新型轻质消防吸水管的纳米材料改性研究文献综述

 2023-10-30 11:10

文献综述

聚氯乙烯是一种高聚合度的分子材料,具有极强的聚合性,广泛应用于化学化工建材和日常生活中。但是由于 PVC 较差的耐热性,分解温度和塑化温度都很相近,受热易分解生成 HCL,使 PVC 膜材易呈现黄色或者更深的颜色,影响外观,并且其机械性能大大降低[1];另外,PVC 的分子链中极性原子氯原子使聚氯乙烯分子间具有较大的相互作用力,导致塑料管材的冲击强度较小,其产品受外力冲击时容易断裂,这种缺陷在低温是更加明显,当 PVC 到达脆化温度时强力和韧性都大幅度降低,导致聚氯乙烯材料的韧性不足,而且这种不足会随着温度的下降,表现的越来越明显[2]。这种较差的耐寒性能,主要特征为:随着温度的下降 PVC 材料中的增塑剂逐渐析出,材料会变的越来越硬、越来越脆,最后无法使用[3]。因为这些缺陷使得 PVC 管材在高纬度地区及低温的户外都不适用,尤其是防灾减灾的实践行动中,对塑料消防吸水管的性能要求非常严格。

为了增加PVC塑料管材在低温下的冲击强度、强力和韧性,改善其低温性能并拓宽塑料的理论知识,获得特殊功能的功能性材料.基于周扬等[4]对耐低温塑料防护套的研究,证实了将不同型号的PVC树脂混合能明显改善塑料制品的物理性能。佘庆彦等[5]的实验证明了不同型号的PVC 混合时,具有极强的拉伸强度,并阐明了纳米材料特殊的壳核结构,能够改性材料内部结构。该课题旨在优化消防吸水管的配方,一是通过改变传统混合的生产工艺,提高原料利用率,缩短工艺生产时间;二是将传统的NBR丁腈橡胶颗粒制成纳米级粉末颗粒,增加其与PVC的粘合性,使掺杂更紧密、更均匀。

关于材料技术的改性方法总是各式各样,不外乎共聚和共混的复合改性、填充改性、添加剂改性。其中复合改性是通过熔融共混、乳液共混、溶液共沉淀等方法,将高分子相均匀地混入PVC相内,以改变PVC树脂原有的特性。常见的PVC共混改性剂有丁腈橡胶(NBR)[6]、氯丁橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)[7]、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)[8]、氯化聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)[9]、聚丙烯酸酯类、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、氯化聚氯乙烯等。高素莲[10]等研究以毗咙为溶剂,蒸馏水为沉淀剂,通过溶液共混法和液一固相转化法( L-S)研制出PVC/EC共混物,并对其复合材料的性能进行研究。实验结果表明:PVC与EC 是一对相容性良好的高聚物;P V C/EC的亲水性、成膜性得到改善;其共混物对不离解的极性有机溶质分离性能优于纯P V C,从而拓宽了P V C的应用领域。刘永军[11]等用 NBR/PVC制备的耐寒制品配方具有较好的耐油性能、优良的力学性能和优良耐寒性能 :硫胶的脆性温度可以达到-44℃,压缩耐寒系数在-20℃和 -30℃下分别达到了 0.78 和 0.33,耐油溶胀度达 23.3%,硬度 62 邵 A,拉伸强度 17.7MPa,断裂伸长率 545%,压缩永久变形 22%。徐冬梅[12]等研究了不同牌号的MBS对PVC树脂性能的影响,以及各牌号MBS之间的协同效果,同时对共混工艺及折白现象进行了讨论。结果显示:当MBS单独使用时,以牌号为B51的树脂综合性能最佳,B521和BTA717的效果最不理想,单独使用B51时,折白现象十分明显;当B521/B51、CH303/B51体系的质量比为2:6时综合效果最好,并且体系的透明性相较于B51更优,折白现象一般。

填充改性是在基体中加入改性物质来提高材料综合性能的一种方法,改性物质通常能够提高塑料加工性能、改进物化性质、增加容积或者降低成本。填充剂通常可以分为两类:增量填充剂和增强填充剂。填充剂常用于塑料的增量改性,常见的填充改性剂的化学性质不活泼;对耐水性、耐化学药品性、耐候性、耐热性等无太大影响;不降低物理性能;可以大量填充;相对密度小;价廉等特性[13]。常见的塑料无机填充剂有碳酸钙[14]、陶土、滑石[15]、硅土、二氧化硅、云母粉、石棉金属、金属氧化物孙伟[16]等人在研究纳米水滑石对PVC热稳定性能的影响中,在PVC的配方中加入纳米水滑石,结果表明:纳米水滑石单独使用对聚氯乙烯的热稳定性作用并不明显,但是与硬脂酸钙、硬脂酸锌等稳定剂复配使用具有协同作用,纳米水滑石能与聚氯乙烯主链上的Cl发生相互作用,促进聚氯乙烯的塑化,加入少量时会降低剪切黏度,稍高时也不会很大程度上影响黏度,更是一种物美价廉的辅助稳定剂。

添加剂改性是指在树脂中增加有机物小分子或无机物小分子,通过物理或化学反应获得某种预期特性的一种改性方法,这种方法最常见的、开发最早,应用也最广泛,一般的添加剂分为增塑剂、抗氧化剂、抗老化剂[17]、稳定剂、润滑剂等。它们通过置换活泼的、不稳定的取代基[18];增加了其与PVC的相容性,增加高分子链之间的范德华力[19];使聚合物的结晶度下降,减小分子间的作用力,提高材料的塑性[20];这样的作用改变塑料各方面的性能。吴波震[21]等人研究了增塑剂DOP对PVC及PVC/ABS共混物力学性能和硬度性质的影响、并探究了相应的作用机制,试验分别向PVC-SG-3、PVC-SG-5及不同含量ABS的PVC/ABS共混物中加入相同量的增塑剂DOP,然后对其拉伸强度、撕裂强度、硬度等进行性能表征。结果表明:由于DOP小分子对高分子链的物理隔离作用,当DOP质量分数超过30%时,显著提高了PVC树脂及ABS/PVC的断裂伸长率,同时体系的拉伸强度、撕裂强度和硬度等特性在DOP的影响下稍有下降。Ismail等[22]研究发现了使用马来酸配(MAH)作为增容剂对蒙脱土(MMT)通过改性处理后,可增加蒙脱土与PVC基体的相容性得到显著改善,使PVC复合材料拉伸强度、断裂伸长率和热稳定性均得到了提高。Gong等[23]在用蒙脱土改性聚氯乙烯纳米杂化材料的研究中,发现并且证明了蒙脱土的改性聚氯乙烯纳米杂化材料,不仅能提高材料的热分解温度,还能提高材料的玻璃化转换温度。

本课题的研究内容

(1)研究改性材料NBR橡胶树脂对PVC材料性能的影响,并与纯PVC材料进行比较,探索出NBR橡胶树脂最优的添加量。

(2)探究加入不同比例NBR橡胶改性树脂对PVC复合材料性能的影响,制备不同量改性剂混合使用的PVC复合材料,测试材料的拉伸强度和断裂伸长率力学性能参数,通过对比实验对结果进行分析得到综合改性效果最优的PVC/NBR掺杂改性比例。

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