聚氯乙烯搪塑粉料的配方设计及性能优化

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PVC搪塑粉料价格低廉、综合性能优异,现已广泛用于汽车内饰。我国对PVC搪塑粉料的自主研发能力较差,国内应用较广的商品料大部分依赖于进口。搪塑粉料要满足成型加工要求(流动性、抗胺性、抗模垢等),搪塑制品不仅要满足使用性能(力学性能、耐热性、稳定性、耐磨性等),还要具有较高的安全性(低硬度、无毒、亚光等)和舒适性(纹理清晰、手感舒适等)。本文基于上述粉料及制品的性能要求,围绕进口商品料的特征分析、粉料配方的设计、制品的性能优化,制备综合性能优异的PVC搪塑粉料及制品。通过分离提纯将粉料组分初步进行分类,然后采用PY-GC-MS、IR、GPC、SEM、XRF、XRD等实验仪器,明确粉料中聚氯乙烯树脂的类别和特征、增塑剂的种类和含量、无机添加组分的元素类别,并初步确定搪塑粉料的配方。结合课题前期的研究经验并参考有关搪塑粉料配方的专利,调整了初步确定的搪塑粉料配方,确定了 TOTM作为主体增塑剂,以环氧大豆油、二季戊四醇、水滑石等作为辅助稳定剂,另外,添加适量的纳米碳酸钙提高力学性能,添加适量抗氧剂以提高制品的寿命。传统的混料工艺主要包括三个阶段:热混、冷却和冷混,是制备PVC搪塑粉料最常用的方法。根据高分子加工原理优化加料顺序:先将固体粉料置于高混机中初步混合,有机组分与液态增塑剂混合均匀,然后将两者混合在一起;加料量遵循"少量多次"的原则:分3次将有机混合液添加到粉料中(70℃、80℃、90℃时);干混工艺参数如转速、时间及温度的优化则以粉料安息角、增塑剂吸收效果作为评价指标。热混阶段在110℃的条件下保温10min,从而有利于增塑剂的充分吸收,在冷却阶段使粉料冷却至30℃以下,从而提高粉料的流动性。为了提高PVC搪塑表皮中无机纳米粒子(CaCO3和TiO2)的均匀分散度,以粉料安息角、增塑剂吸收性、纳米颗粒分散度等为评价指标,优化纳米颗粒的种类和干混工艺参数。基于PVC树脂颗粒独特的表面结构,在保证PVC充分吸收增塑剂的基础上,改善无机纳米颗粒的均匀分散度,从而达到提高断裂伸长率、热稳定性等的目的。液态钙锌稳定剂组分复杂,除了钙、锌金属皂盐外,还辅以亚磷酸酯、ESO、β-二酮及其他环氧酯类助剂,起到保护钙/锌皂盐活性的作用。然而在上述辅助组分中,很多助剂的热稳定性较差。为了进一步降低搪塑制品的热挥发损失率,将市售液态钙锌稳定剂与TOTM复配,通过优化蒸发温度和时间确定了最佳复配工艺,在保证其稳定效率的基础上,降低体系本身易挥发组分的含量。对PVC搪塑表皮进行热稳定性试验(热重分析、热挥发、热老化),由实验结果可知,自制液态钙锌复合热稳定剂能够有效降低搪塑制品的挥发损失率,同时也能改善搪塑表皮的热稳定性和抗热老化性能。根据行业标准(QC/T 1026-2016),对自制的PVC搪塑粉料及表皮的性能进行测试和评估。粉料配方的原料符合行业标准规定的材料要求,自制搪塑粉料的安息角为31°~33°,流动性等级为良,自制搪塑表皮的外观也符合行业标准的要求。另外,对行业标准规定的理化机械性能进行了测试,厚度、邵氏硬度、拉伸强度和断裂伸长率、耐化学试剂性、耐磨性、气味、玻璃化转变温度等性能均达标,表明自主研发的粉料和表皮已经达到了商业化生产的基本要求。
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