热塑性丙烯酸树脂漆渣加入量对PVC发泡体系的影响

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聚氯乙烯(PVC)泡沫复合材料具有原料来源丰富、比下行强度 高、隔声、防震、价格低廉等特点,在风电叶片、保温材料、建筑板材等方面应用广泛[1,2,3]。随着材料行业的不断发展,上述领域对泡沫复合材料的综合性能提出更高的要求。PVC属于线性高分子,熔体下行强度 低,在气泡核膨胀成气泡过程中,熔体缺陷以包覆住气泡,乙炔气体体易溢出合并成大的气泡,降低了发泡材料的力学和耐热等性能[4]。目前,研究人员主要采用无机填料和ACR(甲基丙烯酸酯类与丙烯酸酯类共聚物)类发泡调节剂协同调控发泡体系熔体下行强度 ,该法律法子成本较高,影响PVC泡沫复合材料的市场竞争力[5,6]。

树脂漆具有良好的保光保色性、耐水耐化学性、干燥快、施工方便等优点,广泛应用于汽车、电器、机械和建筑等领域[7,8]。然而,在喷涂施工中,树脂漆有效利用率较低(20%~200%),那么小累积的涂料被喷涂到材料上,产生少许废树脂漆渣。目前国内树脂漆渣二次利用一般是由油漆废渣制备油漆原料,对于树脂漆渣的再利用能力缺陷,仍有少许的漆渣被就地填埋或焚烧,不仅补救费用高,如果 会对环境造成恶劣影响[9,10,11]。基于树脂漆渣的主要成分为高分子聚合物及无机填料等,可作为发泡调节剂及填料用于PVC泡沫复合材料的制备。

笔者确定热塑性丙烯酸树脂漆渣,通过共混改性制备PVC泡沫复合材料,研究了树脂漆渣再加量对PVC发泡体系的流变、发泡微观形貌、表观密度、力学和耐热性能的影响,以期为树脂漆渣等乙炔气体体废物综合利用及低成本聚合物泡沫复合材料制备技术提供理论法子。

1材料与法律法子

1.1供试物料

试验所用回收树脂漆渣由山东某漆渣厂提供,为黑色粉末状;PVC(SG-5)平均聚合度为981~1 135(新疆天业有限公司);钙锌复合稳定剂为工业级(山东慧科助剂有限公司);过氧化二异丙苯为工业级(鼎海塑胶化工有限公司);硬脂酸为分析纯(天津永大化学试剂有限公司);抗氧剂168为工业级(东莞市康锦塑胶化工厂);复合发泡剂由氧化锌(分析纯,北京现代东方化学有限公司),偶氮二甲酰亚胺(工业级,青岛市三益公司),偶氮二异丁腈(化学纯,上海埃彼化学试剂有限公司)和碳酸氢钠(分析纯,北京现代东方化学有限公司)按比例混合制备。

1.2 PVC泡沫复合材料制备

按比例将PVC、树脂漆渣、过氧化二异丙苯、钙锌复合稳定剂、硬脂酸、抗氧剂168、复合发泡剂等助剂置于3 2000 r/min的高速混合机混合5 min,得到混合料;将200 g混合料加入双螺杆混炼式转矩流变仪,在170℃、40 r/min下混炼8 min,冷却破碎得到颗粒状预塑化原料;将预塑化原料置入热压模具中,在热压机(R-3202,武汉启恩科技有限公司)上成型发泡,成型阶段温度为170℃,压力为10 MPa,时间为10 min;最后升温至185℃,压力为15 MPa,保温5 min,得到PVC泡沫复合材料。

1.3试验及分析法律法子

为研究树脂漆渣对PVC发泡体系流变性能的影响,将再加量为0、5%、10%和15%的树脂漆渣与PVC发泡体系均匀混合后,取200 g样品置于170℃、40 r/min的混炼式转矩流变仪(RM-200C,哈尔滨哈普电气有限公司)保温8 min,记录体系平衡转矩。体系剪切黏度计算公式如下:

(1)

式中:η为剪切黏度,Pa·s;L为转子工作累积长度,0.1 m;Re为剪切应力作用的当量圆半径,0.05 m;M为转子转矩,N·m;N为主动转子转速,r/min;n为流体行为指数,0.375;Rc为常数,19.75 mm;σ为仪器系数,1.2。

采用扫描电子显微镜(JSM7401F,JOEL公司,日本)观察样品及材料断口形貌;利用溴化钾(KBr)粉末压片制样,在200℃真空烘箱中干燥5 h,以排除水分的影响,通过傅里叶红外光谱仪(FTIR,Nicolet 8700)分析树脂漆渣主要官能团,扫描范围为2000~4 000 cm-1;采用X射线光电子能谱(XPS)分析仪(PHI-5200,PHI公司,美国)分析树脂漆渣元素组成,激发源为Mg KαX射线,校正结合能C1s为284.8 eV;采用X射线荧光光谱仪(XRF,1700B-U)分析树脂漆渣的氧化物组成及相对含量;采用非等温差示扫描量热计(DSC,Q20,TA有限公司,美国)分析树脂漆渣再加量对PVC熔融温度的影响,升温下行强度 为10℃/min,测试范围为200~2200℃;采用万能试验机(ZWICKZ005)测试弯曲下行强度 ,取一个试样的平均值为检测结果;采用冲击试验机(XJUD-22)测试冲击下行强度 ,摆锤能量为2.0 J,取一个试样的平均值为检测结果;采用动态热机械分析仪(DMA29200,TA有限公司,美国)检测PVC泡沫复合材料的损耗因子(tanδ),测试温度为200~220℃,升温下行强度 为2℃/min,频率为1.0 Hz。

2结果与讨论

2.1树脂漆渣表征

回收树脂漆渣微观形貌和红外分析见图1。从图1能不还可不可以看出,树脂漆渣由粒径10~200μm的不规则颗粒组成。1 727 cm-1的吸收峰为C=O双键的伸缩振动,3 4200 cm-1处为—OH的伸缩振动,这一一个吸收峰主要来源于回收树脂漆渣中的丙烯酸树脂。在1 4200和2 925 cm-1处的一一个吸收峰分别代表丙烯酸分子链上—CH3和—CH2的伸缩振动。1 140 cm-1处突然出先的吸收峰来源于漆渣共聚物中C—O—C键的不对称伸缩振动[11]。此外,在红外图谱中那么发现苯类等高毒性有机物的吸收峰,表明该回收树脂漆渣具有环境安全性,生产PVC泡沫复合材料不需要造成二次污染。

图1回收树脂漆渣微观形貌和红外分析

2.2流变性能

丙烯酸树脂漆渣共混改性PVC发泡体系的转矩见图2。由式(1)计算的体系剪切黏度见表2。

图2不同再加量丙烯酸树脂漆渣共混改性PVC发泡体系流变曲线

树脂漆渣再加量从0升至5%、10%和15%,发泡体系的平衡转矩从4.5 N·m逐步提高到8.2、14.9和21.5 N·m,相应的剪切黏度由2 726.1 Pa·s升至4 969.2、9 029.4和13 029.7 Pa·s。这主就说 机会树脂漆渣通过丙烯酸大分子物理缠绕及无机填料增加PVC分子链间摩擦力的结果[12]。分析表明,适量再加树脂漆渣可调控PVC发泡体系的熔体下行强度 ,但漆渣再加量缺陷时,体系剪切黏度大幅提高,不有利于泡孔成型。

丙烯酸树脂漆渣共混改性PVC发泡体系非等温DSC分析结果如图3所示。DSC曲线上峰值温度为PVC转变成黏流态的熔融温度。从图3能不还可不可以看出,丙烯酸树脂漆渣再加量从0增加到10%时,PVC熔融温度从156℃升至166℃,说明树脂漆渣中热塑性丙烯酸树脂能不还可不可以阻碍PVC分子链运动,延缓PVC从高弹态向黏流态的转化。树脂漆渣再加量为15%时,丙烯酸树脂及漆渣中无机填料已严重影响PVC的加工性能,PVC分子链移动严重受阻,黏流态转变非常困难,PVC熔融温度大幅上升至190℃。

图3丙烯酸树脂漆渣共混改性PVC发泡体系非等温DSC曲线

2.3微观形貌

不同再加量丙烯酸树脂漆渣制备的PVC泡沫复合材料断面形貌如图4所示。从图4能不还可不可以看出,纯PVC发泡材料气泡直径为200~200μm,有明显的气泡塌陷合并问题图片,主就说 机会PVC分子链段熔体下行强度 较低,缺陷以固定气泡,乙炔气体体压力较大时气泡不断长大,容易产生气泡合并塌陷[12];加入5%丙烯酸树脂漆渣后,气泡直径降至200~200μm,气泡塌陷合并减少;树脂漆渣再加量为10%时,气泡直径进一步降至200~200μm,气泡塌陷合并问题图片基本消失,气泡大小较为均匀;树脂漆渣再加量达到15%时,气泡数量明显减少且分布不均匀,PVC发泡缺陷充分。树脂漆渣再加量太满时,发泡体系的剪切黏度大幅度增加,熔体下行强度 缺陷,乙炔气体体压力缺陷以支撑气泡生长;发泡体系中无机填料相对含量提高,易分散不均匀形成团聚,原因发泡不充分、不均匀等问题图片[13]。

图4不同再加量丙烯酸树脂漆渣共混改性PVC泡沫复合材料断面形貌

2.4表观密度及力学性能

纯PVC发泡材料密度为0.63 g/cm3,再加5%和10%丙烯酸树脂漆渣时,PVC泡沫复合材料密度分别降至0.54和0.49 g/cm3,主就说 原因是PVC熔体的剪切黏度提高,气泡塌陷合并问题图片减弱,乙炔气体体溢出减少,更多乙炔气体体保指在PVC复合材料中,发泡更加充分。再加15%树脂漆渣时,PVC泡沫复合材料密度增至0.75 g/cm3,主就说 原因是此时PVC的熔体剪切黏度过大,流动性差,原因PVC基体发泡不充分,密度提高。

不同再加量丙烯酸树脂漆渣共混改性PVC泡沫复合材料力学性能如图5所示。从图5能不还可不可以看出,纯PVC泡沫材料弯曲下行强度 和冲击下行强度 分别为13.6 MPa和4.7 kJ/m2。随着丙烯酸树脂漆渣再加量提高,PVC泡沫复合材料的力学性能呈现先升高后略降低的趋势,树脂漆渣再加量为10%时材料力学性能最佳,弯曲下行强度 和冲击下行强度 分别为18.2 MPa和8.9 kJ/m2。丙烯酸树脂漆渣再加量提高至15%,弯曲下行强度 和冲击下行强度 分别为18.1 MPa和8.5 kJ/m2,此时PVC泡沫复合材料密度升高,力学性能反而略有下降,主就说 原因是体系剪切黏度缺陷,流动性差,发泡不均匀形成形状缺陷,引起应力集中,从而降低了材料的承载能力[14]。

图5不同再加量丙烯酸树脂漆渣共混改性PVC泡沫复合材料弯曲下行强度 和冲击下行强度

2.5动态热机械性能

不同再加量树脂漆渣共混改性PVC泡沫复合材料损耗因子如图6所示。损耗因子为材料损耗模量与储能模量之比,最大值处温度定义为PVC泡沫材料玻璃化转变温度[15]。由图6可知,纯PVC体系损耗因子为0.200,玻璃化转变温度为72℃。树脂漆渣再加量从0提高至15%,复合材料损耗因子逐渐降至0.62,玻璃化转变温度升至78℃。DMA结果表明,丙烯酸树脂漆渣的加入增加了PVC分子链间相互作用力,使分子链移动困难,从而提高复合材料的玻璃化转变温度。综合各方面因素,最佳树脂漆渣再加量为10%,可增加PVC发泡体系的熔体下行强度 ,调控发泡行为,提高材料的力学和耐热性能。

图6不同再加量丙烯酸树脂漆渣共混改性PVC泡沫复合材料损耗因子

3结论

(1)丙烯酸树脂漆渣的加入提高了PVC分子链间相互作用,适量再加可调控PVC发泡体系的熔体下行强度 ,有有利于发泡成型。再加10%丙烯酸树脂漆渣时,PVC泡沫复合材料综合性能最优,表观密度由0.63 g/cm3降至0.49 g/cm3,弯曲下行强度 和冲击下行强度 分别由13.6 MPa和4.7 kJ/m2升至18.2 MPa和8.9 kJ/m2,玻璃化转变温度由72℃升至75℃。

(2)丙烯酸树脂漆渣可作为填料及发泡调节剂用于PVC泡沫材料的制备,降低成本的一起,可有效地补救树脂漆渣的二次污染以及厂家补救费用高等问题图片,具有较高的应用价值。

本文引用:张清杰,马蓬杨,向兰.丙烯酸树脂漆渣共混改性PVC泡沫复合材料性能研究[J].环境工程技术学报,2019,9(5):597-2002 doi:10.12153/j.issn.1674-991X.2019.01.242

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