较大分子间作用力受到了削弱，增大了PVC分子链的移动性[10]，PVC分子的活动性增大，从而导致增塑PVC体系的强度降低，塑性增加。

图1 不同增塑剂用量时增塑PVC体系的拉伸强度变化图

图2 不同增塑剂用量时增塑PVC体系的断裂伸长率变化图

2.2 低温性能分析

图3为不同增塑剂用量时增塑PVC体系的低温冲击强度变化图。由图可见，随着增塑剂用量的增加，增塑PVC体系的低温冲击强度均呈现逐渐增大的趋势，这说明DOTP、DINCH与聚酯增塑剂均能够改善PVC的低温冲击性能，其中尤以DINCH增塑的PVC体系的低温冲击性能为最佳，其低温冲击强度由29.32 kJ/m2增大到42.25 kJ/m2。这可能是由于随着增塑剂的掺入，其溶剂化效应[11]逐渐发生作用的结果。

图3 不同增塑剂用量时增塑PVC体系的低温冲击强度变化图

2.3 稳定性能分析

图4为不同增塑剂用量时增塑PVC体系的挥发性变化图。由图可见，随着增塑剂用量的增加，DOTP增塑的PVC体系的质量损失最大，且基本呈逐渐增大趋势；DINCH增塑的PVC体系的质量损失较小，且基本维持在0.21%左右；聚酯增塑的PVC体系的质量损失最小，且基本维持在0.18%左右。由此可见，聚酯增塑剂增塑后的PVC体系的稳定性能最好，这主要是由于相对于DOTP与DINCH来说，聚酯增塑剂的挥发性最低[12]，其增塑后的PVC体系的稳定性能就最好。

图4 不同增塑剂用量时增塑PVC体系的挥发性变化图

图5为不同增塑剂用量时增塑PVC体系在不同溶剂中的耐溶剂抽出性变化图。对比图5(a)、图5 (b)与图5(c)可见，在水溶剂中，随着DOTP、DINCH与聚酯增塑剂用量的增加，增塑PVC体系的质量损失均基本保持不变，这3种增塑剂在水中的耐抽出性均为最好，基本不抽出，这主要是由于这3种增塑剂均具有一定的极性，为疏水性材料；在乙醇溶剂与石油醚溶剂中，随着增塑剂用量的增加，增塑PVC体系的质量损失均呈现逐渐增大的趋势，且石油醚溶剂中的质量损失明显大于乙醇溶剂，这可能是由于这3种极性不同的增塑剂均具有一定的亲油性，能够溶解于非水体系乙醇与石油醚中，但同时又由于其在乙醇与石油醚中的亲油性不同，从而导致其在不同溶剂中的质量损失亦不同。由图5(a)、图5 (b)与图5(c)可见，增塑剂用量为50 phr时，DOTP、DINCH与聚酯增塑的PVC体系在乙醇溶剂中的质量损失分别为10.02%、6.47%与0.15%，在石油醚溶剂中的质量损失分别为19.98%、17.32%与0.48%。由此可见，聚酯增塑剂增塑后的PVC体系的耐溶剂抽出性明显优于DOTP与DINCH，其增塑后的PVC体系的稳定性能最好。

图5 不同增塑剂用量时增塑PVC体系的耐溶剂抽出性变化图

2.4 光学性能分析

图6为不同增塑剂用量时增塑PVC体系的光学性能变化图。对比图6(a)、图6(b)与图6(c)可见，随着DOTP、DINCH与聚酯增塑剂用量的增加，增塑PVC体系的透光率基本呈增大趋势，雾度基本呈降低趋势，但变化趋势均较小，基本保持不变。DOTP增塑的PVC体系的透光率基本保持在84%左右，雾度基本保持在16%左右；DINCH增塑的PVC体系的透光率基本保持在86%左右，雾度基本保持在14%左右；聚酯增塑的PVC体系的透光率基本保持在81%左右，雾度基本保持在20%左右。由此可见，DINCH增塑剂增塑后的PVC体系的透光率最大、雾度最小，其光学性能最好。

图6 不同增塑剂用量时增塑PVC体系的光学性能变化图

3 结论

（1）在力学性能上，DOTP增塑PVC的效果最佳，增塑后的PVC体系的拉伸强度降低、断裂伸长率增加，其力学性能得到了提升；DINCH的效果次之；聚酯的效果最差。

（2）在低温性能上，DINCH增塑PVC的效果最佳，增塑后的PVC体系的低温冲击强度增大，明显改善了PVC的低温冲击性能；DOTP的效果次之；聚酯的效果最差。

（3）在稳定性能上，聚酯增塑PVC的效果最佳，增塑后的PVC体系的挥发性最低、耐溶剂抽出性最好，其稳定性能最佳；DINCH的效果次之；DOTP的效果最差。

（4）在光学性能上，DINCH增塑PVC的效果最佳，增塑后的PVC体系的透光率最大、雾度最小，其光学性能最佳；DOTP的效果次之；聚酯的效果最差。

综上，DOTP、DINCH和聚酯增塑剂增塑PVC体系的效果各异，可将其应用于不同领域，既能够满足环境友好的要求，又能够取代传统增塑剂DOP，达到相关使用要求。

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THE ANALYSIS OF PROPERTIES OF PVC PLASTICIZED WITH ENVIRONMENT-FRIENDLY PLASTICIZERS

*ZHOU Ling-ling, WANG Bei-bei, XIAO Lu-fei

(Department of Food and Environmental Engineering, Chuzhou Vocational And Technical College, Chuzhou 239000, China)

Compared with traditional plasticizer, i.e. dioctyl phthalate (DOP), the effects of three kinds of environment-friendly plasticizer, i.e. dioctyl terephthalate(DOTP), di(2-isononyl)-1,2-cyclohexane dicarboxylate (DINCH) and polyester on plasticized PVC were studied. Its mechanical properties, cryogenic properties, stability properties and optical properties were compared and analysed comprehensively. The results showed that the effect of DOTP plasticizing PVC is the best in the mechanical properties; the effect of DINCH plasticizing PVC is the best in the cryogenic properties; the effect of polyester plasticizing PVC is the best in the stability properties; the effect of DINCH plasticizing PVC is the best in the optical properties. Thus, DOP could be replaced with DOTP, DINCH and polyester to plasticize PVC in different applications.

plasticizer; PVC; DOTP; DINCH; polyester; properties

1674-8085(2018)03-0058-06

TQ325.3；TQ414

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2018.03.012

2017-08-08；

2018-01-05

省高校优秀青年人才支持计划重点项目（gxyqZD2016540）；安徽省级专业综合改革试点建设项目（2015zy099）；安徽省级专业教学团队建设项目（1498）；安徽省职业与成人教育学会教育科研规划课题（BCB15019）；安徽省高校自科重大研究项目（KJ2017ZD49）；安徽省高校自科重点研究项目（KJ2017A721）

*周玲玲(1980-)，女，安徽淮北人，副教授，硕士，主要从事功能材料研究(E-mail：zhoulingling2003@126.com);

汪蓓蓓(1983-)，女，安徽宿州人，讲师，主要从事高分子材料研究(E-mail:52172230@qq.com);

肖陆飞(1976-)，男，安徽来安人，教授，博士，主要从事应用化学、配位化学研究(E-mail:522022673@qq.com).