不同聚合條件下聚氯乙烯顆粒的內(nèi)部微觀形貌

來(lái)源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2015-01-20 14:50:43點(diǎn)擊率：

　　目前聚氯乙烯(PVC)樹(shù)脂主要由懸浮法、本體法、乳液法和微懸浮聚合法4種方法進(jìn)行生產(chǎn)[1]。氯乙烯微懸浮聚合是將液態(tài)的氯乙烯(VCM)在攪拌作用下分散成液滴,懸浮于水介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)VCM聚合的過(guò)程。溶于單體中的引發(fā)劑,在聚合溫度(45~65℃)下分解成自由基,引發(fā)VCM聚合。水中溶有分散劑,以防達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率后PVC-VCM溶脹粒子的粘并。

　　懸浮PVC樹(shù)脂顆粒是由亞顆粒、聚結(jié)體和初級(jí)粒子聚并而成,內(nèi)部分布有大小疏密不同的孔隙,外表覆蓋有皮膜。PVC顆粒內(nèi)部孔隙的多少,即PVC顆粒的疏松程度,對(duì)樹(shù)脂的表觀密度、增塑劑的吸收及其加工性能都有不同程度的影響,而顆粒內(nèi)部孔隙的多少又是由不同的聚合工藝條件所決定的,影響PVC顆粒內(nèi)部形貌的主要因素有攪拌轉(zhuǎn)速、聚合反應(yīng)溫度、分散劑的種類(lèi)及用量等,但目前的文獻(xiàn)只是從理論上介紹了這些因素對(duì)PVC顆粒內(nèi)部形貌能夠產(chǎn)生的影響,還未見(jiàn)有對(duì)實(shí)例的分析。筆者用環(huán)氧樹(shù)脂包埋不同聚合條件下所得到的PVC小試裝置聚合的產(chǎn)品顆粒,在超薄切片機(jī)上切出斷面,利用透射電鏡所帶的掃描附件對(duì)其內(nèi)部形貌進(jìn)行觀察,分析攪拌轉(zhuǎn)速、副分散劑PVA55的用量以及聚合溫度等因素對(duì)顆粒內(nèi)部形貌的影響,并從微觀層面對(duì)出現(xiàn)的試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了探討。

　　1·試驗(yàn)方法

　　試驗(yàn)用PVC粉料樣品為筆者單位PVC小試裝置在不同攪拌轉(zhuǎn)速、不同副分散劑PVA55用量和不同聚合反應(yīng)溫度等條件下生產(chǎn)的聚合產(chǎn)品。選用環(huán)氧樹(shù)脂Epon812包埋體系(由環(huán)氧樹(shù)脂、催化劑和固化劑等組成的聚合體系),根據(jù)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境濕度,按適當(dāng)比例配成包埋液[2]并充分混勻。將少量包埋液倒在載玻片上,撒上適量產(chǎn)品,攪拌均勻后,倒入包埋板的凹槽中。依次將所有樣品制備完畢,將包埋板置于烘箱內(nèi),分別在35,45和60℃條件下,保溫12 h,使包埋液發(fā)生聚合反應(yīng),變成有一定硬度的固體樹(shù)脂。再用超薄切片機(jī)切割固體樹(shù)脂,包埋在里面的PVC顆粒便被切割開(kāi),露出斷面,噴涂金屬薄膜,以備SEM分析。

　　用日立H-7000型透射電鏡附帶的H-7110型掃描附件進(jìn)行分析,加速電壓為25 kV。

　　2·結(jié)果和討論

　　2.1攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)顆粒內(nèi)部微觀形貌的影響

　　圖1是在不同攪拌轉(zhuǎn)速條件下得到的PVC顆粒樣品的內(nèi)部微觀形貌?？梢?jiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí),顆粒內(nèi)部具有孔隙大,但數(shù)量少的特征,說(shuō)明初級(jí)粒子多聚結(jié)為尺寸較大的聚結(jié)體,導(dǎo)致顆粒相對(duì)較為致密。轉(zhuǎn)速增加,聚結(jié)體尺寸減小,孔也減小,但孔隙數(shù)量增多,內(nèi)部結(jié)構(gòu)趨于疏松。通過(guò)表1中的數(shù)據(jù)可以看出,隨著攪拌轉(zhuǎn)速的增大,聚合產(chǎn)物的表觀密度下降。表觀密度隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律與顆粒內(nèi)部致密程度與轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律一致。

　　出現(xiàn)這種變化規(guī)律的原因是攪拌強(qiáng)度(轉(zhuǎn)速)能夠影響到顆粒的微觀結(jié)構(gòu)[1],隨著攪拌轉(zhuǎn)速的增加,初級(jí)粒子變細(xì),聚結(jié)體也變細(xì),樹(shù)脂內(nèi)表面積增加,形成疏松結(jié)構(gòu),也導(dǎo)致表觀密度下降。

　　2.2　副分散劑用量對(duì)顆粒內(nèi)部微觀形貌的影響

　　分散劑應(yīng)具有降低VCM和水之間的界面張力,有利于液滴分散,以及減弱液滴或顆粒聚并的雙重作用[1]。PVA55是水解度為55%的聚乙烯醇,是一種油溶性的表面活性劑,作為一種副分散劑,其主要作用就是控制初級(jí)粒子聚結(jié),從而調(diào)節(jié)PVC樹(shù)脂的孔隙率,控制終PVC樹(shù)脂的增塑劑吸收率。PVA55在VCM和水界面上兩相的分配系數(shù)越大,則顆粒越疏松。

　　圖2為不同副分散劑PVA55用量下得到的PVC顆粒樣品的內(nèi)部微觀形貌?？梢?jiàn)PVA55用量較低時(shí),PVC顆粒內(nèi)部孔隙數(shù)量較少,隨著PVA55用量的增加,顆粒內(nèi)部孔隙明顯增多,這一規(guī)律與隨著PVA55用量增加,聚合產(chǎn)物的表觀密度降低,增塑劑吸收量提高相吻合。

　　2.3　聚合反應(yīng)溫度對(duì)顆粒內(nèi)部微觀形貌的影響

　　圖3為不同聚合反應(yīng)溫度條件下PVC顆粒的內(nèi)部微觀形貌?？梢?jiàn)溫度相對(duì)較低時(shí),顆粒內(nèi)部孔隙數(shù)量較多,溫度升高后,顆粒孔隙率降低。這是因?yàn)榫酆戏磻?yīng)溫度對(duì)PVC顆粒的影響同樣能夠深入到微觀結(jié)構(gòu)層面。在相對(duì)較高的溫度條件下,初級(jí)粒子更容易融合成團(tuán),聚結(jié)體緊密堆砌排列,從而使孔隙減少。

　　3　結(jié)論

　　在不同的聚合反應(yīng)條件下,可以得到疏松程度不同的PVC顆粒,隨著攪拌轉(zhuǎn)速增大、副分散劑PVA55用量增多、聚合反應(yīng)溫度降低,PVC顆粒內(nèi)部的孔隙增多,結(jié)構(gòu)趨于疏松。

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