宋洲毕业论文开题报告PVC填充改性填料的筛选与评价

1、毕业设计(论文)开 题 报 告 题 目 PVC填充改性填料的筛选与评价学 院 化学与化工学院 专业及班级 化学工程与工艺化工0802班姓 名 宋洲学 号 0815010224 指 导 教 师 李侃社牛红梅日 期 2012年3月7日西安科技大学毕业设计(论文)开题报告题 目PVC填充改性填料的筛选与评价选题类型PVC高性能化、功能化研究 一、选题依据(简述国内外研究现状、生产需求状况, 说明选题目的、意义，列出主要参考文献)：1、国内外研究现状：弹性体增韧PVC的研究已经从使用一种改性剂发展到使用两种或更多种的改性剂共同增韧PVC，即从二元体系向多元体系发展或者与其他材料进行复合后在进行增韧。由于RF具有增韧增强的双重效应，大部分研究者已经从采用弹性体作PVC 的增韧剂转变到用RF作为PVC的增韧剂，或者先采用弹性体将PVC调至脆韧转变附近，然后再用RF对PVC进行增韧改性，研究表明后者的改性效果更佳。而对RIF增韧的研究多趋向于纳米级的。增韧机理的研究：目前对弹性体增韧PVC，人们普遍接受的是“剪切屈服银纹化理论”，而对于ROF增韧PVC，人们大多接受“冷拉理论”。但对于各种理论目前仍

2、局限于定性分析，而无系统的定量分析理论。相容性的研究：无论弹性体还是RF增韧PVC，共混体系的相容性都起着至关重要的作用，人们对聚合物之间相容性的研究也较为重视，其理论已趋于完善。改进聚合物之间相容性主要是靠增容剂，目前人们已开发出多种多样,适用于各种体系的增容剂。相态结构的研究：借助于光学与电子显微镜以及相应的染色技术等形态观察技术，人们对材料的断口形貌进行细致观察，从而对共混体系的微观相态结构有了更进一步的认识。2、文献综述：聚氯乙烯( PVC) 树脂是世界上最早实现工业化生产的塑料品种之一, 其产量仅次于聚乙烯( PE)而居于世界树脂产量的第2位。由于其价格低廉, 原材料来源广泛, 具有难燃、耐磨、抗化学腐蚀、电绝缘性能优良和机械强度高等优点, 因而在工业、农业、建筑、日用品、包装以及电力等方面具有广泛的应用。但PVC 由于分子链极性较强, 对外显示出一定的脆性, 属于脆性材料, 这一缺点严重限制了PVC 的进一步发展和广泛应用, 因此对PVC 增韧改性研究, 一直是众多研究者和厂家追求的目标。PVC 增韧改性方法主要有物理改性和化学改性2 种。物理改性主要有以下2 种方式： 刚

3、性粒子增韧、弹性体增韧和复合粒子增韧。2.1 刚性粒子增韧2.1.1 无机刚性粒子（RIF）由于纳米粒子独特的“表面效应”、“ 体积效应”和“ 量子效应”等, 使得其在基体中分散良好的前提下, 可同时达到增韧、增强的效果, 因此, 无机刚性粒子研究较多的是纳米级RIF。焦其帅等【1】用针形纳米碳酸钙改性PVC，结果表明：将改性针形纳米碳酸钙填充到聚氯乙烯（PVC）材料中，得到的复合材料与为填充改性针形纳米碳酸钙的PVC相比，添加5份改性针形碳酸钙的PVC复合材料拉伸强度提高了10、冲击强度提高了7；扫描电子显微镜分析显示，改性针形纳米碳酸钙在PVC体系中分散均匀、冲击试样断面和拉伸试样断面均呈现明显的韧性断裂特征。丁胜春等2人研究了纳米高岭土在PVC中的应用，通过实验优化出最佳配方：高岭土含量 8%、偶联剂用量 2.0%、稳定剂用量 2.0%、增塑剂用量 10%。此时材料的拉伸强度达 54 MPa，断裂伸长率为 120%，无缺口冲击强度为 43 kJ/m2。改性后的高岭土起到了增强、增韧的双重作用，达到了预期效果。 闫平科【3】等选用钠基蒙脱土和3 种烷基季铵盐改性的蒙脱土，采用熔融共

4、混的方法制备聚氯乙烯/蒙脱土纳米复合材料，并研究了蒙脱土种类和用量对复合材料力学性能的影响。结果表明，3 种复合材料均具有插层型结构，有机蒙脱土含量小于3.0%时， 复合材料的综合力学性能均有明显提高， 有机蒙脱土用量大于7.0%以后，材料的力学性能降低。王平华【4】等人采用RAFT活性聚合方法在碳纳米管表面接枝上聚合物链，然后与PVC 通过熔融共混方法复合制备了碳纳米管/PVC 纳米复合材料。对复合材料的结构与拉伸强度进行了表征研究，表明接枝聚合物链的碳纳米管显著提高了PVC 的拉伸强度。另外比较新颖的课题研究是：董雪波等【5】研究了木质素/PVC复合材料的力学性能，并利用扫描电镜分析了木质素与PVC混合后的微观特征。与传统的人造板相比，木质素/PVC复合材料具有无甲醛释放，力学性能好，能充分利用废弃物，并可循环再利用等特点的新的环保型复合材料。还有张友新【6】探讨了活化盐泥（SM）对聚氯乙烯（PVC）的稳定机理，并将以SM为填料的PVC用于制造多空PVC管材，试验结果表明:与传统的轻质碳酸钙做填料的PVC相比，以SM作填料的PVC制造的多空材料具有较好的力学性能。以上两项对政府提出

5、的“低碳”“减排”政策上，都有很大的实际意义。2.1.2 有机刚性粒子（ROF）有机刚性粒子与PVC相容性差，常加入一定量的CPE、ABS、MBS等作为增容剂。吴其晔等人【7】在PMMA 基% 核- 壳&型有机刚性粒子增韧改性PVC/CPE 体系的研究中比较了SAN、高流动性SAN、PS、ASA、ACR、PMMA 6 种有机刚性粒子改性PVC/CPE 体系的效果, 粒子的用量均为3 份, 测得其力学性能, PMMA 的增韧效果最为显著, 且拉伸行为均显示出韧性材料的拉伸特征。J. Borek 等人【8】 研究了PMMA、PS、SAN 等有机刚性粒子对PVC 性能的改性, 发现不同粒子改性效果不同, PS的增韧效果最好, 而PMMA 的增韧增强效果最佳。最近几年对有机刚性粒子的研究很少，大多是与无机填料或者弹性体填料进行复合后进行填充使用，而这无疑增加了成本的预算。2.2 弹性体增韧 PVC与弹性体共混增韧改性是目前研究最多、理论也较为成熟的一种增韧方法，这里就不在赘述，以下自作简单枚举。总结诸多研究者的研究, 用于增韧PVC 的弹性体主要有代表“网络增韧”机制的NBR、CPE、EVA、

6、TPU和代表“剪切- 屈服银纹化”机制的ABS、MBS、ACR等【9】。 2.2.1 PVC/NBR体系 NBR是增韧PVC最早商品化的改性剂, 因其耐油、耐老化、耐腐蚀且与PVC相容性好等优点而倍受青睐。张永海等人【10】 研究了NBR用量对PVC 断裂情形与力学性能之间关系的影响, 发现NBR作为一种弹性体改性剂弹性较好, NBR相形成包裹有PVC 的细胞结构, 并分散于PVC连续相中形成“海- 岛”结构。随着NBR用量的增加, 共混界面均匀程度逐渐增加, 应力发白区( 即“银纹”) 逐渐增加, 分形维数也同时增加。并且研究发现了材料的分形维数与材料的力学性能变化一致。当NBR达到29 份时, 分形维数达到最大, 力学性能也较大。 2.2.2 PVC/CPE体系CPE通常用PE悬浮法制备, 形成已氯化和未氯化的嵌段结构。根据CPE含氯量的不同, 其性能差异较大。当含氯质量分数为0 15% 时为塑料,16% 24%时为弹性塑料, 25% 50%时为弹性体,51% 60%为半弹性的皮革料, 61% 73%时是脆性材料。由于PVC 中含氯质量分数为56. 8% , 所以用CPE 来改性P

7、VC, CPE 的含氯量必须适合, 既能与基体很好地相容, 又具有很好的弹性【11】 。余颖等人【12】 把CPE 作为第3 组分加入到PVC/NBR共混体系中, 通过对共混物的Tg 的测定, 发现CPE 对共混体系起到了协同作用, 它协助使PVC与NBR相容得更好, 以此提出了“三相微溶”型界限层。 2.2.3 PVC/EVA体系 EVA是乙烯与醋酸乙烯醋共聚而成的一种橡胶弹性体。EVA对PVC的增韧机理剪切带约占90%,银纹化约占10%, 适当数量的孔穴化也有利于材料的增韧【13】。EVA 是乙烯与醋酸乙烯酯共聚而成的一种橡胶弹性体, 醋酸乙烯酯含量会影响到EVA 与PVC的相容性。当EVA 质量分数为6% 8% 时, 共混物的冲击强度提高最明显; 当EVA 质量分数为7. 5% 时, EVA 成为连续网络结构, 体系冲击强度最大。随EVA 含量增加, 体系的冲击性能、加工性能和热/光稳定性增加, 而模量、强度和热变形温度则下降【14】。段玉丰【15】通过TEM、SEM 研究了EVA对PVC 体系冲击性能的影响, 当EVA 质量分数为2. 5% 时, 材料呈现两相结构, EVA 粒

8、子无规地分散在PVC 基体中; 当EVA 质量分数增加到7. 5% 时,EVA 形成致密的分散相, 体系的冲击性能最佳。 2.3 复合材料增韧体系 RF虽可同时提高PVC的韧性和强度,但其对冲击强度的提高幅度有限；弹性体可使PVC的韧性大幅度提高,却又损害了PVC的其它性能。因此有人提出了将二者同时使用,协同增韧PVC的方法,取得了满意的效果。研究也表明,当PVC具有一定初始韧性时,用RF 增韧的效果要优于其无初始韧性的改性效果。因此,人们采用了先用橡胶等弹性体对PVC进行“预增韧”,将PVC 调至脆- 韧转变附近,然后再用RF 增韧的办法对PVC进行改性,取得了很大的进展【16】。 肖欢等人【17】探讨了TPU、热稳定剂、无机填料等对PVC/TPU共混材料力学性能的影响，结果表明，PVC/TPU/改性高岭土为80/16/4，邻苯二甲酸二辛酯（DOP）为8份，有机锡热稳定剂为3份时，综合性能大幅度提高：其拉伸强度比PVC提高了1.4倍，断裂伸长率提高了12.6倍，无缺口冲击强度提高了3.97倍，热稳定性和加工性能也得到改善。陈韶辉【18】等人以聚氯乙烯( PVC) 为基体, 采用熔融共

9、混法制备了PV C/ 氯化聚乙烯( CPE) 合金和PVC/ CPE( 12 phr) / 碳酸钙(CaCO3 ) 三元复合材料, 考察了CaCO3 表面改性及改性剂含量对复合材料拉伸与冲击力学性能的影响。结果表明, 填充CaCO3 会降低复合材料拉伸屈服强度与冲击韧性。对微米CaCO3 进行表面改性, 可有效限制复合材料韧性的降低。在表面改性微米CaCO3 填充量为48w t% 、CPE 含量为12 phr 时, 复合材料屈服强度约33 MPa, 冲击强度为硬质PVC 的4. 7 5. 0 倍。左建华等人【19】研究了无机粒子经甲苯二异氰酸酯（TDI）和丙烯酸羟丙酯（HPA）表面修饰，分别接枝包覆聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）层和甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯（PMMA-Co-PBA）层，构成复合粒子。研究了它混配成聚氯乙烯（PVC）材料的力学性能和韧化机制。结果表明：其最大拉伸强度、冲击强度数值比未经包覆处理的对照组有所提高，提高率分别达到136和162。3、生产需求状况我国 PVC 的工业生产已有半个世纪的历史，尤其是进入 21 世纪以来，随着国民经济的高速持续发展以及建筑业对PVC消费的强烈需求，国内PVC工业发展十分迅速。19972006 年，我国 PVC产能和产量的年均增长率分别高达22.2%和 20.0%，远高于同期GDP的增长率，也明显高于同期石油和化工行业的增长率。尤其是近几年受国际PVC反倾销裁定、国内市场供应不足、原油价格上涨等因素的影响，国内PVC价格高涨，掀起了PVC建设高潮，生产能力和产量发生了重大变化。目前，我国PVC的生产企业有100多家，2003年生产能力只有 5197 kt，2006 年达到12840kt，目前为止，我国PVC的总生产能力达到15340kt/a，同比增长约19.5%【20

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