CN102532595A - 用于热塑加工的复配增塑剂及增塑聚乙烯醇的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的用于热塑加工的复配增塑剂是由按重量百分比计的以下组分经搅拌混合而成:无机金属盐增塑剂50-80%,有机增塑剂20-50%。本发明公开的用上述复配增塑剂增塑聚乙烯醇的方法是先将30-50份复配增塑剂溶于60-70份水中配成溶液,然后将醇解度≥88%的聚乙烯醇100份加入该溶液中,于20-60℃温度下充分溶胀,再后将充分溶胀的聚乙烯醇于50-60℃下干燥至恒重即可将所得增塑改性的聚乙烯醇料用热塑加工方法进行加工制备产品。本发明所公开的复配增塑剂用于改性聚乙烯醇时,可破坏其结晶结构,可有效降低聚乙烯醇的熔融温度,实现聚乙烯醇的热塑加工,避免增塑剂的迁移和析出现象发生而导致的制品发脆问题。
Description
技术领域
本发明属于用于含大量羟基基团聚合物热塑加工增塑剂及其使用此增塑剂实现聚乙烯醇的热塑加工的技术领域,具体涉及一种用于热塑加工的复配增塑剂和用其增塑聚乙烯醇的方法,以实现聚乙烯醇的热塑加工。
背景技术
聚乙烯醇作为一种水溶性高分子材料,不仅因其具有良好的水溶性、成膜性、粘接性、乳化性和阻隔性,而被广泛应用于纤维,薄膜,凝胶等领域,还因其是一种可以完全生物降解的合成高分子材料,而使其应用范围进一步扩大。另外,聚乙烯醇还是一种可通过非石油路线制备的高分子材料,因而在石油资源日益缺乏的今天,大力发展聚乙烯醇行业具有更为重要的意义。
但遗憾的是,聚乙烯醇分子链上含有的大量羟基基团使得其分子链极易形成分子链内和分子链间的氢键,这些氢键不仅使其成为了一种部分结晶的聚合物,还导致聚乙烯醇的熔融温度(226℃)与分解温度十分接近,使聚乙烯醇在熔融的同时就会发生分解反应,因而使聚乙烯醇的热塑加工难以实现。现有的聚乙烯醇薄膜和纤维主要是通过溶液法进行加工成型的,如湿法纺丝,溶液成膜等。基于溶液加工成型法的聚乙烯醇一方面仅能制备薄膜、纤维或用作助、辅材料,另一方面因溶液法加工成型需经历溶解和干燥等过程,因而存在应用范围窄、工艺复杂、成本高、产量低等缺点。热塑加工相比溶液加工具有工艺简单、能耗低、成本低、效率高等明显的优点,加之若能用挤出、注塑等热塑加工方法的话,则可制备聚乙烯醇的三维制品,从而大大拓宽聚乙烯醇的应用领域。因此,实现聚乙烯醇的热塑加工,将会为聚乙烯醇行业注入新的活力,带来巨大的经济效益和社会影响。对此,国内外均投入大量人力物力竞相进行研究。
目前披露的用于改善聚乙烯醇热塑加工性的常用有效手段是在其中加入增塑剂,而常用的增塑剂是甘油,乙二醇等含有多羟基的小分子多元醇或低分子量的聚乙二醇。如Jang(Polymer,2003,44(26):p8139~8146)(Plasticizer effect on the melting and crystallizationbehavior of polyvinyl alcohol)等研究了甘油对聚乙烯醇的熔融和结晶行为的影响,研究结果表明甘油能增加聚乙烯醇的链段活动性、减小结晶区域,从而降低熔点。但甘油的增塑效率会随着甘油含量的增加而逐渐减小,直至发生相分离时增塑效率急剧减小。对完全醇解(醇解度97-99%)的聚乙烯醇相分离发生在40phr(份,每一百份基体中添加的增塑剂份数),而对不完全醇解(87-89%)的聚乙烯醇相分离则发生在65phr。但本发明人按照该文献公开的技术内容进行了验证性实验发现,不仅单独使用甘油难于实现聚乙烯醇的热塑加工,且还存在甘油极易从聚乙烯醇基体中析出,使得制品出现发脆的问题。水也可作为聚乙烯醇的增塑剂使用,但其沸点低,加工中易蒸发会使制品含有气泡,加工工艺难以调控。在醇胺类复合增塑改性剂的研究方面,项爱民等(聚乙烯醇改性及吹膜技术研究,《中国塑料》2003,17(2):p60~62)筛选出具有较好增塑效果的醇胺类复配改性剂(配方未公开)。该改性剂虽然可降低聚乙烯醇的熔融温度和熔融焓,改善流动性。但使用此改性剂时,需在采用特殊的螺杆设计和外加成膜改性助剂条件下才能实现醇解度为88%的聚乙烯醇的热塑加工,而该改性剂不能使醇解度为99%的聚乙烯醇塑化。从以上文献报道的效果来看,这些有机增塑剂对聚乙烯醇的增塑效率有限,当加入量较低时,不能使聚乙烯醇完全塑化,当增加增塑剂用量时,改性效果趋于减缓,且这些增塑剂同聚乙烯醇的相容性有限,当加入量较高时均存在增塑剂迁移和析出现象。
发明内容
本发明目的是针对现有增塑剂的不足而提供了一种用于实现含羟基基团聚合物热塑加工的、新型高效复配增塑剂。
本发明的另一目的是提供一种采用此新型复配增塑剂来增塑改性聚乙烯醇方法,以实现其热塑加工。
本发明提供的用于热塑加工的复配增塑剂,其特征在于该复配增塑剂是由按重量百分比计的以下组分经搅拌混合而成:
无机金属盐增塑剂 50-80%
有机增塑剂 20-50%。
上述复配增塑剂中所含的无机金属盐增塑剂为氯化钠、硫酸钠、硝酸镁、硝酸钙、氯化钙或氯化镁中的任一种。
上述复配增塑剂中所含的有机增塑剂为尿素、甲酰胺、乙醇胺、甘油、乙二醇、山梨醇、二甘醇或聚乙二醇中的任一种。
本发明提供的用上述复配增塑剂增塑聚乙烯醇的方法,其特征在于该方法的工艺步骤和条件如下:
1)先将30-50份复配增塑剂溶于60-70份水中配成溶液,然后将醇解度≥88%的聚乙烯醇100份加入该溶液中,于20-60℃温度下充分溶胀;
2)将充分溶胀的聚乙烯醇于50-60℃下干燥至恒重所得的增塑改性的聚乙烯醇料用热塑加工方法进行加工制备产品,
其中各物料的份数均为重量份。
热塑加工方法可选用直接热压成型法、挤出造粒后热压成型法、挤出造粒后注塑成型法、挤出造粒后吹塑成膜法中的任一种。
以上方法中所用的复配增塑剂是由按重量百分比计的以下组分经搅拌混合而成:
无机金属盐增塑剂 50-80%
有机增塑剂 20-50%。
以上复配增塑剂中的无机金属盐增塑剂为氯化钠、硫酸钠、硝酸镁、硝酸钙、氯化钙或氯化镁中的任一种。
以上复配增塑剂中的有机增塑剂为尿素、甲酰胺、乙醇胺、甘油、乙二醇、山梨醇、二甘醇或聚乙二醇中的任一种。
本发明与现有技术相比,具有如下优点:
1、由于本发明所提供的是一种以无机金属盐为主增塑剂,有机物为辅增塑剂的复配增塑剂,因而用来改性聚乙烯醇时,可破坏其结晶结构,有效的降低聚乙烯醇的熔融温度,实现聚乙烯醇的热塑加工。
2、由于本发明所提供的是一种以无机金属盐为主增塑剂,有机物为辅增塑剂的复配增塑剂,因而即便用其大剂量增塑改性制备的聚乙烯醇制品性能仍然稳定,在放置过程中无增塑剂的迁移和析出现象的发生,避免了现有技术制品产生的发脆问题。
3、由于用本发明提供的复配增塑剂增塑聚乙烯醇使用的设备简单,加之不需要外加助剂即可实现醇解度≥88%的聚乙烯醇的热塑加工,因而投资省,成本低,适用范围广。
4、用本发明提供的复配增塑剂增塑改性的聚乙烯醇不仅可直接采用常规的热压成型法、挤出造粒后热压成型法、挤出造粒后注塑成型法、挤出造粒后吹塑成膜法进行热塑加工,且可制备聚乙烯醇的三维制品,大大拓宽聚乙烯醇的应用领域。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明作进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域的技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整,仍属于本发明的保护范围。
值得说明的是,1)以下实施例所用物料的份数均为重量份。2)以下各实施例所得聚乙烯醇料的熔点是采用德国NETZSCH DSC 204型差式扫描量热仪,在N2气氛中,按升温速率10℃/min,于30~250℃范围内进行测定的;热分解温度是采用DuPont公司TA2950TGA型热分析仪,在N2气氛下,按升温速率10℃/min,于室温~600℃范围内进行测定的。
实施例1
先将60份的氯化镁和20份的数均分子量为200聚乙二醇溶于60份水中配成溶液,然后将100份1799的聚乙烯醇加入到50份该溶液中,于20℃下充分溶胀;将充分溶胀的聚乙烯醇于60℃下干燥至恒重得到增塑改性的聚乙烯醇料。将该改性聚乙烯醇料放入单螺杆挤出机中挤出造粒后,在注塑机上进行注塑成型制品。单螺杆挤出机各区间温度分别为:130、170、170、140℃,转速30r/min;注塑成型工艺参数为180℃,模温30℃,注射压力80MPa。
所得的增塑改性的聚乙烯醇料的熔点为179℃,热分解温度为269℃。
实施例2
先将67份的氯化钙和33份甘油溶于70份水中配成溶液,然后将100份1799的聚乙烯醇加入到30份该溶液中,于30℃下充分溶胀;将充分溶胀的聚乙烯醇于50℃下干燥至恒重得到增塑改性的聚乙烯醇料。将该改性聚乙烯醇料放入模压机中在10MPa压力下于180℃下压板成型,压板时间为10min。
所得的增塑改性的聚乙烯醇料的熔点为166℃,热分解温度为278℃。
实施例3
先将63份的氯化镁和38份甘油溶于60份水中配成溶液,然后将100份1799的聚乙烯醇加入到40份该溶液中,于40℃下充分溶胀;将充分溶胀的聚乙烯醇于60℃下干燥至恒重得到增塑改性的聚乙烯醇料。将该改性聚乙烯醇料放入单螺杆挤出机中挤出造粒,挤出机各区间温度分别为:130、170、170、140℃,转速30r/min。
所得的增塑改性的聚乙烯醇料的熔点为168℃,热分解温度为274℃。
实施例4
先将100份的氯化镁和34份乙二醇溶于65份水中配成溶液,然后将100份1799的聚乙烯醇加入到30份该溶液中,于50℃下充分溶胀;将充分溶胀的聚乙烯醇于50℃下干燥至恒重得到增塑改性的聚乙烯醇料。将该改性聚乙烯醇料放入模压机中在10MPa压力下于180℃下压板成型,压板时间为10min。
所得的增塑改性的聚乙烯醇料的熔点为161℃,热分解温度为271℃。
实施例5
先将80份的硝酸钙和20份的数均分子量为200聚乙二醇溶于60份水中配成溶液,然后将100份1799的聚乙烯醇加入到40份该溶液中,于30℃下充分溶胀;将充分溶胀的聚乙烯醇于50℃下干燥至恒重得到增塑改性的聚乙烯醇料。将该改性聚乙烯醇料放入模压机中在10MPa压力下于180℃下压板成型,压板时间为10min。
所得的增塑改性的聚乙烯醇料的熔点为180℃,热分解温度为268℃。
实施例6
先将64份的硝酸镁和16份乙二醇溶于65份水中配成溶液,然后将100份1799的聚乙烯醇加入到50份该溶液中,于35℃下充分溶胀;将充分溶胀的聚乙烯醇于55℃下干燥至恒重得到增塑改性的聚乙烯醇料。将该改性聚乙烯醇料放入模压机中在10MPa压力下于180℃下压板成型,压板时间为10min,或将该改性聚乙烯醇料放入单螺杆挤出机中挤出造粒后,在注塑机上进行注塑成型制品。单螺杆挤出机各区间温度分别为:130、180、170、140℃,转速30r/min;注塑成型工艺参数为180℃,模温30℃,注射压力80MPa。
所得的增塑改性的聚乙烯醇料的熔点为165℃,热分解温度为270℃。
实施例7
先将57份的氯化钙和57份山梨醇溶于70份水中配成溶液,然后将100份1799的聚乙烯醇加入到35份该溶液中,于40℃下充分溶胀;将充分溶胀的聚乙烯醇于50℃下干燥至恒重得到增塑改性的聚乙烯醇料。将该改性聚乙烯醇料放入模压机中在10MPa压力下于180℃下压板成型,压板时间为10min,或将该改性聚乙烯醇料放入单螺杆挤出机中挤出造粒后,在注塑机上进行注塑成型制品。单螺杆挤出机各区间温度分别为:130、170、170、140℃,转速30r/min;注塑成型工艺参数为180℃,模温30℃,注射压力80MPa。
所得的增塑改性的聚乙烯醇料的熔点为160℃,热分解温度为268℃。
实施例8
先将35份的氯化钙和35份乙醇胺溶于70份水中配成溶液,然后将100份1788的聚乙烯醇加入到45份该溶液中,于60℃下充分溶胀;将充分溶胀的聚乙烯醇于50℃下干燥至恒重得到增塑改性的聚乙烯醇料。将该改性聚乙烯醇料放入单螺杆挤出机中挤出造粒,挤出机各区间温度分别为:130、170、170、140℃,转速30r/min,然后采用单螺杆挤出机进行吹膜成型。
所得的增塑改性的聚乙烯醇料的熔点为142℃,热分解温度为261℃。
对比例
纯1799聚乙烯醇料的熔点为229℃,热分解温度为229℃。
Claims (7)
1.一种用于热塑加工的复配增塑剂,其特征在于该复配增塑剂是由按重量百分比计的以下组分经搅拌混合而成:
无机金属盐增塑剂 50-80%
有机增塑剂 20-50%。
2.根据权利要求1所述的用于热塑加工的复配增塑剂,其特征在于该复配增塑剂中所含的无机金属盐增塑剂为氯化钠、硫酸钠、硝酸镁、硝酸钙、氯化钙或氯化镁中的任一种。
3.根据权利要求1或2所述的用于热塑加工的复配增塑剂,其特征在于该复配增塑剂中所含的有机增塑剂为尿素、甲酰胺、乙醇胺、甘油、乙二醇、山梨醇、二甘醇或聚乙二醇中的任一种。
4.用权利要求1所述的复配增塑剂增塑聚乙烯醇的方法,其特征在于该方法的工艺步骤和条件如下:
1)先将30-50份复配增塑剂溶于60-70份水中配成溶液,然后将醇解度≥88%的聚乙烯醇100份加入该溶液中,于20-60℃温度下充分溶胀;
2)将充分溶胀的聚乙烯醇于50-60℃下干燥至恒重所得的增塑改性的聚乙烯醇料用热塑加工方法进行加工制备产品,
其中各物料的份数均为重量份。
5.根据权利要求4所述的增塑聚乙烯醇的方法,其特征在于该方法中所用的复配增塑剂是由按重量百分比计的以下组分经搅拌混合而成:
无机金属盐增塑剂 50-80%
有机增塑剂 20-50%。
6.根据权利要求5所述的增塑聚乙烯醇的方法,其特征在于该方法中所用的复配增塑剂中的无机金属盐增塑剂为氯化钠、硫酸钠、硝酸镁、硝酸钙、氯化钙或氯化镁中的任一种。
7.根据权利要求5或6所述的增塑聚乙烯醇的方法,其特征在于该方法中所用的复配增塑剂中的有机增塑剂为尿素、甲酰胺、乙醇胺、甘油、乙二醇、山梨醇、二甘醇或聚乙二醇中的任一种。
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