工业级聚氯乙烯树脂常用平均聚合度表示它的分子量,它表明某一品级的聚氯乙烯树脂是一种由不同分子量聚氯乙烯同系物组成的混合物。因此,PVC塑料的加工和制品性能都与其分子量及分子量分布有密切的关系。
随着PVC树脂的分子量增加,其分子链间的引力或缠结程度相应增大,玻璃化温度升高,如表1所示。同时,制品的机械强度也相应增加,热变形温度上升。
表1 PVC的分子量对其玻璃化温度的影响
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ln(η/c)
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Tg/℃
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0.5-0.8(低分子量)
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75
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0.8-1.0(中分子量)
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79
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1.0-1.2(高分子量)
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81
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1.2-1.4(超高分子量)
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84
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ln(η/c)为相对黏度与稀溶液浓度比值的自然对数值[c为浓度,0.2g(
PVC)/100mL(环己酮溶液),温度为30℃];Tg为用差热分析仪测定的玻璃化温度。
通常随着PVC树脂分子量或聚合度的增高,PVC的熔体表观黏度也增加,流动性变差,加工的困难程度也随之增大,对未增塑PVC的加工就更为困难,要达到适宜的熔体表观黏度,高分子量或聚合度高的PVC树脂就需要相应提高加工温度。但由于PVC树脂热稳定性的限制,过高地提高加工温度会引起树脂降解。工业上聚氯乙烯树脂的生产一般是通过控制聚合温度来控制树脂的平均分子量,分子量的增大意味着聚合过程中反应温度的降低,使得分子链中存在的不正常结构和链端基引发剂残余物的比例相对减少,所以制品的电气绝缘性、光热老化性能也相应提高。因此实际PVC加工中,为控制适宜的熔体黏度,应在综合考虑成型制品的应用形式、成型加工方法和对对分物料熔体流动性要求的基础上,对分子量或聚合度较高的PVC树脂进行增塑和通过适当的配方组成使其稳定化,并采用挤塑或压延成型技术生产软质或半硬质制品;对于分子量较低的PVC树脂,则不加或少加增塑剂,并通过挤塑、注塑、压延或压制成型等方法生产硬制品或半硬制品。
表2
聚氯乙烯的分子量与其加工性质和应用领域的关系
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树脂的平均聚合度DP
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绝对黏度/mpa.s
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K值
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玻璃化温度Tg/℃
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加工成型方法及制品
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主要应用领域
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400-600
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1.20-1.40
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48-56
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71-73.5
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注塑、挤出、吹塑的硬质制品
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注塑件、微膜①、粉末涂层、共混改性
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700-900
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1.46-1.62
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57-65
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74-77
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注塑、吹塑、压延、挤塑的硬质制品
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注塑件、管件、管、板、片、膜、型材、容器
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900-1100
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1.62-1.80
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65-69
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77-79
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挤塑、吹塑、注塑、压延、压制的硬质、半硬质制品
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管、板、片、型材
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1100-1300
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1.80-2.0
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69-73
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79-81
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压延、挤塑、注塑、吹塑的软质制品
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薄膜、片、管、型材、革制品、电线电缆包覆、鞋、玩具
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1300-1700
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2.0-2.4
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73-80
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81-85
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树脂糊、塑性溶胶、涂覆、搪塑的软质制品和涂层
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搪塑制品、纸张及织物涂层、表面保护涂膜
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①我国工业界对特别薄的薄膜(如用于糖纸的内膜)的习惯称呼。
PVC塑料的加工工艺性能及制品性能不仅取决于其平均分子量的高低,同时也与PVC的分子量分布有密切的关系。一般来说,PVC的成型加工以树脂分子量分布较窄为好,这不仅是为了保持加工性能和制品性能的均匀性,而且还因为双键等异常结构大多集中在低分子量级分。分子量分布太宽则表明聚合物中存在着一定数量的分子量偏低或偏高的级分,前者的存在将显著降低其热稳定性、耐热变形温度、电气绝缘性、机械强度和耐老化性;后者的存在往往会使其在通常的加工条件下不易塑化均匀,同样会造成制品的内在质量下降,尤其是外观质量,严重时会在制品表面出现像鱼眼一样的未塑化颗粒。产生“鱼眼”的原因主要有两种,其一是由于聚合过程中条件不当所形成的具有体型结构的超高分子量的聚氯乙烯,因其吸收增塑剂的能力很差,在正常的加工条件下只能为增塑剂膨润而不能使其与体系中其他PVC分子熔混和塑化,从而难于加工成质量良好的制品;其二是聚氯乙烯树脂中存在一些分子量偏高并具有线型结构且物理构型上为内部结构过于紧密被称为“假性鱼眼”的树脂粒子,使增塑剂的渗入、溶胀和树脂的塑化也较困难,这也会影响加工制品的内在和外观质量,当采用较高的加工温度和较强的剪切作用时,这类“假性鱼眼”仍可塑化。
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