氯化聚乙烯(CPE)与聚氯乙烯(PVC)的特性

时间: 2023-12-20 09:45:43 |   作者: BB贝博平台登录app下载


  氯化聚乙烯是由高密度聚乙烯(HDPE)经氯化取代反应制得的高分子材料。依照结构和用途不同,氯化聚乙烯可分为树脂型氯化聚乙烯(CPE)和弹性体型氯化聚乙烯(CM)两大类。热塑性树脂除了能单独使用以外,还可以与聚氯乙烯(pvc)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、abs等树脂甚至聚氨酯(PU)共混使用。

  在橡胶工业中,CPE可作为高性能、高质量的特种橡胶,也可以与乙丙橡胶(EPR)、丁基橡胶(IIR)、丁腈橡胶(NBR)、氯磺化聚乙烯(CSM)等其它橡胶共混使用。

  氯化聚乙烯(CPE)为饱和高分子材料,外观为白色粉末,无毒无味,具有优良的耐侯性、耐臭氧、耐化学药品及耐老化性能,拥有非常良好的耐油性、阻燃性及着色性能。韧性良好(在-30℃仍有柔韧性),与其它高分子材料具备良好的相容性,分解温度比较高,分解产生HCl,HCL能催化CPE的脱氯反应。

  1) CPE是一种饱和橡胶,有优秀的耐热氧老化、臭氧老化、耐酸碱、化学药品性能。

  2) CPE中含有氯元素,具有极佳的阻燃性能,且有燃烧防滴下特性。其与锑系阻燃剂、氯化石蜡、Al(OH)3三者适当的比例配合可得到阻燃性能优良、成本低廉的阻燃材料。

  3) CPE耐油性能优秀,其中耐ASTM1号油、ASTM2号油性能极佳,与NBR相当;耐ASTM3号油性能优良,优于CR,与CSM相当。

  5) CPE具有高填充性能,可制得符合各种不同性能要求的产品。CPE的加工性能好,门尼粘度(ML1211+4)在50-100间有多种牌号可供选择。

  20世纪90年代末,国内对高性能阻燃橡胶的需求慢慢的变大,特别是电线电缆行业、汽车配件制造业的发展,带动了对橡胶型CPE的消费需求。橡胶型CPE是一种综合性能优良、耐热氧臭氧老化、阻燃性佳的特种合成橡胶。

  主要应用于:电线电缆(煤矿用电缆、UL及VDE等标准中规定的电线),液压胶管,车用胶管,胶带,胶板,PVC型材管材改性,磁性材料,ABS改性等等。

  CPE是一种非自补强性橡胶,需有补强体系才可以做到较好的强度。其补强填充体系与通用橡胶相似,补强剂以炭黑、白炭黑为主,白炭黑能提高CPE的抗撕裂性能,而且能组成间甲白体系,提高CPE与骨架的粘合。CPE具有高填充性,填充体系主要有碳酸钙、滑石粉、陶土等。增塑体系

  CPE受热时或在硫化(非过氧化物硫化体系)时将脱出氯化氢,因此在配方中要使用具有吸酸作用的稳定剂,如硬脂酸钙、硬脂酸钡、三盐基硫酸铅或氧化镁。

  CPE硫化体系应用比较早的是硫脲体系,其中最有效的是Na-22,但Na-22硫化速度慢,老化性能差,压缩永久变形很高,而且Na-22为严重致癌物质,硫化时产生难闻的气味,在国外已经限制使用。

  由于过氧化物是自由基反应产生交联,一些酸性的填料会影响到自由基的生成,故此类填料不宜采用。EataMixTCHC是一种复配型的CPE专用硫化剂,该产品无毒,是由上海悠伦化工引进国内,以满足国内需要。

  现阶段CM硫化体系应用很成熟的是过氧化物硫化体系,其硫化速度较快,产品物理性能好,压缩永久变形小。过氧化物不适用于较低压力下、无模硫化。过氧化物体系可用于胶带的生产,制品物理性能好,耐热、耐油性能好。该体系配合时,加入助交联剂如TAIC、TAC、TMPTM、HVA-2,可显著提升其物理机械性能及耐热性。

  应用成本比国外的噻二唑体系低很多,能适用于各种硫化工艺,包括较低温度,无模无压低压硫化。此种体系混炼胶硫化速度较快,硫化胶的物理性能优良,压缩永久变形低,耐热氧、臭氧老化、耐油性能好,同时也是CPE与二烯类橡胶有效的共交联体系,已经成功应用在胶管行业。TCHC硫化速度较过氧化物慢,但能在较低温度、无压无模条件下硫化,且硫化胶性能优良。

  TCHC可以用廉价的芳烃油作增塑剂,硫化胶性能优良。MgO的活性对TCHC体系硫化胶物理性能及老化性能影响不大,超细Mg(OH)2做酸吸收剂与吸碘值150的高活性氧化镁相当,可以取代昂贵的进口高活性氧化镁,极大的降造成本。

  近几年,美国GEO公司、德国莱茵化学推出了新型的噻二唑硫化体系,与胺类促进剂配合,硫化效果好,但此体系化学成分不公开,且价格高昂,国内推广缓慢。噻二唑体系主要有交联剂与促进剂组成。主要的交联剂有ECHO.A、ECHO.MB、TDD。主要促进剂有Vanax808、EataAccelDH、NC。是一类很有发展前途的助剂。

  有悬浮聚合法、乳液聚合法和本体聚合法,以悬浮聚合法为主,约占PVC总产量的80%左右。

  树脂的质量以粒度和粒度分布、分子量和分子量分布、表观密度、孔隙度、鱼眼、耐热性、色泽、杂质含量及粉末自由流动性等性能来表征。

  (1)悬浮聚合法使单体呈微滴状悬浮分散于水相中,选用的油溶性引发剂则溶于单体中,聚合反应就在这些微滴中进行,聚合反应热及时被水吸收,为了能够更好的保证这些微滴在水中呈珠状分散,需要加入悬浮稳定剂,如明胶、聚乙烯醇、甲基纤维素、羟乙基纤维素等。引发剂多采用有机过氧化物和偶氮化合物,如过氧化二碳酸二异丙酯过氧化二碳酸二环己酯、过氧化二碳酸二乙基己酯和偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈等。聚合是在带有搅拌器的聚合釜中进行的。聚合后,物料流入单体回收罐或汽提塔内回收单体。然后流入混合釜,水洗再离心脱水、干燥即得树脂成品。

  (2)乳液聚合法最早的工业生产 PVC的一种方法。在乳液聚合中,除水和氯乙烯单体外,还要加入烷基磺酸钠等表面活性剂作乳化剂,使单体分散于水相中而成乳液状,以水溶性过硫酸钾或过硫酸铵为引发剂,还能够使用“氧化-还原”引发体系,聚合历程和悬浮法不同。也有加入聚乙烯醇作乳化稳定剂,十二烷基硫醇作调节剂,碳酸氢钠作缓冲剂的。聚合方法有间歇法、半连续法和连续法三种。聚合产物为乳胶状,乳液粒径0.05~2μm,可以直接应用或经喷雾干燥成粉状树脂。乳液聚合法的聚合周期短,较易控制,得到的树脂分子量高,聚合度较均匀,适用于作聚氯乙烯糊,制人造革或浸渍制品。

  (3)本体聚合法聚合装置比较特殊,主要由立式预聚合釜和带框式搅拌器的卧式聚合釜构成。聚合分两段进行。单体和引发剂先在预聚合釜中预聚1h,生成种子粒子,这时转化率达8%~10%,然后流入第二段聚合釜中,补加与预聚物等量的单体,继续聚合。待转化率达85%~90%,排出残余单体,再经粉碎、过筛即得成品。树脂的粒径与粒形由搅拌速度控制,反应热由单体回流冷凝带出。此法生产的全部过程简单,产品质量好,生产所带来的成本也较低。

  一些德国企业认为乙炔气是一个很大的市场,就投资制造了大量的乙炔气。可就在大量的乙炔被产出时,新型发电机被发明了。随之而来的是电价的大幅度下降,从此再没有人用乙炔气灯了。这样一来,大量的乙炔气就没用了。 PVC的发明过程很有意思。这要从100多年前的德国说起——当时电的价格很贵,照明用灯是一般是用乙炔气为燃料的。

  为了利用这些乙炔气,在1912年的时候,有一个叫Fritz Klatte的德国化学家,将乙炔与盐酸反应得到了氯乙烯。他把得到的氯乙烯放在实验室的架子上,过了一段时间,发现氯乙烯聚合了。聚氯乙烯就这样被发明了。

  遗憾的是,当时他并不知道聚氯乙烯有什么用处,虽然他所在的公司(Greisheim Electron)将聚氯乙烯这样一种材料在德国申请了专利,但直到1925年专利过期,他们也没有想出聚氯乙烯有什么用途。然而就在一年后,即1926年,美国化学家,Waldo Semon,又一次独立地发明了聚氯乙烯,而且发现这样一种材料具有优良隔水性能,很适合做浴帘。

  于是,Semon和他所在的B.F.Goodrich公司将聚氯乙烯在美国申请了专利,就这样PVC开始被大量生产应用。

  晶体密度(25℃): 1.52 g/cm3。生产的PVC分子量一般在5万~12万范围内,具有较大的多分散性,分子量随聚合温度的降低而增加。

  无固定熔点,80~85℃开始软化,130℃变为粘弹态,160~180℃开始转变为粘流态。

  有优异的介电性能。 PVC为无定形结构的白色粉末,支化度较校但对光和热的稳定性差,在100℃以上或经长时间阳光曝晒,就会分解而产生氯化氢,并进一步自动催化分解,引起变色,物理机械性能也迅速下降,在实际应用中必须加入稳定剂以提高对热和光的稳定性。

  PVC很坚硬,溶解性也很差。只能溶于环己酮、二氯乙烷和四氢呋喃等少数溶剂中。刚性PVC是使用最广泛的塑料材料之一。PVC材料是一种非结晶性材料。

  PVC材料在实际使用中经常加入稳定剂、润滑剂、辅助加工剂、色料、抗冲击剂及其它添加剂。

  PVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力。然而它能够被浓氧化酸如浓硫酸、浓硝酸所腐蚀并且也不适用与芳香烃、氯化烃接触的场合。

  PVC在加工时熔化温度是一个很重要的工艺参数,如果此参数不当将导致材料分解的问题。

  PVC的流动特性相当差,其工艺范围很窄。特别是大分子量的PVC材料更难于加工(这种材料通常要加入润滑剂改善流动特性),因此通常使用的都是小分子量的PVC材料。

  (1)氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物:制造塑料地板、涂料、薄膜、压塑制品、唱片及短纤维等。

  (2)氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物:这种共聚物制得的薄膜无毒、透明,具有极低的透气性与透湿性,是极好的食品包装材料。这种共聚物也是一种优良的防腐蚀材料。由其制造的纤维称偏氯纶,可做渔网、座垫编织物和化工滤布等。

  (3)丙烯-氯乙烯或乙烯-氯乙烯共聚物:丙烯含量约10%的共聚物,用于吹塑成型和注射成型等。与氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物相比,加工温度较低、且与热分解温度间隔大,熔体流动性好,无毒,透明可制透明度高的薄膜、容器等。

  (4)氯乙烯接枝共聚物:以乙烯-醋酸乙烯酯树脂为基材的氯乙烯接枝共聚物,具有优良的耐冲击性、耐气候性和耐热性,适于作室外用建筑材料。

  (5)氯化聚氯乙烯:PVC经氯化而得的一种热塑性树脂,俗称过氯乙烯,简称CPVC,含氯量61~68%,氢原子没有全部被氯取代。白色或淡黄紫色粉末,溶解性比聚氯乙烯好,能溶于丙酮、氯苯、二氯乙烷和四氯乙烷,耐热性比聚氯乙烯高20~40℃,耐寒性比聚氯乙烯约低25℃,不易燃烧,耐气候、耐化学药品及耐水性均优。

  (1)PVC的应用一般软制品。利用挤出机可以挤成软管、电缆、电线等;利用注射成型机配合各种模具,可制成塑料凉鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽车配件等。

  (2)PVC的应用薄膜。PVC与添加剂混合、塑化后,利用三辊或四辊压延机制成规定厚度的透明或着色薄膜,用这种方法加工的薄膜,称压延薄膜。也可以将软PVC粒料,利用吹塑成型机吹制成薄膜,这称为吹塑薄膜。薄膜上可以印花(如包装装潢图案和商标等)。薄膜用途很广,能够最终靠剪裁,热合加工成包装袋、雨衣、桌布、窗帘、充气玩具等。宽幅的透明薄膜能供温室、塑料大棚及地膜之用。经双向拉伸的薄膜,有受热收缩的特性,可用于收缩包装。

  (3)PVC的应用涂层制品。有衬底的人造革是将 PVC糊涂敷于布上或纸张上,然后在 100℃以上塑化而成。也可以先将PVC与助剂压延成薄膜,再与衬底材料加热压合而成。无衬底的人造革则是直接由压延机压延成一定厚度的软质薄片,再压上花纹即成。人造革可拿来制作皮箱、皮包、书的封面、沙发及汽车的座垫等。还有地板革,用作建筑物的铺地材料。

  (4)PVC的应用泡沫制品。软质 PVC混炼时,加入适量的发泡剂作成片材,经发泡成型为泡沫塑料,可作泡沫拖鞋、凉鞋、鞋垫、坐垫、及防震缓冲包装材料。也可用挤出机挤出成低发泡硬PVC板材和异型材,可代替木材使用,是一种新型的建筑材料。

  (5)PVC的应用透明片材。PVC中加冲击改性剂和有机锡稳定剂,经混合、塑化、压延而成为透明的片材。利用热成型可以作成薄壁透明容器或用于真空吸塑包装,是优良的包装材料和装饰材料——如月饼包装盒。

  (6)PVC的应用糊制品。将 PVC分散在液体增塑剂中,使其溶胀塑化而成增塑溶胶,通常用乳液或微悬浮树脂,还需加稳定剂、填料、着色剂等,经充分搅拌,脱气泡后,配成PVC糊,再用浸渍、浇铸或搪塑等加工成各种制品。如衣架、工具手柄、圣诞树等。

  (7)PVC的应用硬管和板材。 PVC中加入稳定剂、润滑剂和填料,经混炼后,用挤出机可挤出各种口径的硬管、异形管、波纹管,用作下水管、引水管、电线套管或楼梯扶手。将压延好的薄片重叠热压,可制作成各种厚度的硬质板材。板材可以切割成所需的形状,然后利用PVC焊条用热空气焊接成各种耐化学腐蚀的贮槽、风道及容器等。

  (8)PVC的应用其它。门窗由硬质异形材料组装而成。在有些国家已与木门窗、铝窗等共同占据门窗的市场;仿木材料、代钢建材(北方、海边);中空容器;油瓶、水瓶(已经被PET、PP代替)。

  聚氯乙烯是用途最广泛的通用塑料之一。PVC具有非常好的隔水性,所以被大范围的使用在制造水管,浴帘;此外PVC具有阻燃性能,因为在燃烧时,PVC会释放出抑制燃烧的氯原子。

  3、电子电器:电线电缆绝缘层、电线套管、电池套管、槽线、包装:中空吹塑包装瓶,可用于食品、调味品、饮料等包装、包装各种物品的软包装、啤酒瓶盖及饮料瓶盖内衬。

  6、其它:日用品,如凉鞋、拖鞋、盘、盆、盒、水池、洗衣板等、薄膜用品,如农用薄地膜、雨衣薄膜、民用薄膜等、小型机械零件,手轮、螺栓、阀膜、支架等。