ADX-600丙烯酸抗冲改性剂、CPE和MBS在PVC体系中的对比研究

摘要:本公司产品ADX-600是一种经乳液聚合制得的核-壳型丙烯酸抗冲改性树脂(AIM),可作为PVC的抗冲改性剂使用,本文通过ADX-600抗冲改性剂与不同PVC抗冲改性剂各项性能对比得出:ADX-600抗冲改性剂可代替CPE、MBS使用,所得PVC制品具有优异的力学性能、加工性能且性价比更高。
关键词:AIM、CPE、MBS、抗冲改性剂、力学性能

介绍

PVC是世界上产量最大的通用塑料,应用非常广泛。在建筑材料、工业制品、日用品管材、密封材料、纤维等方面均有广泛应用。在工业民用中PVC有很多优良的性能,用途很广,但PVC树脂属脆性材料,连续玻璃相不能阻止在应力作用下裂纹的剧烈扩大,最后形成缺口和裂纹破裂,故抗冲击性能差,所以需要在PVC加工成型中加入冲改性剂来改变这个缺点。

性能优良的抗冲改性剂应该具有的特性是:
(1)具有较低的玻璃化温度Tg;
(2)抗冲改性剂本身与PVC树脂部分相容;
(3)抗冲改性剂与PVC的粘度相匹配;
(4)对PVC的表观性能及物理力学性能无明显影响;
(5)耐候性良好,离模膨胀性好。

硬质PVC常用的抗冲击改性剂主要有氯化聚乙烯(CPE)、 丙烯酸酯类(ACR)、 乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元接支共聚物(MBS)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS),其中目前在中国应用比较广泛的为氯化聚乙烯抗冲改性剂,而丙烯酸酯类凭着其优良的性能也得到越来越多应用。如何提高冲击而又易于挤出,已成为人们所关注的重要问题。
本公司的抗冲改性剂产品ADX-600可以代替CPE、MBS,可明显改善PVC熔体流动性、热变形性, 促进PVC塑化,所得制品具有较高的冲击强度,良好的耐候性、稳定性、加工性,制品表面光滑美观且光泽度高。接下来我们就以下几个方面对ACR、CPE和MBS进行分析。

一、PVC抗冲改性剂增韧机理

氯化聚乙烯(CPE)是线性分子,以网络形式分散在PVC基体中,抗冲原理就是在PVC基体材料中形成抵御外界冲击的弹性网,在拉伸力作用下,这种网络容易变形,引发共混体在与拉伸方向成30°-45°方向上发生剪切滑移,形成剪切带,吸收大量的变形能,使共混体系的韧性提高。材料受到外力后的应力屈服变化如下图所示:

p1

ACR、MBS这类“核一壳”型共聚物抗冲改性剂,其核是一类低度交联的弹性体,主要起增韧抗冲作用,壳是具有较高玻璃化温度的高聚物,主要起保护橡胶内核和提高与PVC相容性的作用。这类改性剂粒子容易分离,可均匀地分散至PVC 基体中,形成“海岛”结构,当材料受到外部冲击时,模量低的橡胶粒子容易发生形变,且在模量高的PVC形变驱动下,产生了脱粘与空洞,形成的空洞有足够近,则橡胶粒子之间的基体层能够屈服,起到增韧效果。抗冲原理如下图所示:

证书

CPE与ACR、MBS由于增韧机理不同导致对加工强度的敏感度不同。在加工过程中,通过剪切作用,ACR、MBS粒子分布在PVC基体中,形成“海岛”结构,产生增韧作用,即使加工强度再增强,这种结构也不会轻易破坏。而CPE改性剂与PVC共混后,必须形成包裹PVC初级粒子的网状结构,才能达到最佳增韧效果,而这种网络结构会因加工强度的变化很容易遭到破坏,所以它对加工强度比较敏感,加工范围较窄。

二、ADX-600 AIM与不同PVC抗冲改性剂各项性能对比

1.基料检测配方

名称 有机锡热稳定剂 (HTM2010) 硬脂酸钙 二氧化钛 PE-6A 312 碳酸钙 PVC-1000
用量/克 2.0 0.7 4.0 0.6 0.2 5.0 100.0

2.冲击性能

项目 试样名称 检测标准 单位 添加量(phr)
3 4 5 6 7 8
缺口悬臂梁冲击 ADX-600 ASTM D256 KJ/m 5.44 6.30 7.78 8.72 9.92 12.02
国外ACR KJ/m 4.62 5.01 7.68 8.51 9.63 11.85
MBS KJ/m 5.32 5.39 7.52 8.68 9.78 11.99
CPE KJ/m 3.54 4.25 5.39 6.32 7.01 8.52
无缺口悬臂梁冲击 ADX-600 J/m 57.03 63.87 72.79 88.23 100.09 121.32
国外ACR J/m 46.31 50.65 72.55 85.87 97.92 119.25
MBS J/m 53.01 62.07 71.09 87.84 99.86 120.89
CPE J/m 21.08 37.21 47.59 59.24 70.32 82.21

3.拉伸/弯曲性能(添加量均为6phr)

项目 检测标准 单位 技术指标 (ADX-600) 技术指标(国外ACR) 技术指标(MBS) 技术指标(CPE)
拉伸弹性模量 ASTM D638 MPa 2546.38 2565.35 2500.31 2687.21
拉伸断裂伸长率 ASTM D638 % 28.38 27.98 26.84 17.69
拉伸强度 ASTM D638 MPa 43.83 43.62 40.89 49.89
弯曲模量 ASTM D790 MPa 2561.11 2509.30 2528.69 2678.29
弯曲强度 ASTM D790 MPa 67.39 65.03 66.20 69.27

分析:从以上力学性能数据可以看出:
①在同等份数下,本公司产品ADX-600性能优于MBS、国外ACR产品性能,可等份代替。
②在同等份数下,本公司产品ADX-600性能远高于CPE性能,经多次试验验证得出:3份ADX-600+3份CPE可代替9份CPE使用。具体力学性能指标如下:

项目 检测标准 单位 技术指标(ADX-600/3phr+CPE/3phr) 技术指标(CPE/9phr)
缺口悬臂梁冲击 ASTM D256 KJ/m 9.92 9.86
无缺口悬臂梁冲击 ASTM D256 J/m 97.32 96.98
拉伸弹性模量 ASTM D638 MPa 2250.96 2230.14
拉伸断裂伸长率 ASTM D638 % 101.25 100.24
拉伸强度 ASTM D638 MPa 34.87 34.25
弯曲模量 ASTM D790 MPa 2203.54 2200.01
弯曲强度 ASTM D790 MPa 60.96 60.05

4.加工行为
下图表示的是流变曲线图。红线:ADX-600/3phr+CPE/3phr;蓝线:CPE/9phr

证书

从图中可以看出,二者的平衡扭矩基本相同,经ADX-600/3phr+CPE/3phr改性后的材料塑化稍慢一些,在可控范围之内。所以从加工方面来看,3份ADX-600+3份CPE可代替9份CPE使用。

三、总结

通过ADX-600 AIM和CPE、MBS在力学性能、加工行为等方面进行比较后,我们客观分析并得出结论:3份ADX-600+3份CPE可代替9份CPE使用。ADX-600 AIM综合性能更佳,所得制品性能更优且性价比更高。
ADX-600 AIM是具有核—壳结构的丙烯酸酯类共聚物,因不含双键,故AIM比MBS具有更佳的耐候性、热稳定性且性能与价格比更优。此外还有加工范围宽、挤出速度快、容易控制等优点。其主要应用于硬、半硬聚氯乙烯制品中,特别是化学建材,如异型材、管材管件、板材、发泡材料等,而且特别适合于户外用制品中。是当今用量大也是今后重点发展的一类抗冲改性剂。


发布时间:2022-06-20