CPE,抗冲ACR改性PVC异型材的光老化及热老化性能对比

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摘要:本文详细地研究了CPE,抗冲ACR和PVC三种粉料以及三种粉料分别与钛白粉,碳酸钙,稳
定剂,润滑剂混合后共混体系的光老化及热老化性能.在此基础上,我们又进一步研究了CPE,抗冲ACR
对PVC异型材的光老化及热老化性能的影响,并对产生这些影响的原因进行了初步的探讨.
前 言
目前在PVC门窗异型材中所使用的抗冲改性剂主要有CPE和抗冲ACR两种,我国主要使用CPE,而
国外以抗冲ACR为主.国外为什么不用廉价的CPE而要采用抗冲ACR 抗冲ACR与CPE在低温冲击强
度,光老化性能与热老化性能等方面有什么不同 本文将抗冲ACR与CPE对PVC异型材的光老化性能与
热老化性能的影响进行了详细的对比.
1实验部分
1.1原料:
PVC(S-1000)齐鲁石化;复合稳定剂 市售;硬脂酸 山东华润化工有限公司;氧化聚乙烯蜡 上海
华溢化工;钛白粉(R-960) 美国杜邦公司;CaCO3 淄博鑫海碳酸钙厂;CPE 国内某公司;抗冲ACR
LS-22 沂源瑞丰高分子材料有限公司.
1.2实验设备:
XLB-D平板硫化机 上海第一橡胶机械厂;5L高速混料机 张家口精达机械制造有限公司;万能制样机承
德市试验机总厂;测色色差仪 上海精密科学仪器有限公司;XSK-160B双辊炼塑机 上海第一橡胶机械厂;
恒温电热干燥箱 天津市泰斯特仪器有限公司;紫外线烘箱 自 制.
1.3混合基料的制备
1.3.1基料配方:
见表3
表3 基料配方
序号 原 料 份 数
1 PVC(S-1000) 100
2 复合稳定剂 4.5
3 硬脂酸 0.15
4 氧化聚乙烯蜡 0.1
5 钛白粉 4
6 CaCO35
7 合 计 113.75
1.3.2基料的混合
将各种原料按基础配方的比例加入高速搅拌机中与设定量的CPE,抗冲ACR,加工助剂ACR-401进行
高速混合,达到120℃后出 ,得到PVC干混 .
1.4 老化性能测试样片的制作
将PVC混合料置于双辊炼塑机上,在190℃下开炼3分钟,拉成片材,测试其光老化和热老化性能.
1.5 力学性能测试样片的制作
将PVC混合料置于双辊炼塑机上,在190℃下开炼3分钟,拉成片材,然后按测试的厚度要求,在平
板硫化机,190℃,15MPa的件下,压制成片,测试其力学性能.
1.6光老化和热老化性能的测试
将样片放入紫外线烘箱内用紫外线照射后,用测色色差仪分别测试其原始白度和照射后白度,计算其白
度变化率.
将样片放入恒温烘箱中,在指定的温度下加热一定时间后用测色色差仪测试其原始白度和加热后白度,
计算其白度变化率.
原始白度—照射后白度
白度变化率(%)=———————————×100%
原始白度
2 结果与讨论
2.1. CPE添加份数对PVC异型材基础配方料耐候性能的影响
CPE本身的光稳定性与热稳定性要好于PVC,按照一般的推理,CPE改性的PVC异型材配方料的耐侯
性能应该随着CPE添加分数的增加而变好.为了验证上述推理,我们进行了以下的老化实验.其中实验用
的样片是按照1.4所示的方法制作的,基料是1.3的基础配方料,113.75份基料中含有100份PVC.
2.1.1 CPE的份数对PVC异型材基料光稳定性的影响
为了了解CPE的份数对PVC异型材基料的光稳定性的影响,我们将113.75份的PVC基料,2份的加
工助剂ACR-401与不同份数的CPE共混后制成片材,然后测试了其经紫外光照射后的白度变化率,结果如
表6所示.
表6 CPE的份数对PVC异型材基料光老化性能的影响
紫外光辐照48小时
基 料 份 数 CPE份数 ACR-401
测试前白度值测试后白度值 白度变化率(%)
113.75 0 2 72.986 36.068 50.58
113.75 1 2 71.867 34.950 51.37
113.75 2 2 73.784 35.386 52.04
113.75 3 2 74.407 35.528 52.25
113.75 3.5 2 74.886 34.941 53.33
113.75 4 2 75.049 34.505 54.02
113.75 4.5 2 74.864 33.605 55.70
113.75 5 2 75.448 35.367 53.12
113.75 6 2 75.195 34.619 53.96
113.75 7 2 75.798 33.344 56.01
113.75 8 2 73.580 31.634 57.01
113.75 9 2 73.366 29.455 59.87
113.75 10 2 74.143 30.428 58.96
113.75 11 2 74.183 31.236 57.89
113.75 12 2 72.052 29.379 59.23
2
由表6可以看出,紫外光照射后PVC异型材基料片材的白度变化率随CPE的份数的增加而增大,也就
是说PVC异型材基料片材的光老化性能随CPE添加份数的增加而下降.为了消除加工助剂ACR-401对PVC
异型材基料片材的白度变化率的影响,我们又测试了不加加工助剂时CPE添加份数不同的PVC异型材基料
片材的白度变化率,实验的结果如表7所示.
表7 CPE份数对PVC异型材基料光老化后白度变化率的影响
3
将表6,表7中的白度变化率叠加得到图1.
紫外光辐照48小时
基料份数 CPE份数 PA-20
测试前白度值 测试后白度值 白度变化率(%)
113.75 0 0 74.864 31.383 58.08
113.75 1 0 74.776 31.997 57.21
113.75 2 0 73.434 30.666 58.24
113.75 3 0 74.835 30.099 59.78
113.75 3.5 0 74.601 29.259 60.78
113.75 4 0 74.173 28.838 61.12
113.75 4.5 0 74.270 28.898 61.09
113.75 5 0 74.193 28.564 61.50
113.75 6 0 75.127 28.225 62.43
113.75 7 0 75.477 30.515 59.57
113.75 8 0 75.487 29.855 60.45
113.75 9 0 75.574 28.877 61.79
113.75 10 0 75.876 29.569 61.03
113.75 11 0 76.304 30.552 59.96
113.75 12 0 76.294 29.083 61.88
CPE添加份数对紫外光辐照白度变化率的影响
404550556065
02468101214
添加份数
白度变化率
不加加工助剂白度变化率
(%)
加入加工助剂白度变化率
(%)
图1
由图1可以看出,在CPE添加份数相同的情况下,不加加工助剂的片材的白度变化率要大于添加加工
助剂时的片材的白度变化率,也就是说加工助剂可以改善PVC片材的光稳定性.同时尽管在不加加工助剂
的情况下CPE的添加份数对片材白度变化率的影响不如添加加工助剂时明显,但是从总的趋势来看,CPE
的添加份数越多,片材的白度变化率越大.按照一般的推理CPE添加份数越多,PVC异型材基料片材的光
老化性能应该越好,可是表6,表7的结果却正好相反.为了验证以上的结果,有必要进一步研究CPE的
添加份数对PVC异型材基料片材热老化性能的影响.
2.1.2 CPE的添加份数对PVC异型材基料片材热老化性能的影响
表8 CPE份数对PVC基料片材热老化后白度变化率的影响
180℃烘箱中放置60分钟 200℃烘箱中放置30分钟 基料
份 数
CPE 份数
ACR-401
测试前
白度值
测试后
白度值
白度
变化率(%)
测试前
白度值
测试后
白度值
白度
变化率(%)
113.75 0 2 73.805 56.904 22.90 72.780 48.770 32.99
113.75 1 2 73.969 56.438 23.70 72.742 46.982 35.41
113.75 2 2 73.222 54.866 25.07 72.429 50.040 30.91
113.75 3 2 73.743 52.844 28.34 73.277 51.555 29.64
113.75 3.5 2 73.482 52.102 29.10 73.375 45.692 37.73
113.75 4 2 74.080 49.829 32.74 74.545 47.744 35.95
113.75 4.5 2 74.495 49.762 33.20 73.472 45.242 38.42
113.75 5 2 73.482 49.078 37.31 74.184 43.161 41.82
113.75 6 2 75.112 47.084 39.50 74.926 41.715 44.33
113.75 7 2 75.440 45.640 39.51 74.409 47.069 36.74
113.75 8 2 73.039 40.362 44.74 72.683 45.447 37.47
113.75 9 2 73.058 31.271 57.20 72.244 37.122 48.62
113.75 10 2 71.698 32.754 54.31 72.965 30.946 57.59
113.75 11 2 72.576 29.147 59.84 73.307 27.243 62.84
113.75 12 2 72.798 26.089 64.16 72.253 23.222 67.86
用同样的方法测试了在不加加工助剂ACR-401的情况下,不同添加份数CPE对PVC异型材基料片材
热老化后的白度变化率,其结果如表9所示.
表9 CPE份数对PVC基料片材热老化后白度变化率的影响
4
180℃烘箱中放置60分钟 200℃烘箱中放置30分钟 基料
份 数
CPE 份数
ACR-401
测试前
白度值
测试后
白度值
白度
变化率(%)
测试前
白度值
测试后
白度值
白度
变化率(%)
113.75 0 0 72.890 49.266 32.41 72.613 43.829 39.64
113.75 1 0 72.244 48.794 32.46 72.019 39.380 45.32
113.75 2 0 73.482 51.438 30.00 73.502 47.998 34.70
113.75 3 0 74.032 46.006 37.86 73.258 41.225 43.73
113.75 3.5 0 74.022 48.539 34.43 73.531 35.715 51.43
113.75 4 0 72.952 48.847 33.04 73.180 31.132 57.46
113.75 4.5 0 74.071 43.001 41.95 73.502 34.220 53.44
113.75 5 0 72.730 44.330 39.05 73.521 23.217 68.42
113.75 6 0 74.071 44.157 40.39 73.590 24.011 67.37
113.75 7 0 74.610 29.306 60.72 74.350 21.546 71.02
113.75 8 0 74.984 29.788 60.27 74.721 17.715 76.29
113.75 9 0 75.469 30.799 59.19 75.023 18.185 75.76
113.75 10 0 74.967 23.296 68.92 74.448 19.416 73.92
113.75 11 0 74.919 25.242 66.31 75.199 20.020 73.38
113.75 12 0 76.187 26.282 65.50 74.331 17.862 75.97
由表8,表9可以看出,用CPE作为PVC的抗冲改性剂将大大降低了PVC异型材基料的热稳定性.
从以上的实验,我们可以得出以下的两个结论:
(1)加工助剂ACR-401的加入量尽管只有2份,却能在一定程度上改善PVC异型材基料的热老化性
和光老化性.由表6,表7可知,CPE与加工助剂ACR-401都为0份时PVC异型材基料片材的光老化后和
180℃,60min.热老化后的白度变化率分别为58.08%和32.41%,而CPE仍为0份ACR-401为2份时,老化后
的白度变化率分别下降为50.58%和22.90%.其原因一是因为加工助剂ACR本身的老化性能非常好,二是
因为丙烯酸酯类加工助剂ACR-401改善了稳定剂,钛白粉在PVC中的分散性,从而提高了PVC的热老化
性能和光老化性能.
(2)CPE的使用大大的降低PVC异型材基料的热老化性能.在表9中,CPE的份数由0份增加到12
份时,PVC异型材基料180℃,60min.热老化后的白度变化率由32.41%上升至65.50%.同时尽管幅度有所
不同,CPE也在一定程度上降低PVC异型材的光老化性能.从表4和表5我们知道CPE本身的光老化性能
和热老化性能要优于PVC,可是为什么当CPE作为PVC异型材的抗冲击改性剂来使用时,会降低其老化性
能呢 这里的原因可能有两个,一是因为PVC异型材中使用的铅盐稳定剂不能有效地防止CPE的老化.二
是因为CPE与铅盐稳定剂,钛白粉等无机物的亲和力较PVC小,CPE的加入使得铅盐稳定剂,钛白粉等无
机物在PVC中的分散性变差,致使铅盐稳定剂,钛白粉不能发挥其应有的作用.为了验证以上的推论,我
们进行了下列实验.
2.2 抗冲ACR的添加份数对PVC异型材基料老化性能的影响
2.2.1抗冲ACR的添加份数对PVC异型材基料热老化性能的影响
向113.75份的基料(内含100份PVC)中, 加入不同份数的抗冲ACR按照1.3与1.4所示的方法,制
5
得了抗冲ACR添加份数不同的PVC异型材基料片材,然后按照1.7.1所示的方法测试了其热老化后的白度
变化率, 结果如表12所示.用同样的方法测试了在加入2份加工助剂ACR的情况下,抗冲ACR添加份
数不同的PVC异型材配方料片材的 热老化后的白度变化率,其结果如表13所示.
表12 抗冲ACR的份数与PVC热老化后白度变化率的关系
180℃烘箱中放置60分钟 200℃烘箱中放置30分钟 基料
份 数
LS-22/ACR-401
份数/份数 测试前
白度值
测试后
白度值
白度
变化率(% )
测试前
白度值
测试后
白度值
白度
变化率
(%)
113.75 0/0 72.231 49.37031.65 72.44944.390 38.73
113.75 1/0 72.496 49.90631.16 73.47348.448 34.06
113.75 2/0 73.435 52.85128.07 74.73946.742 37.46
113.75 3/0 74.426 50.90031.61 75.16447.368 36.98
113.75 4/0 73.587 51.74629.68 74.68947.532 36.36
113.75 5/0 75.459 52.45930.48 75.10747.017 37.40
113.75 6/0 74.835 52.19030.26 75.68748.568 35.83
113.75 7/0 76.348 52.20731.62 75.48750.131 33.59
113.75 8/0 76.244 53.42429.93 75.83951.176 32.52
表13 抗冲ACR的份数与PVC热老化白度变化率的关系
180℃烘箱中放置60分钟 200℃烘箱中放置30分钟
基 料
(份数)
LS-22/ACR-401
(份数) 测试前
白度值
测试后
白度值
白度
变化率(% )
测试前
白度值
测试后
白度值
白度
变化率(%)
113.75 0/2 73.459 57.17322.17 74.05050.502 31.80
113.75 1/2 73.750 57.28922.32 73.34950.496 31.16
113.75 2/2 73.712 59.30919.54 73.40651.558 29.76
113.75 3/2 74.516 58.04822.10 74.88952.888 29.38
113.75 4/2 75.550 60.19820.32 75.70654.902 27.48
113.75 5/2 75.693 59.45721.45 75.41152.189 30.79
113.75 6/2 75.453 59.00421.80 76.05751.998 31.63
113.75 7/2 76.650 59.54122.32 75.69653.884 28.87
113.75 8/2 76.114 60.63220.34 76.46654.029 29.35
由表12,表13可以看出无论加工助剂的有无,PVC异型材基础配方料的热老化后白度变化率与抗冲
ACR LS-22的份数基本无关,也就是说抗冲ACR不影响PVC异型材基础配方料的热老化性能.表12中,
在不加加工助剂的情况下,当抗冲ACR的份数由0份增加到8份时,180℃,60min的白度变化率由31.65%
变成29.93%,而表9可知,当CPE的添加份数由0份增加到8份时,PVC异型材基础配方料的片材经180
℃,60min老化后的白度变化率由32.41%大幅度的上升至60.27%,8份CPE的加入,极大的降低了PVC
异型材基础配方料片材的热老化性能.
2.2.2 抗冲ACR的添加份数对PVC异型材基料光老化性能的影响
向113.75份的基料(内含100份PVC)中, 加入不同份数的抗冲ACR LS-22,按照1.3与1.4所示的方
6
法,制得了抗冲ACR添加份数不同的PVC异型材基料片材,然后按照1.6.1所示的方法测试了其光老化后的
白度变化率,结果如表14所示.用同样的方法测试了在加入2份加工助剂ACR-401的情况下,抗冲ACR
添加份数不同的PVC异型材基料片材的光老化后的白度变化率,其结果如表15所示.
表14 抗冲ACR的份数与光老化后白度变化率的关系
紫外光辐照48小时
基 料
(份数)
LS-22/ACR-401
(份数) 测试前
白度值
测试后
白度值
白度
变化率(%)
113.75 0/0 72.260 31.635 56.22
113.75 1/0 73.578 44.447 42.31
113.75 2/0 74.366 49.186 33.86
113.75 3/0 74.680 54.517 27.50
113.75 4/0 74.746 58.463 21.78
113.75 5/0 75.241 58.417 22.36
113.75 6/0 75.868 61.523 18.91
113.75 7/0 75.906 58.463 22.98
113.75 8/0 76.476 61.563 19.38
表15 抗冲ACR的份数与光老化后白度变化率的关系
紫外光辐照48小时
基 料
(份数)
LS-22/ACR-401
(份数) 测试前
白度值
测试后
白度值
白度
变化率(%)
113.75 0/2 74.504 37.505 49.66
113.75 1/2 74.148 44.467 40.03
113.75 2/2 74.813 50.865 32.01
113.75 3/2 74.946 56.271 24.92
113.75 4/2 76.020 61.616 18.95
113.75 5/2 75.478 57.673 23.59
113.75 6/2 75.982 59.973 21.07
113.75 7/2 75.621 59.312 21.57
113.75 8/2 77.010 61.616 19.99
将表14,表15数据叠加,得到图2.
7
抗冲ACR添加份数与紫外光辐照白度变化率的关系
051015202530354045505560
0246810
添加份数
白度变化率
加入加工助剂白度 变化率(%)
不加加工助剂白度 变化率(%)
图2
由图2可以看出,无论加工助剂的有无,随着抗冲ACR LS-22的份数增加,PVC异型材光老化后的
白度变化率大幅度的降低,也就是说抗冲ACR大大的改善了PVC异型材基料的光老化性能.根据表14,
在不加加工助剂的情况下,当抗冲ACR LS-22的份数由0份增加到8份时,白度变化率由56.22%下降至
19.38%,PVC异型材基料的光老化性能得到了明显的改善.而由表7可知,当CPE的份数由0份增加到8
份时,PVC异型材基料的光老化后白度变化率由58.08%微增至60.45%,基本没有变化,所以CPE的加入
不能改善PVC异型材基础配方料的光老化性能.
这里需要特别指出的是表6和表15,表7和表14,表8和表13,表9和表12中,部分 PVC异型材基
础配方料相同,但光老化和热老化后白度变化率存在一定的差异,这一方面是由于在样片加工过程中出现的
微小差异,另一方面是由于试验不是一个批次进行造成试验误差.由于这些结果差异较小,因此各组数据间
完全具有可比性.
3 结论
(1)对抗冲ACR,CPE,PVC三种材料本身的热老化性能和光老化性能来讲,抗冲ACR最好,CPE次
之,PVC最差.
(2)用抗冲ACR作为PVC的抗冲改性剂,可大幅度的提高PVC异型材基料的光老化性能.
(3)用CPE作为PVC的抗冲改性剂,将大幅度的降低PVC异型材基料的热老化性能和光老化性能.
(4)PVC异型材基料中的铅盐稳定剂,钛白粉等助剂能有效地改善PVC的光老化性能和热老化性能.
(5)PVC异型材基料中的铅盐稳定剂,钛白粉等助剂不能有效地改善CPE的光老化性能和热老化性能.
这是CPE降低PVC异型材基料老化性能的主要原因.