【摘 要】
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聚氯乙烯(PVC)作为世界五大通用塑料中的一种,在各个领域的生产应用中均得到广泛使用。PVC膜材料方向的应用成为了聚氯乙烯的一大重要领域方向,因其价格低廉、工艺成熟等优点,在膜材料应用领域占有相当大的一部分市场。然而,由于PVC树脂本身存在的性能缺陷,PVC薄膜也同时具有韧性较差、强度不足、耐热性能不好、易老化等缺陷,从而限制了其应用范围的进一步扩大。因此,必须对聚氯乙烯薄膜进行改性,以改善薄膜材
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聚氯乙烯(PVC)作为世界五大通用塑料中的一种,在各个领域的生产应用中均得到广泛使用。PVC膜材料方向的应用成为了聚氯乙烯的一大重要领域方向,因其价格低廉、工艺成熟等优点,在膜材料应用领域占有相当大的一部分市场。然而,由于PVC树脂本身存在的性能缺陷,PVC薄膜也同时具有韧性较差、强度不足、耐热性能不好、易老化等缺陷,从而限制了其应用范围的进一步扩大。因此,必须对聚氯乙烯薄膜进行改性,以改善薄膜材料的综合性能,满足人们的使用要求,进一步扩展聚氯乙烯薄膜的应用范围。首先,本文通过甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)在PVC树脂基体中聚合交联,与PVC大分子互相穿插,制备了一种具有半互穿网络结构的semi-IPN PVC/PGMA薄膜。通过正交试验法,探讨在制备semi-IPN PVC/PGMA薄膜过程中,甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)的用量、聚合时间和交联时间三因素对薄膜的性能影响,最终确定了制备semi-IPN PVC/PGMA薄膜的最佳工艺条件:GMA的用量为1 phr,聚合时间为1h,交联时间为0.75h。此时半互穿薄膜的拉伸性能最好,抗拉强度为16.29MPa,断裂伸长率为473.87%。与未改性的PVC薄膜相比,semi-IPN PVC/PGMA薄膜的抗拉强度提高了8.31%,断裂伸长率提高了8.45%;耐热性有所提高,700℃时的残重从2.83%提高到了7.16%,最大失重速率从1.29%·℃-1降低到1.11%·℃-1;抗老化性能有所改善,96h的热老化实验后,薄膜性能老化率从10.51%降低到8.780%;动态力学性能也有所改善,低温条件下的储能模量和损耗模量都有所升高。其次,针对semi-IPN PVC/PGMA薄膜分别采用有机共聚改性和无机填充改性进行进一步的改性研究,分别探讨两种改性方法对半互穿PVC薄膜性能的影响。有机共聚改性采用乳液聚合,将甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、苯乙烯(St)共聚合成了共聚物PGMA-co-PS,通过改变GMA与St的配比,探讨两者配比对semi-IPN PVC/PGMA薄膜拉伸性能的影响,确定GMA:St=2:1时,共聚物PGMA-co-PS改性半互穿PVC薄膜拉伸性能相对最好,抗拉强度为16.26MPa,断裂伸长率为467.61%。研究发现semi-IPN PVC/PGMA-co-PS薄膜的改性效果与semi-IPN PVC/PGMA薄膜相比相差不大,但与未改性的PVC薄膜相比,semi-IPN PVC/PGMA-co-PS薄膜的各方面性能均有不同程度的提高,抗拉强度提高了8.11%,断裂伸长率提高了7.02%;热稳定性提高,700℃时的残重从2.83%提高到了3.75%;耐老化性略有改善,96h后的老化率从10.51%下降到10.15%;低温条件下的储能模量和损耗模量均有所提高,动态力学性能较好。再次,无机改性是在semi-IPN PVC/PGMA薄膜中加入蒙脱土,最终形成一种纳米复合薄膜。通过溶液插层法制备了有机化蒙脱土(OMMT),分别探讨了蒙脱土的用量,蒙脱土是否有机化对semi-IPN PVC/PGMA薄膜拉伸性能的影响,确定1.2phr是OMMT改性semi-IPN PVC/PGMA薄膜的最佳用量,拉伸性能最好,抗拉强度为20.91MPa,断裂伸长率为490.42%,比未改性的PVC薄膜分别提高了39.02%和12.24%;同时热性能明显提高,700℃时的残重从2.83%提高到了7.19%,而最大失重速率从1.29%·℃-1降低到1.04%·℃-1;抗老化性能得到大幅改善,在经96h的热老化试验后,拉伸性能的老化率从10.51%降低到4.690%;动态力学性能也显著改善,低温条件下的储能模量和损耗模量明显升高。最后,本文总结对比了四种薄膜(PVC薄膜、semi-IPN PVC/PGMA薄膜、semi-IPN PVC/PGMA-co-PS薄膜、semi-IPN PVC/PGMA/OMMT薄膜)的拉伸性能、热性能、抗老化性能和动态力学性能,分析发现在PVC薄膜经半互穿改性后,semi-IPN PVC/PGMA薄膜和semi-IPN PVC/PGMA-co-PS薄膜的性能均不同程度的改善,其中,当在semi-IPN PVC/PGMA薄膜中加入OMMT制备出的纳米复合semi-IPN PVC/PGMA/OMMT薄膜在拉伸性能、热性能、抗老化性能和动态力学性能等方面表现出的综合性能是四种薄膜中最好的一个。
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