高分子增塑剂对聚氯乙烯薄膜力学性能的影响

摘要

采用溶液共混和溶剂蒸发技术制备了掺有不同质量百分比聚氯乙烯薄膜的聚合物增塑剂。采用通用试验机(UTM)对不同质量分数PVC/PEG掺杂薄膜的拉伸性能进行了表征。与纯PVC膜相比，共混膜的拉伸强度和杨氏模量降低，断裂伸长率增加。采用扫描电子显微镜(SEM)研究了聚氯乙烯(PVC)薄膜中聚合物增塑剂的相形貌。

关键字

PVC, PEG，二元共混物，形态，拉伸性能。

简介

聚合物共混物是两种或多种均聚物、共聚物的物理混合物，它们与次级力相互作用，如没有共价键的氢键。聚合物共混物正变得越来越重要，因为它提供了许多有用的性能，这些性能是单个组分的性能组合的结果[1]。聚合物共混物主要分为组分混溶的均相共混物和组分不混溶的非均相共混物。大多数聚合物对是不混溶的，因为混合的焓变是正的，而混合的熵对自由能的贡献可以忽略不计，由此产生的高界面张力和较差的附着力往往导致较差的力学性能[2]。共混物的最终性质主要取决于组成聚合物的性质，也取决于共混过程中形成的相形态[3.]。聚氯乙烯(PVC)是一种化学性质和机械性质稳定、易于加工的聚合物，主要用于建筑材料、硬管、地板、电线电缆绝缘、家居用品、包装薄膜、板材等。[4]。聚乙二醇在化妆品、制药、造纸、食品、纺织和化工专业领域有许多工业应用，如润滑剂、粘合剂、载体、溶剂和涂料[5]。但是，由于PEG的机械强度和热强度较弱，很难单独获得薄膜。四氢呋喃(THF)是一种强非质子溶剂，由于其对极性和非极性化合物的广泛溶解能力，通常用于制药工业。

实验

材料与方法

聚(氯乙烯)从Sigma Aldrich采购，聚(乙二醇)4000,Himedia，分子量3500-4000，四氢呋喃(用0.1%喹啉稳定)从loba chemie获得，并在未进一步纯化的情况下使用。

共混膜的制备

以四氢呋喃(THF)为溶剂，采用溶液铸造法制备了不同组成的聚乙二醇/聚氯乙烯共混聚合物薄膜。为了制备共混膜，将精确称量的两种不同聚合物分别溶解在四氢呋喃(THF)溶剂中。在让它们完全溶解后，将聚合物溶液混合，持续搅拌，直到完全混溶，然后将一定体积的透明透明的混合溶液倒入先前清洗和干燥的玻璃培养皿中，在室温下蒸发溶剂，形成混合膜。最后将含有薄膜的培养皿放入热风烤箱中干燥，以确保在45°C下完全去除混合薄膜中存在的痕量溶剂48小时。在完全溶剂蒸发后，从培养皿中剥离所有薄膜，并在真空干燥器中保存在新鲜硅胶上直到使用。随着溶剂缓慢而持续的蒸发，所有的混合溶液都变得浑浊。所得薄膜均为半透明，厚度均匀，无气泡。

膜厚度

用螺旋规测量了共混膜的厚度。在薄膜的几个点上进行了几次厚度测量，然后计算平均值。薄膜的厚度约为0.23 mm。

机械性能

使用通用试验机(UTM) (LLOYDS - 5 KN，伦敦，英国)测量抗拉强度、杨氏模量和伸长率(%)等机械性能。这些试验是根据ASTM D-882标准试验(ASTM, 1992)在室温空气中进行的。取2.5 × 10 cm的矩形试样进行拉伸性能评价。两个金属握把附着在薄膜试样的两端。下握把保持静止，上握把以50毫米/分钟的恒定速度向上移动，所有样品的初始握把间隔保持50毫米。自动速度控制器被附加以保持上握把的速度。这台机器是电动的。拉伸强度的计算方法是将断裂薄膜的最大载荷除以截面积。断裂伸长率通过将薄膜断裂伸长率除以初始规长(%伸长率是延伸率与样品长度的比率)。弹性模量(杨氏模量)是曲线线性部分的应力与应变之比或应力应变曲线线性部分的斜率。

扫描电子显微镜

利用扫描电子显微镜(SEM)研究了共混膜的表面形貌。将干燥后的小片共混膜固定在双面碳胶带上，胶带粘贴在铝金属存根上。样品用真空蒸发器涂上铂，以帮助扫描过程中的传导。采用德国JEOL公司的JSM- 6360扫描电子显微镜(SEM)对薄膜的形态结构进行研究，在加速电压为10 kV，放大倍率为原始样品尺寸的500倍的条件下进行成像。薄膜的扫描电镜图像显示在图1。

结果及讨论

机械性能

对聚氯乙烯薄膜的力学性能进行了研究。众所周知，机械性能可以通过比较实验结果和基于各种模型的预测来评估聚合物共混物的混相性。事实上，聚合物共混物的机械性能取决于用于制备共混物的单个聚合物的分子间作用力、链刚度和分子对称性。在聚氯乙烯中加入聚乙二醇等增塑剂可降低共混体系的杨氏模量值和峰值应力。从表1而且图1结果表明，纯PVC聚合物具有较高的杨氏模量，峰值应力高，峰值延伸率低，小于10%;含95% PVC/5% PEG、90% PVC/10% PEG、85% PVC/ 15% PEG、80% PVC/ 20% PEG和75% PVC/ 25% PEG的共混物的杨氏模量和抗拉强度值较纯PVC降低，表明共混物的无定形程度更高。PVC具有较高的杨氏模量和较低的断裂伸长率，是硬而脆的。在PVC中加入不同质量分数的PEG，提高了10% PEG/50% PVC/40% PVAc和20% PEG/50% PVC/30% PVAc共混体系的杨氏模量，降低了共混体系的抗拉强度，提高了共混体系的柔韧性。这导致混合物更硬、更脆。抗拉强度的下降是由于共混组分PVC/PEG之间几乎缺乏界面相互作用。这一假设被扫描电子显微镜(SEM)证实。但由于塑化效应，断裂伸长率增大。

扫描电子显微镜

图2显示了纯PVC和不同重量百分比PVC/PEG时的SEM显微图。显微图中的孔隙表明共混膜中发生了相分离。当PEG含量为5%时，表面会形成大量的小孔隙，这表明由于溶剂、THF的快速蒸发，PEG与PVC的不混溶性较差，随着PEG含量的增加，孔隙的大小也会增加。孔径大小的不同与相分离驱动力的不同有关[6]。

结论

聚乙二醇对聚氯乙烯薄膜力学行为的影响表现为塑化效应。聚氯乙烯是一种硬而强的材料，由于一条链上的氯原子与另一条链上的氢原子之间的静电相互作用而表现出偶极-偶极型相互作用。这些相互作用由于增塑剂如聚乙二醇的存在而减弱，增加了其柔韧性并降低了拉伸强度。

确认

作者感谢印度新德里大学教育资助委员会(UGC)对该研究项目的财政支持(F.No. 1)。34-397/2008 (SR)/ 2008年2月30日)。作者也要感谢Rajashekhar Bhajantri博士，PI, BRNS项目，为UTM提供了设施，也进行了有价值的讨论。

参考文献

1. 金bk,Park SJ。尼龙与聚(苯乙烯-马来酸酐)的反应熔体共混物。应用化学与工程学报，2001;43(2):357-363。
2. 李兆辉，张晓霞，田中平，张晓明。反应性高分子共混物的界面张力与形貌。材料通报2001;48:81-88。
3. Mudigoudra BS, Masti SP, Chougale RB。三元聚合物PVC/PVAc/PEG共混膜的力学性能研究，高分子学报，2012;1(2):63-65。
4. 王继亮，杨万庆，李景鑫。一种新型离子导电复合增塑剂用于软质抗静电PVC的研究。Mat聚合物工程2010;50(1):年度。
5. Mruthyunjaya S, Siddaramaiah TM。聚丙烯酰胺/聚乙二醇共混物的混相研究。中国生物医学工程学报，2007;43(3):344 - 344。
6. 马努埃尔·斯蒂芬，普雷姆·库马尔，吴仁甘纳森，S Pitchumani, R Thirunakaran，等。塑化PVCrPMMA共混聚合物电解质的离子电导率和FT-IR研究。中国机械工程，2000;