具有低温抗冲击性能PVC畜牧板的研究

朱小云

摘要：多离子聚合物对于提升PVC材料的低温冲击性能有着重大的意义，能够使得PVC材料较好的应用于畜牧业中。本文首先采用共聚合方法制备多离子聚合物作为PVC热稳定剂的主要成分，可有效改善PVC的低温抗冲击性能；在此基础上复配硬脂酸钙和硬脂酸锌等成分，确保PVC的热稳定性能复合产品需求，从而制备出具有低温抗冲击性能的PVC畜牧板。

关键词：聚合物、低温、热稳定性、PVC

1、概述

畜牧板是农场建材中必不可少的一部分，传统木制畜牧板因为其易发霉、腐败、强度低、破坏环境等问题，已经不能满足当前农业的需求。PVC由于具有多种优异的性能，已经被应用于畜牧业。PVC畜牧板是一种新型材料，主要用于动物养殖隔板，其具有坚固耐用、防水防潮、抗冲击，耐腐蚀等优点，且可以循环使用。但是PVC材料也存在一定的缺陷，即在低温情况下的抗冲击性能较差，需要添加改性剂进行改性。

2、低温增韧多离子聚合物的制备

低温增韧多离子聚合物作为PVC热稳定剂的主要成分，可有效改善PVC的低温抗冲击性能。目前用于改善PVC低温抗冲击性能的离子聚合物大多为单离子聚合物，但是单离子聚合物的增强作用方式单一，例如一价离子主要通过离子聚集的方式使得材料力学性能提升，二价离子则通过离子键的交联作用来实现力学性能的提升，因此单离子聚合物对于PVC低温抗冲击性能的改善有限，无法满足高性能PVC产品的需求。同时，在制备多离子聚合物时还发现，由于电荷效应，带有相同电荷的离子会存在排斥性，容易导致在制备单离子聚合物之后，在进一步制备多离子聚合物时遇到了阻碍。最终，团队通过进一步的研究，发现制备过程中pH的调控至关重要，并最终得出将各步骤的pH控制在特定范围内，可成功制得含有合理一价/二价阳离子比例的多离子聚合物，将该多离子聚合物作为PVC热稳定剂的主要成分，相较于单离子聚合物，可进一步有效改善PVC的低温抗冲击性能，同时制备方法简单，原料获取渠道丰富，价格低廉。

低温增韧多离子聚合物的制备步骤如下：

（1）将5～15重量份含有碳碳双键和羧酸基团的单体A（丙烯酸和甲基丙烯酸中的一种或多种）、20～50重量份烯烃类单体B（乙烯、丁二烯、苯乙烯和丙烯中的一种或多种）和1～5重量份引发剂（偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、叔丁基过氧化氢和过氧化二异丙苯中的一种或多种）在50～80℃、30～50r/min下进行聚合反应3～5h，得到共聚物。

（2）用抗衡离子化合物A（氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠和醋酸钠中的一种或多种）调节共聚物的pH值为5.0～6.0，得到单离子聚合物。

（3）用抗衡离子的化合物B（氢氧化钙、碳酸氢钠钙、碳酸钙、醋酸钙、氢氧化锌和醋酸锌中的一种或多种）调节单离子聚合物的pH值为6.2～7.5，得到多离子聚合物。

3、PVC热稳定剂的制备

将低温增韧多离子聚合物与硬脂酸钙和硬脂酸锌等成分进行复配，可确保PVC的热稳定性能满足要求。按重量份计，PVC热稳定剂包括低温增韧多离子聚合物10份，硬脂酸锌20份，硬脂酸钙30份，磷酸三苯酯20份，抗氧剂10份和润滑剂4份，将上述成分在高速混合机中混合均匀后，即得多离子聚合物的复配热稳定剂，即为PVC热稳定剂。

4、PVC畜牧板的制备

PVC畜牧板包括PVC粉末100phr，PVC热稳定剂1～5phr，环氧大豆油2～15phr。将PVC粉末、PVC热稳定剂和环氧大豆油搅拌均匀，于180℃下混炼3min，随后在180℃、110bar条件下热压0.5～2min，得到PVC畜牧板。

5、热稳定的对比试验及性能测试

热稳定的性能主要从低温冲击强度、刚果红热稳定时间和烘箱静态热稳定时间三方面进行。

试验一：制备过程中分别进行未添加离子聚合物、添加单离子聚合物、添加多离子聚合物、同时添加单离子聚合物和多离子聚合物的试验，最终得出结论，在未添加多离子聚合物或单离子聚合物时PVC样片的低温冲击性能并不理想，而添加之后PVC样片的低温冲击性能得到明显的提升。同时对比单离子聚合物与多离子聚合物之间的低温冲击性能发现，多离子聚合物对于提升PVC样片的低温冲击性能更好。其次，多离子聚合物的引入对于PVC样片的长期热稳定性能（静态热稳定时间）也有较好的提升，因为多离子聚合物中含有锌离子或钙离子能够起到络合PVC链中不稳定氯离子的作用。

试验二：在制备过程中调节PH值，可以得知，pH值的大小能够影响阳离子在多离子聚合物中的占比，若pH值过小会使得一价阳离子或二价阳离子的含量降低，使得离子键的交联作用或聚集作用减弱，从而导致材料的低温冲击性能较低以及影响材料的热稳定性能；若pH值过高会使二价阳离子的含量降低或升高，例如步骤(2)的pH过高会使二价阳离子引入过程受到电荷作用的影响，从而降低其含量，另一方面，若步骤(3)的pH过高会破坏一价阳离子与二价阳离子之间的比例，从而限制材料的低温冲击性能。

6、结语

    综上所述，通过采用共聚合方法，使用丙烯酸类和烯烃类单体制备得到多离子聚合物，使非极性链上同时有一价阳离子和二价阳离子，多离子聚合物既能够通过离子键的交联作用提升材料力学性能，又能通过离子聚集的方式提高材料力学性能，并且通过调控pH值使多离子聚合物能够成功制备，将其作为PVC热稳定剂的主要成分，相较于单离子聚合物，可进一步有效改善PVC的低温抗冲击性能，以此来满足PVC复合材料在畜牧业中使用要求。

参考文献

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