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聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氯乙烯復(fù)合樹脂

1.項(xiàng)目開發(fā)的背景聚氯乙烯樹脂（PVC）是五大通用塑料中僅次于聚乙烯的第二大品種，在我國(guó)，其產(chǎn)能和產(chǎn)量均居世界第一，它已普遍應(yīng)用于建筑、化工、電器儀表、日用品等各種領(lǐng)域。由于其綜合性能好、價(jià)格低廉、用途廣泛，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著重要的地位，但在加工應(yīng)用中存在沖擊強(qiáng)度低，耐熱性和耐候性差等缺點(diǎn)。通常采用接枝共聚，共混等方法向PVC中添加高分子彈性體，使共混體系既可保持硬質(zhì)PVC高模量，高剛性的特點(diǎn)，又可大大提高其缺口沖擊強(qiáng)度，明顯改善其低溫沖擊性能，開發(fā)高抗沖擊耐熱與耐候性優(yōu)良的特種專用PVC一直是國(guó)內(nèi)外研發(fā)的重點(diǎn)。聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氯乙烯復(fù)合樹脂是針對(duì)PVC樹脂的缺口沖擊強(qiáng)度低，共混改性時(shí)改性劑分散不均，易分相滲出，改性效率低而開發(fā)的高抗沖改性PVC專用樹脂，其實(shí)質(zhì)仍是橡膠增韌PVC樹脂。它是以核-殼結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸酯彈性體為基質(zhì)，與VC單體進(jìn)行原位聚合后形成具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改性聚氯乙烯樹脂。一般通過(guò)聚丙烯酸酯膠乳或聚丙烯酸酯粉粒存在下的VC水相懸浮或乳液聚合而制得。采用納米級(jí)核-殼膠乳粒子原位聚合氯乙烯進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)改性是聚氯乙烯樹脂改性的第三代增韌技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)在于改善宏觀混合的不均勻性，質(zhì)量良莠不齊，以及對(duì)共混加工條件依賴性強(qiáng)、加工工藝和配方復(fù)雜、增韌效率低、耐候性差等局限性，同時(shí)解決純粹接枝共聚物大分子鏈流動(dòng)性差、所制材料模量低，制品抗沖性能和剛性模量等不能同時(shí)兼顧的弊端。2、工業(yè)化放大生產(chǎn)2011年3月我校與河北盛華化工有限公司合作，自籌經(jīng)費(fèi)，進(jìn)行了懸浮法聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氯乙烯復(fù)合樹脂的中試，并進(jìn)行了大量中試試驗(yàn)研究。其研究工藝分三步，一是丙烯酸種子乳液的合成。二是懸浮法聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氯乙烯復(fù)合樹脂合成，三是復(fù)合樹脂高速離心脫水，干燥。工業(yè)化試驗(yàn)之前共進(jìn)行17批次種子乳液聚合，70批次原位懸浮聚合，并連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)50批。至2011年9月已成功完成聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氯乙烯復(fù)合樹脂中試試驗(yàn)，為進(jìn)一步工業(yè)化放大生產(chǎn)試驗(yàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。中試試驗(yàn)過(guò)程中解決了以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：（1）聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氯乙烯復(fù)合樹脂在加工后出現(xiàn)黑點(diǎn)問(wèn)題；（2）沖擊強(qiáng)度不高的問(wèn)題；(3)顆粒形態(tài)問(wèn)題；（4）分散體系與乳液體系共穩(wěn)定性問(wèn)題。2011年9月底實(shí)現(xiàn)13.5m3工業(yè)化裝置試運(yùn)行生產(chǎn)，至2011年12月完成工業(yè)化生產(chǎn)用種子乳液聚合40余批，原位聚合及干燥30余批，經(jīng)過(guò)配方和工藝的進(jìn)一步改進(jìn)，共生產(chǎn)各項(xiàng)性能合格的聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氯乙烯復(fù)合樹脂60余噸，產(chǎn)品性能與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)完全達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)。3.本項(xiàng)目的技術(shù)成果與產(chǎn)品應(yīng)用聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氯乙烯復(fù)合樹脂在河北盛華化工有限公司成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氯乙烯復(fù)合樹脂產(chǎn)品的空白，增加了我國(guó)PVC新品種，對(duì)推動(dòng)我國(guó)PVC市場(chǎng)從通用型轉(zhuǎn)變到特種專用型有著及其重要的作用，同時(shí)對(duì)我國(guó)高品質(zhì)硬質(zhì)PVC制品的發(fā)展具有積極的推動(dòng)作用。該產(chǎn)品集抗沖、耐磨、耐老化、耐腐蝕、阻燃、絕緣性好等優(yōu)異性能于一身，抗沖擊性能尤其突出，其技術(shù)性能指標(biāo)已達(dá)到并超過(guò)同等ACR含量下美國(guó)Rohm & Hass公司KM-355P改性PVC樹脂的水平，作為高抗沖PVC-M管道專用料應(yīng)用前景十分廣闊。該產(chǎn)品的不斷推廣應(yīng)用，將進(jìn)一步促進(jìn)管道工業(yè)、高品質(zhì)建材行業(yè)和其它塑料制造業(yè)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氯乙烯復(fù)合樹脂成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化預(yù)示了國(guó)內(nèi)PVC產(chǎn)品市場(chǎng)轉(zhuǎn)變的一個(gè)良好開端，它將逐步推動(dòng)我國(guó)PVC樹脂產(chǎn)品向系列化、專業(yè)化的水平，相信經(jīng)過(guò)幾年或十幾年時(shí)間的發(fā)展，我國(guó)的PVC樹脂牌號(hào)就會(huì)像產(chǎn)能一樣形成規(guī)模，改變目前以生產(chǎn)大批量的通用樹脂為主，而許多PVC下游加工企業(yè)所需的PVC專用樹脂主要依賴進(jìn)口的不良局面，簡(jiǎn)化了加工工藝配方和過(guò)程，節(jié)約了能源消耗。本項(xiàng)目成功工業(yè)化產(chǎn)品有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）在傳統(tǒng)PVC懸浮樹脂生產(chǎn)設(shè)備基礎(chǔ)上，引入聚丙烯酸酯乳液，與VC單體進(jìn)行原位懸浮聚合，形成了聚丙烯酸酯與PVC兩相之間穩(wěn)定的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，大幅度提高了聚氯乙烯的力學(xué)性能，為生產(chǎn)高品質(zhì)的管材等高端產(chǎn)品奠定了材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)材料微觀結(jié)構(gòu)的均勻性顯著改善了新型復(fù)合樹脂的缺口沖擊韌性。同時(shí)，使用該專用樹脂生產(chǎn)制品時(shí)無(wú)需添加其他增韌劑，與傳統(tǒng)ACR或等效CPE共混改性PVC相比，原材料成本有所降低，簡(jiǎn)化了工藝流程，節(jié)約了能耗；（2）通過(guò)配方和工藝的調(diào)整，解決了聚丙烯酸酯乳液在懸浮聚合體系中分散的均勻性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)連續(xù)工業(yè)化試生產(chǎn)，復(fù)合樹脂質(zhì)量穩(wěn)定。同時(shí)建立了新型復(fù)合樹脂的產(chǎn)品企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。（3）該復(fù)合樹脂耐候性好，加工塑化時(shí)間短，不存在CPE-g-VC樹脂加工時(shí)黃色指數(shù)變化明顯的缺點(diǎn)，也不像EVA-g-VC樹脂那樣對(duì)加工溫度敏感，使得PVC的加工性能得到改善；（4）該項(xiàng)目的成功實(shí)施為乳液與懸浮兩大聚合方法之間協(xié)同關(guān)系找到了規(guī)律性認(rèn)識(shí)，這對(duì)其它類似體系共聚物的制備研究具有積極的理論指導(dǎo)意義。公司質(zhì)管處對(duì)產(chǎn)品粘數(shù)、熱老化白度、篩余物、水份、魚眼等指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)，作為高抗沖擊專用料先后經(jīng)過(guò)河北省分析測(cè)試研究中心、河北省氯堿工程技術(shù)研究中心檢測(cè)分析，其常溫簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度大于30.0kJ/m2，-10℃時(shí)為大于8.0kJ/m2，比普通PVC制品高10倍。我們研制的聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氯乙烯復(fù)合樹脂經(jīng)過(guò)張家口市盛華偉業(yè)管業(yè)有限公司，張家口市方盛塑業(yè)有限公司和河北匯泰塑業(yè)有限公司作為高抗沖專用料用于制作管材和板材制品性能均能達(dá)到并超過(guò)國(guó)家建材行業(yè)指標(biāo)要求，而且產(chǎn)品流動(dòng)性好、不需添加任何增韌劑和加工助劑，可大幅度降低了生產(chǎn)成本，減少了環(huán)境污染，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。其中所生產(chǎn)的各規(guī)格管材按CT/T272-2008標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)后，密度、二氯甲烷、落錘、維卡、回縮、液壓六項(xiàng)指標(biāo)全部合格。經(jīng)過(guò)多家大型PVC加工企業(yè)的檢測(cè)和應(yīng)用試驗(yàn)為該產(chǎn)品市場(chǎng)定位和開拓應(yīng)用新領(lǐng)域打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氯乙烯復(fù)合樹脂首先是作為高抗沖PVC-M管道專用料使用，另外還可用于其它方向的管道工業(yè)、高品質(zhì)建材行業(yè)、汽車工業(yè)，以及電器儀表和工程塑料等應(yīng)用領(lǐng)域。

河北工業(yè)大學(xué) 2021-04-13

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