PVC/PVA复合膜材料的制备及其性能研究

2021-08-23王艺璇洪新球翟明宇屈锋云刘硕田润喆

西部皮革 2021年15期

王艺璇，洪新球，翟明宇，屈锋云，刘硕，田润喆

（嘉兴学院材料与纺织工程学院，浙江嘉兴 314001）

引言

聚氯乙烯（PVC）是目前应用最广泛的塑料材料之一，它价格便宜，性能优良。被广泛应用到建筑材料、日用品、人造革等领域[1]。人造革是一种外观、手感似皮革并可代替其使用的塑料制品。通常以织物为底基，涂覆合成树脂及各种塑料制作而成。以PVC 为涂饰层的人造革，俗称PVC 人造革，具有外观鲜艳、耐磨、耐酸碱等优良性能[2]。但由于PVC 的亲水性较差，所以PVC 人造革的缺点是透气性和吸湿性较差，从而影响其使用。同时，PVC 树脂的耐热稳定性较差，温度超过100 ℃就会有氯化氢放出[3]。因此，在PVC 制品中要加入稳定剂，以增强PVC 树脂的结构稳定性。

聚乙烯醇（PVA）是可以完全生物降解的合成高分子材料，其分子内含有较多的羟基，具有较好的亲水性，而且其熔融温度在220 ℃以上，具有较好的耐热稳定性[4-6]。因此，为了改善PVC 的亲水性和耐热稳定性，本文选用PVA 对PVC 进行共混改性，并考察PVA 用量对PVC/PVA 复合膜材料性能的影响。

1 试验部分

1.1 试验材料与设备

1.1.1 主要试剂

聚氯乙烯（PVC），工业品，河南联创化工有限公司；

聚乙烯醇（PVA），工业品，中国石化重庆川维化工有限公司；

N,N-二甲基乙酰胺（DMAC），二甲亚砜（DMSO），分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.1.2 主要仪器

S-212-90 恒速搅拌器、W-O 升降恒温油水浴锅，上海申顺生物科技有限公司；

JY-82 接触角测量仪，承德鼎盛公司；

TGA-55 热失重仪，美国TA 公司；

WDL-6000N 拉力试验机，高铁检测仪器有限公司。

1.2 PVC/PVA 复合膜材料的制备

将PVC 和PVA 分别溶解在DMAC 和DMSO 中，然后根据不同的质量比，将溶解好的PVC 溶液与PVA 溶液进行共混，在75℃下搅拌、共混2h。最后将PVC/PVA 共混溶液转移到聚四氟乙烯表面皿中，在55 ℃的烘箱中干燥成膜。

本文制备了纯PVC 薄膜和3 种不同质量比的复合膜材料，其中，复合膜材料中PVA 的质量分数分别为10%、20%和30%，根据PVA 在膜材料中的质量比，将这些膜材料分别以PVC/PVA-0、PVC/PVA-10、PVC/PVA-20 和PVC/PVA-30 表示。

1.3 测试与表征

1.3.1 接触角测试

采用光学视频接触角仪对PVC/PVA 复合膜材料进行静态接触角测试。滴水量为0.2 μL。

1.3.2 TGA 测试

用TGA-55 热失重仪对复合膜材料进行热失重测试。以氮气为保护气，气体流速为60 mL/min，以10 ℃/min 的升温速率从室温升到600 ℃。

1.3.3 物理机械性能测试

将PVC/PVA 复合膜材料剪成90 mm×30 mm 的形状，参照QB/T 2710-2018 中皮革抗张强度和伸长率的测定方法，用WDL-6000N 拉力试验机测定其物理力学性能。拉伸速率为（100±20）mm/min。

2 结果与讨论

2.1 PVA 用量对复合膜材料接触角的影响

用静态接触角的大小来表征PVC/PVA 复合膜材料的亲水性能。静态接触角越小，说明膜材料的亲水性能越好。PVC/PVA 复合膜材料的静态接触角结果如图1 所示。由图1 可知，这些复合膜材料的接触角在37.2～58.6°之间。其中，纯PVC 薄膜的接触角最大，为58.6°，说明纯PVC 薄膜的亲水性最差。随着PVA 的加入，PVC/PVA 复合膜材料的接触角逐渐减小。当PVA 的用量达到30%时，PVC/PVA-30 复合薄膜的接触角最小，为37.2°。说明PVA 的加入，增加了复合膜材料的亲水性，复合膜材料的接触角变小。

图1 PVC/PVA 复合膜材料的接触角

2.2 PVA 用量对复合膜材料耐热稳定性的影响

用TGA 对PVC/PVA 复合膜材料进行热失重分析，可以表征它们的耐热稳定性能。图2 和图3 分别是PVC/PVA 复合膜材料的TGA 和DTG曲线。通过TGA 和DTG 曲线可以得到起始热分解温度和最大失重速率时的温度等数据，本文以失重质量达到5.0%时的温度作为起始热分解温度，以最大热分解温度表示最大失重速率时的温度。由图2 可以看出，纯PVC 薄膜的起始热分解温度为78.5 ℃，随着PVA 用量的增加，复合膜材料的起始热分解温度逐渐增大，其中PVA 的用量为30%时，PVC/PVA-30 复合膜材料的起始热分解温度最大，为134.8 ℃。另外，由图3 可以看出，纯PVC 薄膜的最大热分解温度为260.2℃，随着PVA 用量的增加，复合膜材料的最大热分解温度逐渐增大，其中PVA 的用量为30%时，复合膜材料的最大热分解温度最高，为285.6 ℃。说明PVA 的加入，有利于提高PVC/PVA 复合膜材料的耐热稳定性。

图2 PVC/PVA 复合膜材料的TGA 曲线

图3 PVC/PVA 复合膜材料的DTG 曲线

2.3 PVA 用量对复合膜材料抗张强度的影响

PVC/PVA 复合膜材料的抗张强度和断裂伸长率如图4 所示。由图4可以看出，随着PVA 用量的增加，复合膜材料的抗张强度和断裂伸长率均先增大后减小。其中，PVA 的用量为10%时，PVC/PVA-10 复合膜材料的抗张强度和断裂伸长率均最大，分别为7.5 MPa 和5.8%。说明PVC/PVA-10 复合膜材料的韧性和弹性最好。继续增加PVA 的用量，PVC 和PVA 两种聚合物之间的相容性变差，复合膜材料的力学性能也随之变差。由此可知，PVA 可以改善PVC/PVA 复合膜材料的力学性能，且PVA 的用量为10%时，复合膜材料的力学性能最好。