聚氯乙烯阻尼材料的改性制备和性能研究_柏芳燕.pdf

24纺织报告|FANGZHI BAOGAO聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）材料的分子链中存在丰富的极性CCl键，PVC材料分子之间的作用力较大，使PVC材料在物理力学性能上表现良好，同时PVC的化学稳定性较好，具有价格低廉、容易获取的优势1-2。但是相比其他塑材，PVC的热稳定性较差，脆性较大，因此在应用过程中，PVC常与增塑剂混合使用，但是PVC材料存在增塑剂容易发生迁移的问题，限制了PVC材料的进一步使用，进而需要对PVC材料进行优化改进3-4。因此，本研究针对增塑PVC在阻尼材料制备中的增塑剂迁移问题，采用三聚氯氰制备了一种自增塑聚氯乙烯（Self-聚氯乙烯阻尼材料的改性制备和性能研究柏芳燕（重庆财经学院，重庆 402160）Modification preparation and properties study of polyvinyl chloride damping materialsBai Fangyan（Chongqing Financial and Economic College,Chongqing 402160,China）Abstract Damping materials have important value in anti-noise and anti-vibration pollution.Reasonable use of damping materials can suppress noise and vibration from the source.In order to improve the properties of polyvinyl chloride(PVC),this paper prepares a self-plasticizing polyvinyl chlorid(SPVC)material by cyanuric chloride,and prepares the modified SPVC damping material by combining with PVC plastisol.In order to verify the properties of the materials,the structure characterization,plasticizing effect and damping properties of SPVC and damping materials are analyzed by infrared,nuclear magnetic resonance and thermogravimetric(TG).The results show that the Tg of the SPVC damping material is lower than that before the modification,which indicates that the modified SPVC damping material has better internal plasticizing effect.The damping performance of modified SPVC damping material is analyzed,and it is found that tan max and the temperate range value when tan 0.3 increase and Tg decrease,which proves that the damping property of modified PVC damping material is enhanced.The introduction of SPVC PVC material into the modification of PVC damping material has practical value in solving the problems of noise and vibration pollution.Key words PVC;damping;self-plasticizing;modification摘要阻尼材料在抗噪声和抗振动污染中具有重要价值，合理运用阻尼材料能从源头对噪声和振动进行抑制。为了增强聚氯乙烯（PVC）材料性能，文章运用三聚氯氰制备了一种自增塑聚氯乙烯（SPVC）材料，并结合PVC塑溶胶制备改性SPVC阻尼材料。为了验证材料的性能，通过红外、核磁、热重（TG）等方法分析SPVC和阻尼材料的结构表征、增塑效果、阻尼性能。结果显示，SPVC阻尼材料的Tg较改性前有所降低，表明改性SPVC阻尼材料的内增塑效果较好。对改性SPVC阻尼材料的阻尼性能进行分析发现，tan max和tan 0.3温域值提升，同时Tg降低，证明改性PVC阻尼材料阻尼性能得到增强。在PVC阻尼材料改性中引入SPVC材料，对解决噪声和振动污染问题具有实用价值。关键词PVC；阻尼；自增塑；改性中图分类号：J523.1文献标志码：Aplasticizing Polyvinyl Chloride，SPVC）阻尼材料，并采用共混的方式分析SPVC对阻尼材料性能的影响，以期获得一种环保型高阻尼PVC改性材料，解决PVC材料热力学不稳定的问题，为缓解噪声和振动污染提供参考。1 实验部分1.1 主要原料聚氯乙烯糊树脂（2 000目，工业级，新疆天业集团有限公司）；氧化钙（分析级，天津致远化学试剂有限公司）；纳米碳酸钙（工业级，泾县中科技材料活性炭有限公司）；柠檬酸酯增塑剂（WT-1，化学级），环保钙锌稳投稿日期：2022-12-29作者简介：柏芳燕（1982），女，山西运城人，讲师，硕士；研究方向：建筑材料，高教。Technology科技FANGZHI BAOGAO纺织报告|FANGZHI BAOGAO25定剂（CZY-4，化学级），均购自山东万图高分子材料股份有限公司；降黏剂（D-80，工业级），钛白粉TiO2（工业级），均购自美国埃克森美孚公司；气相二氧化硅（化学纯，1020 nm，武汉科恩克有限公司）；氢氧化钠、无水碳酸钠、丁酮（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；腰果酚（纯度90.0%95.0%，工业级，上海迈瑞尔化学技术有限公司）；硫脲（分析纯，天津光复科技发展有限公司）；甲醇（分析纯，西陇科学股份有限公司）；N,N-二甲基甲酰胺分析纯，瑞环（合肥）环境有限公司；三聚氯氰化学纯，阿拉丁试剂（上海）有限公司。1.2 仪器与设备加热磁力搅拌器（IKA集团，设备型号为RCT ba sic）；顶置式搅拌器（I K A集团，设备型号为EUROSTAR100）；傅里叶变换红外光谱仪（美国Nicolet，设备型号为Nexus-870）；核磁共振氢谱仪（德国Brucker，设备型号为AVANCE 400 MHz）；差示扫描量热仪（美国TA，设备型号为Q2000）；真空干燥箱（上海三发，设备型号为DZF-6050）；热重分析仪（德国Netzsch，设备型号为STA449F3）；动态热机械分析仪（美国TA，设备型号为Q800）。1.3 样品制备称取经过计量的三聚氯氰和无水碳酸钠，比例为1 2，使二者完全溶于丁酮，并加入腰果酚，保证温度始终低于40，进而取代三聚氯氰溶液。加入硫脲后，在氮气气氛下加热溶液至60，加热反应2.5 h后加入氢氧化钠，在室温环境下搅拌30 min，进而取代三聚氯氰溶液。在溶液中加入一定量的N,N-二甲基甲酰胺和PVC树脂粉末，并在氮气气氛下将溶液加热至90，使溶液反应3.0 h。对溶液进行过滤处理，并于10.0%甲醇水溶液中进行沉淀，获得SPVC的聚合物。称取一定量的SPVC与柠檬酸酯增塑剂进行低速搅拌，使二者均匀分散，形成微透明乳白色液体状混合物。保持低速搅拌，先后加入经过计量的钙锌稳定剂、TiO2、CaO、CaCO3，高速搅拌20 min使混合物均匀。在混合物中快速加入降黏剂，进行中高速搅拌使其均匀。对混合物进行真空脱泡处理，获得SPVC阻尼材料。1.4 性能测试与表征1.4.1 差示扫描量热测试通过差示扫描量热（Differential Scanning Calorimetry，DSC）测试分析SPVC阻尼材料的热稳定性能，测试设备为美国TA公司的差示扫描量热仪，型号为Q2000。DSC测试在氮气气氛下完成，程序温度为25800，环境温度保持匀速升高，升温速度为20/min。1.4.2 热重分析测试取710 mg的SPVC阻尼材料胶膜作为测试样品，采用德国Netzsch公司的热重分析仪进行热重分析（Thermogravimetric，TG）测试，设备型号为STA449F3。采用动态导数热重分析（Derivative Thermogravimetry，DTG）法，在测试过程中维持氮气气氛环境，测试温度控制在25800，温度每分钟升高20。1.4.3 动态力学性能测试取15 mm2 mm4 mm的SPVC阻尼材料样品进行动态力学性能分析，测试设备为美国TA公司的动态热机械分析仪，设备型号为Q800。测试模式为拉伸模式，测试温度为50150，升温速度为5/min，频率为1 Hz，振幅为15 m。2 结果与讨论2.1 SPVC的DSC分析本研究在PVC阻尼材料的基础上提出了SPVC阻尼材料，并分析了SPVC阻尼材料的内增塑效果，结果如图1所示。图1 不同质量分数SPVC阻尼材料的DSC曲线从图1可以看出，随着温度的不断提升，各材料的热流率呈现出不断提升的趋势。当SPVC阻尼材料质量分数为5.0%时，其热流率在温度为20 时开始趋于稳定，此后随着温度的提升呈现出缓慢增长的趋势，当温度达到42 时，其热流率增长速度开始加快。当SPVC阻尼材料质量分数为10.0%时，其热流率在温度为35 时开始趋于稳定，在温度达到20 时，其增长速度开始加快。多项研究同时指出，在PVC阻尼材料中添加TCCD-SNa能显著降低材料的Tg（热重分析得到的指数值）温度，进而提升材料的自增塑效果。2.2 阻尼材料TG分析材料的热重分析是评估材料热降解能力的主要指标，以此初步评价材料的热稳定性，结果如图2所示。图2 不同质量分数SPVC阻尼材料的热降解分析柏芳燕：聚氯乙烯阻尼材料的改性制备和性能研究26纺织报告|FANGZHI BAOGAO图2（a）是不同质量分数SPVC阻尼材料的TG分析结果，可以看出，随着温度的不断提升，各个材料的热重呈现不断降低趋势，并在降低至最低点后开始保持稳定。从图2（a）的曲线变化可以得知，当SPVC阻尼材料质量分数不断增加时，其TG曲线稳定后的值开始降低，当SPVC为5.0%时，其TG值高于PVC和SPVC-10.0%，表明当SPVC为5.0%时，材料的热稳定性较强。图2（b）是不同质量分数SPVC阻尼材料的DTG分析结果，可以看出，SPVC阻尼材料相比PVC材料，其DTG更低，SPVC-5.0%高于SSPVC-10.0%，并且SPVC-5.0%的DTG结果与PVC相差不明显。有学者提出，相比SPVC材料，PVC材料的热稳定性较强；但也有学者认为，自增塑材料的加入能在一定程度上提高PVC阻尼材料的热稳定效果。研究结果显示，SPVC-5.0%的热稳定性与PVC阻尼材料差异不大，进而证实了既往研究结论，同时也证明了研究所提出的SPVC阻尼材料具备较好的热稳定性。2.3 阻尼材料动态力学性能分析表1是不同质量分数SPVC阻尼材料的动态力学性能综合分析结果，用于比较不同温域下的SPVC阻尼材料温度变化。表1 不同质量分数SPVC阻尼材料的动态力学性能动态力学指标PVC 阻尼材料SPVC-2.5%SPVC-5.0%SPVC-7.5%SPVC-10.0%tan 0.31/48.2152.4959.2661.4764.62tan 0.45/48.7753.6461.0865.4969.35tan max0.500.5