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塑料制品在实际使用中,不仅需要具有较高的强度,而且还应该具有较高的韧性,因此有关塑料增韧的研究一直是高分子材料科学研究的重要课题。聚氯乙烯(PVC)作为使用最广泛的塑料品种之一,由于PVC属于缺口敏感性材料,缺口冲击强度特别低,因此对其增韧具有重要的理论意义与应用价值。通常采用弹性体改性剂作为PVC的增韧剂克服其缺口敏感性,提高缺口冲击强度。
本论文主要合成适合PVC增韧的改性剂,包括核壳改性剂和交联橡胶粒子。核壳结构改性剂是采用分步乳液聚合技术合成的复合乳胶粒子,第一步合成核相,第二步合成壳层,粒子的核相具有弹性,起增韧作用；壳层能与被增韧塑料相容,起增容作用。粒子的的主要优点在于粒子尺寸可控,粒子尺寸分布窄,并且在分散到基体树脂中保持粒子尺寸不变。线形聚合物或本体橡胶与基体树脂共混后粒子尺寸很大程度上依赖加工条件,而采用合成的交联本体橡胶同样可以不依赖加工条件,保持粒子尺寸在共混过程中不发生改变。本文合成了MBS核壳改性剂,SBR/BA/St核壳改性剂和三层PS/PB/PMMA核壳改性剂；合成了交联丁腈橡胶(NBR)粒子。考察了不同核壳改性剂和交联本体橡胶的结构特征对改进PVC韧性的影响,主要研究内容和结论如下:
1.采用种子乳液聚合技术合成出具有不同接枝率、壳层组成以及核壳比的MBS,考察其不同界面特征对PVC增韧的影响。结果表明,MBS接枝率的增加有利于提高其对PVC的增韧效果；MBS中壳层St和MMA的质量比对增韧PVC效果和增韧机理有很大的影响,当MBS壳层完全是PMMA时,使PVC共混物由脆变韧所需的MBS份数最低,共混物的形变机理为MBS粒子的内部空洞化和PVC基体的剪切屈服；当MBS壳层完全是PS时,其形变机理为MBS粒子的界面剥离和PVC基体的剪切屈服；MBS粒子的核壳比不同会导致其在PVC基体中的分散形态不同,MBS粒子的壳层越厚,在PVC基体中分散的越好,SBR橡胶核发挥的增韧效率越高。小粒径MBS增韧PVC的形变机理为PVC基体的剪切屈服。
2.由于聚丙烯酸丁酯(PBA)与PVC具有一定的相容性,在橡胶粒子上引入PBA可以提高橡胶粒子和PVC基体之间的界面结合力,同时由于PBA常温下呈橡胶态,可以提高对PVC的增韧效果。因此本节采用乳液聚合技术制备了SBR/BA/St接枝改性剂,研究了改性剂中壳层BA含量对PVC增韧的影响。结果表明:随着改性剂中BA含量的增加,其在PVC基体中趋于分散均匀。改性剂中引入PBA可以有效改善MOD在PVC中的分散形态,对PVC的增韧效率明显提高。力学性能测试结果表明改性剂中BA含量的的增加会使PVC共混物的冲击强度提高。采用TEM对PVC的增韧机理进行了研究,增韧机理是橡胶粒子与PVC基体的界面剥离和PVC基体的剪切屈服。
3.采用乳液聚合技术制备了PS/PB/PMMA三层核壳粒子(PSBM)。在PSBM粒子中,PS作为内芯,PB在中间层,PMMA在最外层。研究了PSBM粒子中内芯PS与中间层PB的不同比例对增韧PVC共混物性能的影响。结果表明:相比两层MBS粒子,三层核壳粒子增韧的PVC共混物由脆变韧所需的份数要低,脆韧转变份数为5phr,而对于两层的MBS粒子,则需要8phr才能达到脆韧转变。在PVC共混物的断裂过程中,PSBM粒子更容易产生空洞化并引发PVC基体的剪切屈服,这是三层核壳粒子具有很高增韧效率的主要因为,而PVC中引入MBS则断裂形态只有剪切屈服。
4.采用乳液聚合方法制备了交联NBR橡胶,研究了NBR橡胶不同粒子尺寸和交联程度对PVC增韧的影响。通过改变乳液聚合体系的固含量可以制备出不同粒子尺寸的NBR。大粒径NBR容易在PVC基体中分散均匀,小粒径NBR在PVC基体呈现网络状分散。PVC/NBR共混物的冲击强度随着NBR粒子的降低而降低,只有当NBR粒子尺寸为169nm时,PVC共混物呈现韧性断裂。NBR的交联程度影响其在PVC基体中的分散,NBR的交联程度越大,其在PVC基体的分散越好,PVC/NBR共混物的增韧效率降低。对于交联NBR橡胶粒子增韧PVC的主要机理是PVC基体的剪切屈服。