塑料材料-第三章：聚氯乙烯

1、塑料材料-第三章：聚氯乙烯 第三章第三章 聚氯乙稀（聚氯乙稀（PVCPVC） n3.1 PVC3.1 PVC的聚合及品种的聚合及品种 n3.2 PVC3.2 PVC的结构的结构 n3.3 PVC3.3 PVC的性能的性能 n3.4 PVC3.4 PVC的降解与稳定技术的降解与稳定技术 n3.5 PVC3.5 PVC的成型加工的成型加工 n3.6 PVC3.6 PVC的改性的改性 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 3.1 3.1 聚氯乙烯的聚合与品种聚氯乙烯的聚合与品种 PVC PVC树脂与树脂与PVCPVC塑料的定义塑料的定义 聚 氯 乙 烯 树 脂 是 氯 乙 烯 单 体 （聚 氯 乙 烯 树 脂

2、 是 氯 乙 烯 单 体 （ v i n y l v i n y l chloride monomer, chloride monomer, 简称简称VCMVCM）在过氧化物、偶氮）在过氧化物、偶氮 化合物等引发剂；或在光、热作用下按自由基聚化合物等引发剂；或在光、热作用下按自由基聚 合反应机理聚合而成的聚合物。合反应机理聚合而成的聚合物。 CH2CH Cl n 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 nPVCPVC是一种无毒、无臭的白色粉末。与是一种无毒、无臭的白色粉末。与PEPE、 PPPP、PSPS和和ABSABS（丙烯腈（丙烯腈- -丁二烯丁二烯- -苯乙烯共聚苯乙烯共聚 物）统称为五大通用树脂物

3、）统称为五大通用树脂 。 nPVCPVC塑料是以塑料是以PVCPVC树树 脂为基料，与稳定脂为基料，与稳定 剂、增塑剂、润滑剂、增塑剂、润滑 剂、填充剂等多种剂、填充剂等多种 助剂混合，经塑化、助剂混合，经塑化、 成型加工而成。成型加工而成。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 根据增塑剂的用量，又可分为：根据增塑剂的用量，又可分为： 硬质硬质PVC塑料塑料不加增塑剂或加少量增塑剂（不加增塑剂或加少量增塑剂（5） 软质软质PVC塑料塑料半硬质半硬质PVC塑料塑料(525) 软质软质PVC塑料塑料(25) 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 （19311931年工业化）年工业化） 反应式为反应式为 聚合机理：自

4、由基型连锁反应聚合机理：自由基型连锁反应 引发剂：引发剂： 过氧化物、偶氮化合物过氧化物、偶氮化合物 实施方法：悬浮法、乳液法、本体法和溶液法实施方法：悬浮法、乳液法、本体法和溶液法 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 悬浮法悬浮法PVCPVC树脂树脂 n PVCPVC树脂为白色无定形粉末，在显树脂为白色无定形粉末，在显 微镜下观察，其颗粒形态分为两种结构：微镜下观察，其颗粒形态分为两种结构： 一种为疏松型（一种为疏松型（XSXS），也有称为棉花球），也有称为棉花球 型的；另一种为紧密型（型的；另一种为紧密型（XJXJ），也称为），也称为 乒乓球型。颗粒形态主要取决于悬浮乒

5、乓球型。颗粒形态主要取决于悬浮 剂，悬浮剂选用聚乙烯醇得疏松型，选剂，悬浮剂选用聚乙烯醇得疏松型，选 用明胶时则得紧密型。用明胶时则得紧密型。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 n疏松型树脂疏松型树脂 颗粒直径一般为颗粒直径一般为50-10050-100微微 米，粒径较大，表面不规则、多孔、呈米，粒径较大，表面不规则、多孔、呈 棉花球样，容易吸收增塑剂，容易塑化，棉花球样，容易吸收增塑剂，容易塑化， 成型加工性好，但从制品强度上看，相成型加工性好，但从制品强度上看，相 对略低于同样配方，同样工艺条件下的对略低于同样配方，同样工艺条件下的 紧密型树脂。紧密型树脂。 n紧密型树脂紧密型树脂 颗粒直径一般

6、为颗粒直径一般为5-105-10微米，微米， 粒径较小，表面规则、呈球型、实心、粒径较小，表面规则、呈球型、实心、 像乒乓球状，不太容易吸收增塑剂，不像乒乓球状，不太容易吸收增塑剂，不 易塑化、成型加工性稍差，但制品强度易塑化、成型加工性稍差，但制品强度 略高。略高。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 悬浮法悬浮法PVCPVC树脂的型号目前可分树脂的型号目前可分 为为8 8种。一般用种。一般用PVCPVC树脂的分子量（或树脂的分子量（或 粘度）表示，分子量越大，树脂型号粘度）表示，分子量越大，树脂型号 越小。每一种型号又分为疏松型和紧越小。每一种型号又分为疏松型和紧 密型两种。密型两种。 塑料材料-

7、第三章：聚氯乙烯 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 表示分子量的方法可用绝对粘度表示分子量的方法可用绝对粘度 （厘泊）或（厘泊）或K K值或平均聚合度，绝对值或平均聚合度，绝对 粘度、粘度、K K值、平均粘度越大，则平均值、平均粘度越大，则平均 分子量越大。分子量越大。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 n通过调整悬浮悬浮聚合时的配方配方和工艺条件工艺条件，可以获得紧密紧密 型型和疏松型疏松型PVC，颗粒尺寸5050250m250m。 n聚合温度对颗粒形态有显著影响聚合温度对颗粒形态有显著影响：温度越低，获得的 PVC颗粒就越疏松。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 通过调整悬浮聚合

8、时通过调整悬浮聚合时 的工艺，还可以获得球形的工艺，还可以获得球形 PVCPVC，颗粒呈圆球形，颗粒，颗粒呈圆球形，颗粒 内部结构的疏松度介于紧内部结构的疏松度介于紧 密型和疏松型之间。适合密型和疏松型之间。适合 制造大尺寸硬制造大尺寸硬PVCPVC制品制品。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 3.2 PVC3.2 PVC的结构的结构 链结构链结构 1. 1. 基本特征基本特征 PVCPVC是是VCMVCM单体多数以头单体多数以头- -尾结构相联的线尾结构相联的线 形聚合物。形聚合物。 CH2C H Cl + CH2CHCl CH2C H Cl C H Cl CH2 CH

9、2C H Cl C H CH2Cl (2) (1) 尾尾头头 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 2. 2. 异常（缺陷）结构与支链异常（缺陷）结构与支链 CH2C H Cl + CH2CHCl CH2C H Cl C H Cl CH2 CH2C H Cl C H CH2Cl (2) (1) CH2C H Cl C H CH2Cl CH2CHCl + VCM CH2C H Cl C H CH2Cl CH2CH Cl (3) CH2C H C H CH2Cl + Cl 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 Cl自由基非常活泼非常活泼，能与聚合链进一步反应 Cl + CH2CHCl CH2CHCl CH2CCH2C

10、HCl Cl + HCl (6) CH2CCH2CHCl Cl CH2 CHCl CH2CCCHCl + HCl H Cl H (7) CH2CCCHCl HH + Cl 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 PVCPVC自由基链自由基链“尾咬尾咬” CH2C Cl H CH2 CHCl CH2 CH CH2C Cl CH2CHCH2 Cl CH2 Cl Cl 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 3. 立构规整结构立构规整结构 随着聚合反应的，间规立构规整 度 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 聚集态结构聚集态结构 1. 1. 基本特征基本特征 PVCPVC是含有少量结晶结构的无定形聚合物。是含有少量结晶结构的无定形

11、聚合物。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 n影响影响PVC PVC TgTg的因素的因素: : 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 n增塑增塑：即聚合物增塑，是在树脂中加入一种物：即聚合物增塑，是在树脂中加入一种物 质（增塑剂）或在聚合物制造过程中采质（增塑剂）或在聚合物制造过程中采 取一定措施（共聚、接枝）以改变聚合取一定措施（共聚、接枝）以改变聚合 物的力学性、降低物的力学性、降低Tg，增加塑性的方法，增加塑性的方法 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 n 增塑剂分子插入聚合物分子之间，削弱大分子间增塑剂分子插入聚合物分子之间，削弱大分子间 的作用力，达到增塑的目的。的作用力，达到增塑的目的。 ： 。 n（：

12、 ） 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 n增塑剂是目前各种塑料助剂中增塑剂是目前各种塑料助剂中的一的一 种，它主要用于种，它主要用于PVC中，在尼龙、醋酸乙烯树中，在尼龙、醋酸乙烯树 脂、纤维素树脂中及丙烯酸树脂中也有一定的脂、纤维素树脂中及丙烯酸树脂中也有一定的 用量。用量。 n增塑剂加入聚合物中（或增塑后），增塑剂加入聚合物中（或增塑后）， n增加：柔韧性、耐寒性、可塑性；流动性增加增加：柔韧性、耐寒性、可塑性；流动性增加 提高了伸长率和抗冲击性。提高了伸长率和抗冲击性。 n降低：降低：Tg、Tm、Tf，熔体粘度减小；还降低，熔体粘度减小；还降低 了抗张强度、硬度、模量等，了抗张强度、硬度、模量

13、等， 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 n增塑剂的作用机理：增塑剂的作用机理： n 1. 非极性增塑剂主要作用非极性增塑剂主要作用 插入到高分子链之间，增大高分子链间的距离，插入到高分子链之间，增大高分子链间的距离， 从而消弱它们之间的分子间作用力，故用量越多，隔从而消弱它们之间的分子间作用力，故用量越多，隔 离作用越大，而且小分子易活动，易使高聚物粘度降离作用越大，而且小分子易活动，易使高聚物粘度降 低。低。 n 2. 极性增塑剂主要作用极性增塑剂主要作用 增塑剂的极性基团与高聚物的极性基团相互作用，增塑剂的极性基团与高聚物的极性基团相互作用， 代替了高聚物极性分子间的作用，从而消弱了高聚物代替了

14、高聚物极性分子间的作用，从而消弱了高聚物 的分子间作用力，因此增塑剂的效能与增塑剂的摩尔的分子间作用力，因此增塑剂的效能与增塑剂的摩尔 数是成正比。数是成正比。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 PVC树脂结构特点总结树脂结构特点总结 聚合反应聚合反应 温度温度 链结构特征链结构特征 聚合度聚合度/ /分子量分子量 聚集态聚集态 结构特征结构特征 支化度支化度 低低高高 牌号牌号 小小大大 间规立构规整度间规立构规整度 玻璃化玻璃化 转变温度转变温度 结晶度结晶度 通用型结通用型结 晶度晶度 105 PVC颗粒颗粒 形态形态 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 3.2 PVC3.2 PVC的性能的性能 基本

15、特征基本特征 n聚氯乙烯为白色或淡黄色的粉末；聚氯乙烯为白色或淡黄色的粉末； n密度为密度为1.351.351.45g.cm1.45g.cm-3 -3； ； n纯纯PVCPVC的吸水率、透水率和透气率都很低；的吸水率、透水率和透气率都很低； 但增塑后会有较大幅度的提高。但增塑后会有较大幅度的提高。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 力学性能力学性能 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 n纯纯PVCPVC是一种较硬的塑料是一种较硬的塑料 但是但是PVCPVC制品的硬度强烈依赖于增塑剂的用量。制品的硬度强烈依赖于增塑剂的用量。 随着增塑剂用量的增多：随着增塑剂用量的增多： PVCPV

16、C逐步从硬质逐步从硬质 半硬质半硬质 软质变化。软质变化。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 PVC PVC的电性能的电性能 nPVC的电绝缘性较好，但不如PP和PE； nPVC的电性能受电场频率影响大； n主要与存在Cl极性基团有关； n适合用于中低压和低频绝缘材料。 n环己酮和四氢呋喃是环己酮和四氢呋喃是PVCPVC的良好溶剂。的良好溶剂。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 PVC PVC阻燃性阻燃性 PVCPVC分子中氯原子使分子中氯原子使PVCPVC具有较好的阻具有较好的阻 燃性：燃性：PVCPVC分子链组成中，按其质量分子链组成中，按其质量 约含有约含有57%57%的

17、氯元素，赋予材料良好的氯元素，赋予材料良好 的阻燃性，氧指数约为的阻燃性，氧指数约为4747，（，（PEPE仅为仅为 17.417.4），在强烈火源中如果着火，也），在强烈火源中如果着火，也 可以自熄。可以自熄。 但燃烧时会释放出有毒的物质。但燃烧时会释放出有毒的物质。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 3.4 PVC3.4 PVC的降解与稳定技术的降解与稳定技术 降解机理降解机理 nPVC分子链中的“缺陷缺陷”是导致降解的主要内因是导致降解的主要内因。 n热、光、机械应力热、光、机械应力是导致PVC降解的外因。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 n热降解热降解离子机理离子机理(HCl自催化）自催化） 塑

18、料材料-第三章：聚氯乙烯 n自由基机理（拉链式反应）自由基机理（拉链式反应） 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 PVC PVC降解的防护降解的防护 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 n 中和中和HCl 。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 n取代不稳定的取代不稳定的ClCl原子原子 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 碱金属羧酸盐或碱土金属羧酸盐的“协同效应协同效应”。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 2. PVC2. PVC稳定稳定 剂的种类剂的种类 重金属（铅、锌、镉、亚重金属（铅、锌、镉、亚 锡）与脂肪酸合成的皂类锡）与脂肪酸合成的皂类 碱土金属碱土金属（镁、钙、锶、 钡）与脂肪酸合成的皂类 塑料材料-第三章：聚氯乙

19、烯 PVC的加工工艺特性的加工工艺特性 1热稳定性差。成型加工中不宜采用过热稳定性差。成型加工中不宜采用过 高的温度，在高温下停留时间不宜过长。熔高的温度，在高温下停留时间不宜过长。熔 融加工中应尽量避免使用分子量太高的品级，融加工中应尽量避免使用分子量太高的品级， 配料中应加入适当润滑剂。配料中应加入适当润滑剂。 3.5 PVC3.5 PVC的成型加工的成型加工 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 2PVC熔体粘度高，需要较高的成型压力，为熔体粘度高，需要较高的成型压力，为 避免熔体破裂，注塑、挤出时宜采用中、低速，避免熔体破裂，注塑、挤出时宜采用中、低速， 避免高速。避免高速。 3PVC热分解时，

20、放出氯化氢，对设备有腐蚀热分解时，放出氯化氢，对设备有腐蚀 作用，加工的金属设备应采取电镀的防护措施作用，加工的金属设备应采取电镀的防护措施 或采用耐腐钢材。或采用耐腐钢材。 4PVC熔体冷却速度快（比热容较小，且无相熔体冷却速度快（比热容较小，且无相 变热），成型周期短。变热），成型周期短。 5无定形聚合物，收缩率不大，极性使其具有无定形聚合物，收缩率不大，极性使其具有 易着色、易印刷的优点。易着色、易印刷的优点。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 增塑剂增塑剂( (Plasticizer)，主要作用是削弱聚合物分子 之间的次价健，即范德华力，聚合物分子链的相互作 用减弱，从而增加了聚合物分子链的

21、活得性，提高了 聚合物的塑性，表现为聚合物的硬度、模量、软化温 度和脆化温度下降，而伸长率、曲挠性和柔韧性提高。 增塑剂按其作用方式可以分为两大类型，即内增塑剂 和外增塑剂。 PVC的加工助剂的加工助剂 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 PVCPVC增塑剂的要求：增塑剂的要求： 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 PVC增塑剂存在的问题 n20052005年年1010月国家质检总局公告全面禁止肉食和熟食使月国家质检总局公告全面禁止肉食和熟食使 用用PVCPVC保鲜膜；保鲜膜； n研究表明研究表明PVCPVC器械可能会降低肿瘤、心血管和糖尿病药器械可能会降低肿瘤、心血管和糖尿病药 物的药效，贻误治疗。物的药效，贻误治疗。 PVC输液器械输液器械 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 润滑剂润滑剂 润滑剂可以减少加工中树脂颗粒间和熔体聚合 物分子间摩擦产生的热效应，避免塑料对加工设备 金属表面的黏着。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 其它助剂其它助剂 n阻燃剂阻燃剂主要用于PVC软质品。 n发泡剂发泡剂用来制造PVC泡沫塑料制品；有有 机和无机化学发泡剂两大类。 n填料填料降低成本、提高制品力学性能。 塑料材料-第三章：聚氯乙烯 3.6 PVC的应用与改性的应用与改性 nPVC的用途极为广泛的用途极为广泛，是目前用量仅