第21卷第1期紡織高校基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)報(bào)Vol. 21,No. 12008年3月.BASIC SCIENCES JOURNAL OF TEXTILE UNIVERSITIESMarch,2008文章編號(hào):1006-8341(2008)01-0104-04聚氯乙烯/聚醋酸乙烯酯的相容性研究高屹'，沈新元12(1.東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院.上海201620; 2. 東華大學(xué)纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室.上海201620)摘要:采用溶解度參數(shù)原則和混合焓變?cè)瓌t,對(duì)聚氯乙烯/聚醋酸乙烯酯共混體系相容性進(jìn)行了預(yù)測(cè),并通過(guò)粘度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的分析和顯微鏡的觀(guān)察來(lái)驗(yàn)證。結(jié)果表明,聚氯乙烯和聚醋酸乙烯酯共混體系屬于部分相容體系,且相容性與組成有關(guān).關(guān)鍵詞:相容性;聚氯乙烯;聚醋酸乙烯酯;共混中圖分類(lèi)號(hào):O 631文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A0前言聚氯乙烯(PVC)具有優(yōu)良的耐酸堿性、成膜性,其均聚物能耐酸、堿、鹽、油類(lèi)、食品、化學(xué)氣體與大氣的老化,且價(jià)格便宜.無(wú)毒,是一種值得推廣的膜材料[1].但PVC作為膜材料由于自身的親水性較差,因此在實(shí)際應(yīng)用中受到限制.提高PVC膜的親水性,目前最常使用的方法是引入親水性的第二組分聚合物與PVC共混.已見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道的第二組分聚合物有聚乙烯醇縮丁醛(PVB)[2]、羧化聚氣乙烯(CPVC)[0、聚乙烯醋酸乙烯(VC-co-VAC)[4]、異丁烯-馬來(lái)酸酐共聚物(IB-co MIL)等[5].本文以聚醋酸乙烯酯[<]為第二組分聚合物.聚合物共混共混膜的性能,既取決于共混組分的性質(zhì)和比例,又與共混狀態(tài)有關(guān);而共混狀態(tài)與組分的相容性和混合方法有關(guān),因此了解聚合物之間的相容性是選擇共混組分的基礎(chǔ).本文通過(guò)理論預(yù)測(cè)和溶液粘度法等測(cè)試表征,研究了PVC/PVAc共混體系的相容性,發(fā)現(xiàn)該共混體系是部分相容體系,為后面的PVC/PVAc共混膜的研制提供了重要依據(jù).1實(shí)驗(yàn)1.1 原料聚氯乙烯(PVC) :無(wú)錫格林艾普化工股份有限公司;聚醋酸乙烯酯(PVAc):上海張江化工廠(chǎng);N,N-二甲基乙酰胺(DMAc):上?；瘜W(xué)試劑公司.1.2共混膜 的制備將PVC、PVAc按一定比例溶于DMAc中,加熱充分?jǐn)嚢枞芙?用L-S相轉(zhuǎn)化法[0制備共混膜.1.3共混體系的表征1.3.1偏光顯微觀(guān)察采用BX51型熱臺(tái)偏光顯微鏡觀(guān)察聚合物含量為1%的不同配比的共混溶液.1.3.2粘度測(cè)試采用TC502型計(jì)算機(jī)控制粘度儀,分別測(cè)定聚合物含量為1.5%和0.75%的不同配比的PVC/PVAc共混溶液的粘度,測(cè)試溫度為30土0.1C.1.3.3玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測(cè)試將不同配比的樣品擠出成型中國(guó)煤化王熱儀對(duì)共混物升溫,測(cè)量其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,升溫速率為10C/min. .YHCNMHG收稿日期:2007-09-30通訊作者:沈新元(1948-),男.上海市人,東華大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師. E mailt shenxy@dhu. edu. cn第1期聚氯乙烯/聚醋酸乙烯酯的相容性研究1052分析與討論2.1相容性 的預(yù)測(cè)2.1.1溶解度參數(shù)原則 對(duì) 聚合物共混體中各組分之間相容性的要求,具有兩面性.一方面,從共混體的均勻性考慮,要求其相容性好,如果各組分之間相容性差,會(huì)導(dǎo)致無(wú)法形成均一的共混體.但從改性角度考慮,如果兩者的相容性太好,各組分達(dá)到在分子水平上相容,則共混體的性能為各組分性能的平均值,從而并不能達(dá)到保持各組分優(yōu)異性能的要求.因此,要求PVC/PVAc體系具有部分相容性.兩種聚合物混合過(guò)程中的焓變與聚合物的溶度參數(shù)的關(guān)系為OH。/V = (8n- 82)*中2z,(1)式中oH_ 是混和熱(J/mol) ;V是混合物的總體積(cm');8是溶解度參數(shù)(J/cm')/;西是摩爾體積分?jǐn)?shù).從熱力學(xué)角度考慮,0Hm→0時(shí)有利于相容過(guò)程的自發(fā)進(jìn)行,而由式(1)可見(jiàn),聚合物1,2的溶解度參數(shù)δ,8r越是接近,0Hm值越小,體系相容性則越好.因此,可根據(jù)溶解度參數(shù)預(yù)測(cè)聚合物之間的相容性.一般認(rèn)為,兩種聚合物溶解度參數(shù)相差< 1(J/cm' )12時(shí),體系為均相;而> 1(J/cm')1/2 時(shí),則兩種聚合物有可能部分相容,但需要通過(guò)其他手段進(jìn)行驗(yàn)證.由溶解度參數(shù)表的]查得8rve = 20. 5(J/cm' )/2 ,8rvAe = 19. 2(J/cm2 )/2 ,PVC與PVAc的溶解度參數(shù)差值為1. 3(J/cm3 )/2 ,略> 1(J/cm2 )/ ,從而可以從熱力學(xué)角度預(yù)測(cè)PVC/PVAc共混體系是部分相容體系2.1.2混合焓變?cè)瓌t Schneierf1o] 提出可用混合焓變0H.的大小來(lái)估算兩相聚合物之間的相容性.4H- (xM.p(8A -8;)°[T=xMpFa= x>Mmp](2)式中x是聚合物的摩爾質(zhì)量分?jǐn)?shù);M是聚合物結(jié)構(gòu)單元相對(duì)分子質(zhì)量sp是聚合物密度(g/cm2);8是聚合物的溶解度參數(shù)(J/cm' )/".0Hm的臨界值為0.041 9J/mol(此時(shí)體系的混合自由能OG. =0).以O(shè)Hm對(duì)聚合物共混組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))作圖,如果OHa均處于臨界值以上,為完全不相容體系;均處于臨界值以下時(shí),為完全相容體系;與臨界值相交時(shí),則為部分相容體系，且其相容性與組成有關(guān).以PVC為組分1,將prvc = 1.40g/cm' ,pevAe =1.19g/cm2 ,代人式(2)計(jì)算OH.,作圖1.由圖1可見(jiàn)，PVC/PVAc共混體系的OHm與臨界值相交，與PVC/PVAc共混體系是部分相容體系的預(yù)測(cè)一致.由圖1還可見(jiàn),當(dāng)PVC為主要成分,當(dāng)PVC與PVAc共混比> 6二 3-: 4時(shí),體系相容性較好;當(dāng)PVAc的摩爾質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)40%時(shí),體系的相容性變差.2.2 偏光顯微觀(guān)察顯微鏡觀(guān)察法是一種用來(lái)定性地判斷共混物相容與0.2 0.4 0.6 0.8 1.0否的簡(jiǎn)單快捷的方法.如果共混聚合物是相容的,在顯微鏡下觀(guān)察到的是透明、沒(méi)有大塊團(tuán)聚的均勻溶液;相反,如圖1PVC/PVAc共混系統(tǒng)的混合焓變圖果共混物是不相容的,在顯微鏡下觀(guān)察到的是有團(tuán)聚的不均勻溶液.圖2是含量為1%的不同配比的共混溶液的偏光顯微鏡圖,從圖2可以看出,不同質(zhì)量配比的PVC/PVAc共混溶液在顯微鏡下都沒(méi)有明顯的團(tuán)聚粒子,呈較為均一的共混體系,表明PVC和PVAc具有較好的相容性.進(jìn)一步對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)PVC與PVAc質(zhì)量比為5:5和3: 7時(shí),觀(guān)察到有少量的團(tuán)聚現(xiàn)象,說(shuō)明此時(shí)PVC與PVAc的相容性較差,這也和用混合焓變中國(guó)煤化工2.3 粘度分析MHCNMHG通過(guò)聚合物共混溶液的粘度測(cè)試可以判斷共混聚合物的柏谷柱皮,對(duì)丁張皮個(gè)問(wèn)的策合物溶液，以粘度對(duì)共混組成作圖,如果曲線(xiàn)呈線(xiàn)性關(guān)系,表明聚合物在分子水平上完全相容;如果曲線(xiàn)呈S型,表明聚合紡織高?；A(chǔ)科學(xué)學(xué)報(bào)第21卷(a) (1*9)(b) (3: 7)(c) (5:5)(d) (7+3)(e) (9; 1)圖2不同質(zhì)量配比的PVC/PVA2共混溶液的偏光顯微鏡圖物完全不相容;當(dāng)其曲線(xiàn)呈其他非線(xiàn)性關(guān)系時(shí),則聚合物共混體為部分相容01。由圖3很容易看出,PVC/PVAc體系的粘度與共混體系組成關(guān)系呈現(xiàn)出非線(xiàn)性和非s型關(guān)系,因此PVC/PVAc共混體系為部分相容體系.2.4玻璃化轉(zhuǎn)變溫 度分析40廠(chǎng)通過(guò)對(duì)共混物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T)的測(cè)定來(lái)判斷兩種:" 30-聚合物的相容性,主要是基于聚合物共混物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與兩種聚合物分子級(jí)的混合程度有直接關(guān)系.假設(shè)共混體文20-系中的兩種聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分別為T(mén)和Tg2(Tu< 6: 4時(shí),體系相容性較好.(2)通過(guò)偏光顯微鏡對(duì)共混溶液的直接觀(guān)察，證明"TYHC N M H G璃化轉(zhuǎn)變溫度圖體系具有較好的相容性.第1期聚氯乙烯/聚醋酸乙烯酯的相容性研究107(3)根據(jù)粘度 與共混體系組成關(guān)系呈現(xiàn)出非線(xiàn)性、非S型關(guān)系,證明PVC/PVAc共混體系是部分相容體系.4) 用DSC測(cè)定共混體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T]),發(fā)現(xiàn)PVC和PVAc的T。都有不同程度的偏移,進(jìn)一步證明共混體系是部分相容體系;而PVC/PVAc共混比為9: 1時(shí),只出現(xiàn)了一個(gè)T,說(shuō)明此時(shí)相容性最佳.因此,PVC/PVAc共混體系屬于部分相容體系,且相容性與組成有關(guān).參考文獻(xiàn):[1]陳杰. 國(guó)內(nèi)外聚氯乙烯工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展[J].當(dāng)代石油石化.2002.10(3):18-22.[2]隋燕,彭 躍蓬.錢(qián)英.聚氯乙烯共混超濾膜研究[J].膜科學(xué)與技術(shù)，2005 ,25(3):21-24.[3] BABU PRameh,GALKAR V G. 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State Key Laboratory for Modification of Fiber Materials,Donghua Universaity ,Shanghai 201620.China)Abstract : The compatibility of PVC/PVAc binary blends was predicted by solubility parameters and mix-ing enthalpy principle and characterized by some methods such as viscometry, the measured glass transi-tion temperature and polar light microscope. The results demonstrated that the PVC/PVAc blends is apartial-compatibility system, and the compatibility is influenced by the ratio of PVC to PVAc in theirblends.Key words:compatibility;polyvinyl chloride(PVC) ;polyvinyl acetate(PVAc) ;blend編輯校對(duì):黃燕萍中國(guó)煤化工MYHCNMHG