CR/PVC共混工藝研究

邢國強，張 進，趙建國

(山西大同大學 化學與環境工程學院，山西 大同 037009)

CR氯丁橡膠：外觀為乳白色、米黃色或淺棕色的片狀或塊狀物，是由單體氯丁二烯(即2-氯-1,3-丁二烯)為主要原料經過乳液自由基、聚合脫除單體生成的極性高分子材料[1]。有較好的物理機械性能：耐老化、耐熱、耐油、耐化學試劑；具有較好的拉伸強度、伸長率和可逆的結晶性。

聚氯乙烯：英文簡稱PVC(Polyvinyl chloride)，現今PVC是世界上需求量最大的通用型塑料，它應用十分的廣泛。在建筑材料、工業制品、生活必需品、地板革、地板磚、人造皮草、管道、電線電纜、食品包裝膜、飲料瓶、、密封材料、纖維等方面均有廣泛應用[5]。

CR與PVC并用改性：對于PVC的改性一直以來都是研究熱點，國內外在CR/PVC共混改性進行了許多研究，但CR/PVC不屬于熱力學相容體系，當PVC含量超過20℅時共混體的各項綜合性能下降。交聯劑JNJ264可以改善CR/PVC的交聯度[7]，增加交聯密度，從而增強其共混體的各項性能，同時也有利于在生產中降低成本。

交聯劑JNJ264：工業制出的產品是白色粉末狀的固體,熔點為138～141℃,它屬于無毒無味的粉末。交聯劑JNJ264的分子中含有兩個非常活潑的基團硫醇(-SH),它們可以同時含有氯聚合物中的Cl發生取代反應,由此而使聚合物產生交聯作用[8]。

1 實驗目的

研究不同工藝條件下制得的CR/PVC綜合性能，發現一種較好共混配方及其對應的生產工藝條件。

目前，已有學者研究得出結論：CR/PVC并用改性時，PVC的加入量最多為20%[8]。沒有對具體加工工藝做出詳細說明，故本實驗主要針對CR/PVC共混工藝做出研究。

2 實驗方法

本實驗采用CR膠乳、PVC膠乳與乳化的交聯劑JNJ264充分混合均勻，然后破乳進行混煉、硫化。重點研究在不同配比、硫化時間、硫化溫度下共混體的改性效果。目的是選擇一種加工工藝，能夠改善兩者相容性提高共混體性能。

3 實驗部分

3.1 實驗原料及儀器

CR和PVC并用，對其硫化特性曲線進行研究，所用到的主要實驗原料如表1。

表1 實驗藥品Table 1 experimental drugs

CR和PVC并用，對其硫化特性曲線進行研究，所用到的主要實驗儀器如表2。

表2 實驗儀器Table 2 experimental instrument

3.2 混煉工藝

為使JNJ264充分的與混合膠乳均勻混合，須將JNJ264乳化。

交聯劑JNJ264的乳化步驟如下：

(1)稱取所需JNJ264的量，用環己酮作溶劑溶解交聯劑。并用磁力攪拌器在35～38℃下攪拌使其完全溶解，大約5min后交聯劑完全溶解，溶液呈黃色透明狀。

(2)按環己酮的用量的2%配制乳化劑，其中A600：Ro3質量比為2∶1，再用蒸餾水將乳化劑稀釋成與溶液等質量。并同樣使用磁力攪拌器。

(3)將JNJ264的環己酮溶液緩慢滴加到乳化劑，并不斷攪拌。

(4)將配制好的JNJ264乳化劑緩慢滴加到CR/PVC混合乳液中，并不停的攪拌。

破乳過程步驟：

采用CaCl2作破乳劑，將破乳劑加入到乳液中，放置一段時間后乳液發生破乳，膠片析出，水分揮發。將破乳后的膠片在烘箱中干燥2～3d。待膠片完全干燥后可以于開放式煉膠機上進行開煉，并加入各種助劑。

本實驗中每組膠料均為200g。每一組樣品基本助劑組成見表3。

表3 基本助劑組成Table 3 basic fertilizer

注：A、B、C、D、E、F表示每一組樣品的編號。

本實驗工藝流程示意見圖1。

圖1 工藝流程示意圖

3.3 分析與測試

本課題所涉及的測試全部按照相關的國家標準進行測試，主要包括：

邵氏硬度按GB/T 531.1-2008測試；拉伸性能GB/T 528-92；硫化特性曲線按GB/T 518-1991[9]。

3.4 結果與討論

3.4.1 共混比例對CR/PVC的影響

由于CR顯橡膠的彈性和粘性，而PVC則顯塑料的塑性。共混膠中某種成分的含量決定混合后彈性體的性能。為了能夠有效的提高共混后的性能以及降低生產成本，需要尋找一個合適的共混比。表4中列出了不同共混比下CR/PVC-TPE拉伸性能及邵氏硬度。

表4(續)Table 4 tensile test

注：A、B、C、D、E、F分別代表PVC百分含量為0、10、20、30、40、50時的試樣。

由上表可知，隨著PVC的增加混煉膠的拉伸性能呈現先增加后降低再增加的波浪型變化。邵氏硬度隨著PVC含量的增加而增加。當PVC百分含量為20%時，混煉膠斷裂強力達到了頂峰值9.25MPa，超過了純CR的斷裂強力，其斷裂伸長率已趨于純CR，邵氏硬度為70。綜合各方面因素權衡：在PVC百分含量是20%時制得的CR/PVC-TPE彈性體具有較好的拉伸性能，性價比較高，更具有實際應用價值。

3.4.2 硫化溫度對CR/PVC的影響

本實驗采用的硫化方式為動態硫化，即在高溫加補強劑后加入硫化劑和硫化助劑, 再混煉一定時間后下片。動態硫化法具有加工連續性好、周期短和工藝簡單等優點。表5為不同硫化溫度下當PVC百分含量為20%時，CR/PVC彈性體的拉伸性能。

表5 溫度的影響Table 5 The influence of the temperature

注：A、B、C分別表示硫化溫度為140℃、160℃、170℃。

上圖中，當硫化溫度為160℃時CR/PVC-TPE彈性體的綜合拉伸性能最好，說明此溫度下，PVC與CR交聯結構較好，交聯密度大，所以最適當的硫化溫度為160℃。

3.4.3 硫化時間對CR/PVC的影響

在的橡膠加工中，硫化時間是一個十分重要的因素。硫化時間的長短決定橡膠結構是否已經緊密，是否硫化完全。時間太短不能使橡膠很好的交聯，時間太長則會導致橡膠老化甚至碳化使其性能下降[10]。表6列出不同硫化時間對橡膠性能的影響。

表6 時間的影響Table 6 the influence of time

注：A、B、C、D分別表示5mine、10mine、15mine、20mine

從表中數據可知，當硫化時間為5min時該CR/PVC-TPE彈性體未能完全交聯，在時間15min時交聯度最大，斷裂強力和斷裂伸長最大。當硫化溫度為20min時橡膠老化較嚴重，性能下降。斷裂強力和斷裂伸長最大。所以硫化時間應為15min為宜。

3.4.4 交聯劑對CR/PVC的影響

CR和PVC是熱力學不相容體系，兩者無法形成穩定的結構。所以需要加入一種交聯劑，能夠使CR、PVC分子間交聯度增加具有較好的協同作用，明顯提高CR/PVC力學性能。表7列出了當PVC百分含量為20%時加JNJ264和不加JNJ264共混彈性體力學性能的對照。

表7中，加入交聯劑后其彈性體，斷裂強力達到9.13MPa；而不加交聯劑時斷裂強力僅為4.56MPa。同理，由于加入的交聯劑改善了混用膠內部交聯情況致使其斷裂伸長率也不同，A組分的伸長率為283.36%遠大于B組分的140.98%。邵氏硬度：A組分小于B組分，說明交聯劑能夠讓CR/PVC-TPE彈性體內部結構更加穩定。顯橡膠的彈性從而更有利于其在現實生產中的應用。

表7 JNJ264的影響Table 7 the influence of JNJ264

注：A表示加JNJ264，B表示不加JNJ264的樣品。

4 結論

本實驗測試了不同加工條件下CR/PVC-TPE彈性體的綜合性能，尤其交聯劑JNJ264的加入對生產有非常重要的意義。得出的結論為：

CR/PVC并用改性時，PVC當以20%為宜制的彈性體綜合性能最好；當使用CR和PVC乳液混用時需將交聯劑JNJ264乳化，可以更充分的混合；開煉溫度一般控制在55～70℃；硫化溫度設置成160℃；硫化時間為15mine。

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