DEHCH与DINCH环保增塑剂增塑性能对比

李菲 高凤朝 李利娜 蒋飞远 王国锋 丁雪佳

1 河南驼人医疗器械集团有限公司 （河南 新乡 453400）2 河南省医用高分子材料技术与应用重点实验室 （河南 新乡 453400）3 北京化工大学 （北京 100029）

内容提要：目的：通过环己烷-1,2-二甲酸二异辛酯（DEHCH）与环己烷-1,2-二甲酸二异壬酯（DINCH）增塑聚氯乙烯性能的对比，验证DEHCH的增塑效果。方法：用环己烷二甲酸酯类增塑聚氯乙烯粒料，采用高低温拉力机和差示扫描分析仪测试。结果：DEHCH增塑聚氯乙烯的拉伸强度大于DINCH增塑聚氯乙烯，且DEHCH增塑聚氯乙烯的玻璃化温度低于DINCH增塑聚氯乙烯。结论：DEHCH增塑效率优于DINCH，且DEHCH增塑PVC低温下拉伸性能良好。

聚氯乙烯（PVC）因其生物惰性、良好的强度和便宜的价格占据了40%的医疗器械市场份额，成为了医用领域的首选材料。但纯的PVC树脂的玻璃化转变温度（Tg）为93.5°C，在常温下不够柔软，限制了其在医疗器械领域的应用[1]。在实际应用中，常见的方法是向PVC树脂中加入增塑剂，增塑剂能够降低PVC树脂的玻璃化转变温度、熔点或软化温度，增加PVC材料的柔韧性、可加工性或膨胀性，从而改善加工性能[2]。

随着邻苯二甲酸酯类增塑剂的禁止使用，环己烷羧酸酯类作为邻苯二甲酸酯类的加氢产物，结构相似，其研究与应用成为热点。德国巴斯夫生产的环己烷-1,2-二甲酸二异壬酯（DINCH）在欧洲经过严谨的毒理测试，通过了各项欧盟认证，其优良的毒理性能使之成为替代邻苯二甲酸酯类增塑剂的首选。环己烷-1,2-二甲酸二异辛酯（DEHCH）在分子结构上与DINCH相似，通过测试二者增塑PVC的玻璃化温度和不同温度下的拉伸性能，对比二者增塑PVC的增塑性能，具有实际的应用价值。

1.材料与方法

1.1 一般材料

原料：DINCH，优级纯，德国巴斯夫公司；DEHCH，自制；PVC树脂粉，S-70，宁波台塑；钙锌稳定剂，STA-501T，东莞三盛实业有限公司。

仪器：高速混合机，SHR-10L，张家港丰华机械有限公司；双滚筒开炼机，GH-303A，东莞市正工机电设备科技有限公司；电动加硫成型机，XH-406B，东莞锡华检测仪器有限公司；高低温拉力机，GT-7001，高特威尔检测仪器（青岛）有限公司；差示扫描分析仪（DSC），DSC 25，美国TA仪器公司。

PVC试样制备：分别将PVC树脂粉与增塑剂（DEHCH、DINCH）及钙锌稳定剂以质量比100:45:1.8的比例加入高混机中，充分混合均匀[3]。在温度为（160±3）°C的双滚筒开炼机炼塑5～8min，再选用厚度为1mm的模具，在温度为160～165°C的电动加硫成型机中压料，从预热升温、加压约10～15min，再在压力下通冷却水、出模。试样应透明，表面应平整、光洁。

1.2 方法

拉伸性能测试试样制备：取哑铃型试样，裁取同样大小试样3片，样品恒温保持16h，相对湿度45%～55%，环境温度为（23±2）°C。

常温拉伸性能测试按《GB/T 1040.3-2006塑料 拉伸性能的测定 第3部分：薄塑和薄片的试验条件》的规定进行。试验速度为50mm/min，进行常温拉伸性能测试，取平均值。

低温拉伸性能测试按《GB/T 9979-2005纤维增强塑料高低温力学性能 试验准则》的规定进行。对温度的控制是通过GT-7001高低温拉力机配带的恒温箱所实现。分别将测试温度设定为10°C、0°C、-10°C和-20°C。当达到设定温度时，恒温5min后可以开始测试，试验速度为50mm/min，进行低温拉伸性能测试，取平均值。

DSC测试PVC试样玻璃化转变温度（Tg），N2气氛，流速为50mL/min，从40°C以10°C/min的速率升温到150°C，恒温3min，再迅速以从60°C/min的速率降至-70°C，恒温3min，然后以10°C/min的速率升温到150°C，记录变化曲线。

2.结果

2.1 拉伸性能测试

拉伸试验又称抗拉试验，指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法，主要用于研究试样的拉伸性能及在不同测试条件下测试拉伸强度、拉伸模量等数据。拉伸强度是在拉伸试验的过程中，试样所承受的最大拉伸应力。

相同的PVC配方，5个不同的测试温度（常温、10°C、0°C、-10°C和-20°C），DEHCH与DINCH增塑的PVC试样拉伸性能做对比，结果如图1所示，DEHCH增塑PVC和DINCH增塑PVC的拉伸强度都随着温度的降低而有升高的趋势。通过对比，发现DEHCH增塑PVC的拉伸强度比DINCH增塑PVC具有明显优势，特别在-20°C的低温条件下，二者的拉伸强度相差11.1%（差值为4.1MPa）。

图1.不同增塑体系PVC 的拉伸强度与温度关系

2.2 Tg测试

根据自由体积理论，PVC树脂与增塑剂都有自由体积。但是由于PVC树脂的分子量大，其分子运动的空间阻碍较大，而增塑剂分子量较小，有较大的自由体积，使得PVC分子链段可以渗入增塑剂中，PVC分子链可以自由地运动，从而降低PVC的玻璃化转变温度（Tg）。不同的增塑剂由于分子结构和分子量的不同，对PVC的Tg降低的程度也有不同。而PVC材料的Tg是衡量增塑剂增塑效率的重要指标[4,5]。

在PVC配方中分别添加环己烷羧酸酯类增塑剂DEHCH、DINCH，使得PVC试样的Tg由原来的93.5°C，分别降低为-8.71°C和-7.62°C。对于PVC材料来说，Tg越低说明该材料的加工温度越低，是扩展其应用的非常重要的指标之一。

3.讨论

通过在相同配方和测试条件下的拉伸性能对比，可以看出DEHCH增塑PVC试样的拉伸强度大于DINCH增塑PVC试样的拉伸强度，而且DEHCH增塑PVC的玻璃化温度低于DINCH增塑PVC试样的玻璃化温度。从拉伸性能和玻璃化温度的对比来看，DEHCH增塑效率优于DINCH增速效率，且DEHCH增塑PVC在低温下拉伸性能良好。