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改性聚乙烯醇热塑加工性能的研究

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第l7卷第6期 高分子材料科学与工程 v。l 17 .6 2001年1 1月POl YMER MATERIAI.S SCIENCE AND ENGINEERING N0 2001 改性聚乙烯醇热塑加工性能的研究 王 茹,王 琪,李 莉,华正坤 t高持子材料工程国家重点宴验童.四川太学高持于研究所.四j¨成都610 ̄65 华南理工大学聚舍物新型成型装备国家工程研究中.12'.广东广州510640) 摘要 采用自制小型柱塞式挤出蓑王研究了6神PVA改性体系的热壹加工性能。采用平板硫化机压膜. 观察了不同体系的成膜性能。蛄果表明.改性剌在不同程度土改善了PVA的热塑加工性能;通过热压成 型可以将致性PVA制成连明性很好的薄膜;小型柱塞式挤出装置可以有效地判断PVA改性体系的热 壹加.工性能 关键词:聚乙烯醇;改性;热塑加工性能 中围分娄号:TQ320.66 文献标识码:A 立章编号:1000—7555(2001)06—0111-03 聚乙烯醇(PVA)薄膜具有优异的性能,在 PVA(】799、】795、】788、】088、0588):中国 薄膜材料中占有十分重要的地位 PVA的结构 石化四川维尼纶厂产品;丙三醇:重庆化玻公司 特点使其难以热塑加工lI 。因此.PVA纤维和 产品,化学纯;乙二醇:成都化学试剂厂产品,分 薄膜一般采用湿法生产 j 目前市售的PVA膜 析纯;己内酰胺:北京化学试剂公司提供、化学 大多采用流延法生产、但由于其成本高等缺点. 纯 了PVA膜的推广应用。韩国人提出了喷 1.2样品{爿备 射法生产PVA薄膜,但其产品强度不高 一一 将经计量的改性剂加入到一定量蒸馏水中 若能实现PVA的吹塑成膜,无疑将在PVA薄 混合均匀,再将称量好的PVA加入混匀,溶 膜的生产行业带来根本性的突破。对此,国内外 胀,溶胀良好后,加入小型柱塞式挤出装置进行 均投入大量入力物力竞相研究 。我们提出通 加工 过选择和制备与PVA有互补结构的聚合物和 1.3测试及表征 增塑剂.在分子水平上控制PVA的聚集态结 1.3.1 热塑性能:PVA熔融和分解几乎同时 构,其结晶,降低其熔点,增加其热稳定性, 进行,测试仪器清洗困难,易损坏。含水PVA 从而得到可进行吹塑成膜的加工窗口 我们曾 增塑体系,在高温下将产生气泡 用常规仪器难 报道了6种PVA改性体系中PVA形态结构 以评定PVA的热塑性能。我们自行研制了口 的变化和改性剂对PVA热性能的髟响,即以 模孔径可调的小型柱塞式挤出装置,其结构如 水(1 )、丙三醇(2 )、乙二醇(3 )和己内酰胺 Fig.1所示,用该设备研究了改性PVA体系的 (4 、5 、6 )为主的改性体系。本文将进一步研 热塑性能。试验方法是,将料筒加热到一定温 究6种改性体系的热塑加工性能 度,待温度恒定后将计量好的溶胀料加入料筒 内。在一定压力下经口模挤出,用秒表记录物料 1实验部分 在不同温度下开始挤出和完全挤出的时间,以 1.1原料及试剂 评定树脂的热塑性能。体系的温度用电子管继 收穑日期:2000-12-16 摹金项目;国家重点基础研究寺项经费资助项目【 1999064809).华南理工大学聚音物新型成型装备国家工程研究中心资 助课题tNBRC 98 002) 作者简舟;王茹【l 975 J、女、博士生 联系^ 堆. 维普资讯 http://www.cqvip.com

高分于材料科学与工程 电器控制 1.3.2成膜性能:采用国营青岛化工机械厂产 j0t平板硫化机(QI B—D400×400×2)于140 C将PVA溶胀料压制成膜。 Fig 1 Serf—made tXlrusion apparalus diaRram 1:【hermometer;2:pistoni :insulating layer:4 heating ̄cketi 5 f…fv oil tanki 6:5 cofe 11o}d ef{7:d ,8:baffle 2结果与讨论 2,1改性体系的熔融行为 自制小型柱塞式挤出装置的口模孔径可 调。在实验中,我们先后采用了不同孔径的口模 (中5 iTim、中4 lD.m、中3 Inm、中2ram、中l mm) 实 验发现.口模 L径减小.挤出时阻力增大.开始 挤出温度增高。如采用中2mm口模时开始挤出 温度比采用西5 mm口模高10 C。随温度升高. 塑化时问减少.挤出产品透明性增加。采用雪l mm孔径口模很难挤出均匀透明的产品.挤出 产品中夹杂许多气泡,严重影响制品外观。这是 因为改性剂中含有水,在PVA挤出温度下有 部分水分蒸发并分别从料筒和活塞杆问的间隙 和口模排出。口模孔径过大,水分迅速散失.蒸 发过快,不能有效地发挥增塑作用使PVA很 好地塑化;口模孔径过小.蒸发的水分不能及时 散发.在产品中形成许多气泡 通过实验发现采 用中2 mm孔径口模可以使水分散失和增塑作 0-■ 用达到平衡,所以以下实验均选用雪2ID.m孔径 口模进行研究。 2,1.1一定压力不同温度下改性体系的熔融 行为;选用雪2mm孔径口模,在挤出压力为9.8 xl Pa条件下研究了6种PVA改性{奉系在 不同温度下的塑化行为 实验表明,1 、4 、5 , 6 在120 C即可挤出,2 、3 于I3O C才可挤 出。低温下大部分挤出产品状态不佳,呈半熔融 态,半透明;随温度升高,各体系的挤出物状态 变好,开始挤出时间缩短(即塑化时间缩短),更 容易挤出,透明性变好,其中1 和4 挤出物的 透明性最好。由于所设计的装置为柱塞式挤出 装置,仅靠料筒壁传热来加热物料.低温下,传 热速率小,物料内外层温差大.塑化不均,使料 筒内存有未熔或半熔颗粒,影响了挤出物的状 态 温度升高,传热速率增大,物料能在短时间 内塑化完全.挤出物状态变好。高温下.大分子 链的热运动加快,缠结减少.分子间作用力被削 弱,熔体粘度降低.塑化时间缩短.使物料更易 挤出。 Fig.2描述了6种PVA改性体系开始挤 出时间与挤出温度的关系。可见,随温度升高, 各体系的开始挤出时间缩短.但当温度达到一 定值(1 3O C)后,开始挤出时间趋于稳定。这表 明.在此温度以上,PVA在短时间内即可塑化 均匀,一经熔融立刻挤出,因此开始挤出时间相 差不大。由此可确定各体系的可加工温区 帕 0∞ ∞ 70 r(℃ Fig 2 Dependence between i¥11al extraslon timeU)and ex ̄rosioa temperature ̄T) die: 2 mml pressure 9 8×10 Pa:口:1 ;●: 2 l▲:3 :T『4 l 0:5 ;+:6 I60 I40 I∞ Fig.3 Drawing of processing temperal ̄re band a;l}b;2 l c;3 ;d:4 ㈨5 ;f 6 纯PVA无法热塑加工,不存在加工温区。 改性剂的加入,可极大地改善PVA的热塑加 维普资讯 http://www.cqvip.com

第6期 王 葡等:改性聚乙烯醇热塑加工性能的研兜 工性能 由Fig.3可明显看出,每种体系均有特 定的加工温区;4 的可加工温区较宽(120~ 18O C),其次是5 、6 (120~170 C),接着是 Fig.4描述了6种PVA改性体系的开始 挤出时间与挤出压力的关系。可见,随挤出压力 增大,开始挤出时间缩短,即塑化时间缩短,但 当压力增至~定值,塑化时间趋于定值。这表 明,此时的压力已能韩克服所有阻力,使物料一 经熔融即可挤出 但压力并不是越高越好.因为 1 (120~160 C),2 3 的可加工温区最窄 (13O~160 C) 提高温度可促进物料塑化一降 低熔体粘度,提高熔体流动性,但并不是温度越 高越好 西为,温度较高时,PVA易醚化或分 解,变色,产生气殊,严重影响挤出物外观。从实 验中我们看到:当温度升至170~190 C,物料 普遍产生不同程度的变色现象。 从以上分析可知,4 在改菩PVA的熔融 性和提高PVA的稳定性方面效果最好 压力的增加必然导致设备费用和维修费用的增 加。 由实验结果可知,用小型柱塞式挤出装置 挤出改性PVA体系,9.8×10 Pa的挤出压力 已玎满足挤出要求,这对实现改性PVA的工 业化熔融加工具有重要意义。 2.2改性体系的成胰性能 为了进一步考察各改性体系的热塑加工性 能,我们将PVA和改性PVA体系热压成膜。 实验结果表明,在热压温度为140 C时,纯 PVA不能熔融加工,压出产品厚(0.62 mm)、 脆、颜色为浅黄,有明显的颗粒界面,无法成均 的膜 改性剂的加大改善了PVA的热 塑加工性能,在相同温度下即可热压成膜,且膜 p(Pa Fi毫1 4 Dependence between initial extrusion time(t)aad extrasion pressure【P' 均匀性好、厚度小(0.14 ram)、强度高、柔韧性 好、透明性好,其中4 样品的透明性最好。从压 制薄膜过程来看,4 的加工性及膜的各种性能 亦最好,这与前述采用小型柱塞式挤出装置进 行热塑加工性能的寝I试结果一致。 参 考文 献 die:02 mm;temp 140 C‘口,1 ;●:2 ;▲: 3 ;V:4 ;0:5 }+:6 2.1.2一定温度不同压力下改性体系的熔融 行为:选用 2 mm孔径口模,在挤出温度为 】40 C时研究了6种PVA改性体系在不同压 力下的塑化行为。实验结果表明,当挤出压力为 2.8×10‘Pa时,6种PVA改性体系均不能在 140 C从cP2mm孔径口模挤出;当挤出压力增 大为4.3×10‘Pa时6种体系均在0.5rain左右 [1]严瑞擅[YAN Ri—xuan).木溶性高分子(Water Soluble Potymer)北京:化学工业出版社【Betting:Chemicat ].dust ̄'y press).1998f 61- 2]Piao don—shwi.Toshio Kitao.Sent G ̄kkaishi-1982·38 t2)t T一61. 时间挤出,且i 、4 、5 、6 挤出物的透明性均 很好。随挤出压力增加,改性PVA更容易挤 出.开始挤出时间缩短 由于物料在挤出过程中 3]Se ̄ut C.J.Kor.Fiber S0c.·1995·船:8140. [4]Chang 。u1.s0uk—l IMah.Polymer·1997·38t 22): 5551 [ ] Kimotc Hira. ̄hi.0 am Mas. ̄toshi—J- ̄,pan Kckai 受到一定阻力(包括料筒对熔体的摩擦力、熔体 自身的摩擦力、口模阻力等),物料难以挤出或 只挤出少量 因此增大压力.可以充分克服这些 阻力,并压实物料.提高传热速率,使物料塑化 771l07 ̄(1977). Is]况泰责(KUANG Tai—gu1)·杜肇,t(DU Zh ̄,o一 )-CN 85414040A.6 Dec.-1987. (下转第117页.【0 be c(3ntlnued on P.II 7) 均匀,流动速率增大,容易挤出。 维普资讯 http://www.cqvip.com

第6期 张玉梅等:瞳基率电解质与聚丙烯共混体系的诫变性能研究(1)PHGC/PP 1l7 [3]吴墙熙(wu Pei—xi 主编聚合物共混改性(Polymer [{]Eisenberg A Macromoleeules.1 990.3【z):i47 Blends Modification)北京:中目轻工业出版社tBei— r s]Han C D Mu[tiphase Flow in Po Lyme r Processing.New Jing:Chinese Light Industry Press)-i996:1 16- York:Academic Press.198l z 81. STUDY ON THE RHE0L0GICAL BEHAVIORS 0F P0LYELECTR0LYTE/PP BLENDS (1)PHGC/PP ZHANG Yu—mei,JIANG Jian—ming,CHEN Yan—mo 【East China Universi3 ,Shanghai 200051,China) ABSTRACT:The rheologicaI behaviors of polyhexamethylene guanidine hydrochloride(PHGC) and polypropylene(PP)blends have been investigated using the capillary rheometer.The PHGC/ PP melts are the shear—thinning non—Newtonian fluid.The viscosity.non—Newtonian index and flow activation energy of PHGC/PP vary with the content of PHGC,temperature and shear rate, which is related to the phase structure of the blends.From the TEM photographs,it is clear that PHGC disperses in PP matrix with larger particles(about 2~5 m). Keywords:polymeric guanidine;polypropy[ene;blends;rheological behavior (上接第il3页.condnued h m P.i13) STUDY 0N THE MELT—PR0CESSING PROPERTIES 0F MoDIFIED PVA WANG Ru,WANG Qi,LI Li,HUA Zheng—kun (The State Key 1.aborato ̄'y of Po5-7 ̄te]。Materials Engineering,Po met Research Institute,Sichuan University,Chengdu 61 0065,China; The National Engineering Research Center of Novel Equi ment for P0lymet Processing,South China University fo Technology,Guangzhou 51 0640,China) ABSTRACT:In this paper,the melt—processability of PVA with different modifiers was studied by using self—made ram extrusion apparatus.The results show that with incorporation of the modifiers into PVA,the melting behavior of PVA is improved.The modified PVA could be made into transparent films by hot—pressing method.The encouraging results obtained in this ̄tudy provide theoretical and experimental basis for thermal blowing process of PVA film. Keywords:PVA;modify;melt—processing properties 

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