ACR和MBS抗冲改性剂的结构及其对PVC的增韧机理
2018-02-09 14:30阅读:
1、
ACR和MBS抗冲改性剂的结构
尽管橡胶相的凝胶含量和溶胶分子量、壳层聚合物分子量及接枝率也是表征ACR,MBS抗冲改性剂的重要结构参数,但ACR,MBS的相态结构对其应用性能(主要是抗冲性能)更为重要。
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当壳层单体量较小,或聚合控制不当时,则可能形成非核-壳结构或核-壳结构不完善的乳胶粒子。Sommer等采用原子力显微镜研究了二阶段乳液聚合核-壳结构PBA/PMMA的表面形态,对于纯PBA粒子,表面平整光滑;当PBA/PMM
A=90/10时,PBA粒子表面部分被PMMA覆盖部分;当PBA/PMMA=80/20时,PMMA微区尺寸增大并相互连接,形成“草莓”状结构的壳层;当PBA/PMMA=70/30时,PMMA初级粒子凝并在一起形成连续的、均匀的PMMA层。由此可以认为,采用核-壳乳液聚合得到的PBA/PMMA复合粒子并不存在明显的PBA/PMMA界线,在聚合过程中PMMA将向PBA渗透,形成界限模糊的界面层,在PMMA含量低时不能形成连续的PMMA层,只有在PMMA含量高时,才能形成较为完整的PMMA层。对于MBS,情况也基本相同。
ACR,MBS乳胶粒子经凝聚、干燥而得到由初级粒子凝聚而成的、具有疏松结构的粒子,粒径较大。
2、
ACR,MBS抗冲改性剂对PVC的增韧机理
凝聚ACR,MBS抗冲改性剂粒子与PVC树脂混合、熔融加工时,由于壳层聚合物与PVC具有很好的相容性,而核为交联的橡胶粒子,因此会重新分散为初级粒子(橡胶粒子部分)而均匀分布在PVC基体中,形成以橡胶粒子为分散的“岛”、PVC基体连续的“海”的“海-岛”结构相态结构。当材料受到应力作用时,橡胶粒子会变形但仍以分散相存在。未变形PVC/MBS材料中MBS分散较为均匀,变形后MBS在变形方向有一定取向。
ACR,MBS抗冲改性(增韧)的PVC属于典型的橡胶增韧塑料体系,橡胶对塑料的增韧机理主要有银纹、银纹-剪切带、空化理论等。脆性塑料如PS,PMMA等用ACR,MBS增韧时,增韧作用主要来自海岛型弹性体微粒作为应力集中物与基体间引发大量银纹,从而吸收大量冲击能,同时,大量银纹间应力场相互干扰,降低了银纹端应力,阻碍了银纹的进一步发展。
橡胶粒子的粒径、数量和分散程度对增韧改性PVC的抗冲击性能都有很大影响。
对于ACR,MBS增韧的PVC塑料,大量力学性能的研究还表明有橡胶粒子空穴的产生,并认为是主要的增韧机理。如果橡胶粒子能在基体内部穴化,形成的空穴又足够近,则橡胶粒子之间的基体层能够屈服,起到增韧效果。Dompas等提出了橡胶内部穴化准则,认为橡胶内部穴化可以看作穴化产生的应力能与穴化产生新表面能的平衡,由此得到的模型表明存在能够穴化的最小橡胶粒子粒径,通过拉伸试验发现橡胶内部穴化的开始仅决定于橡胶粒子的大小,穴化阻力随橡胶粒径减小,小的橡胶粒子不能穴化。Dompas等又发现增韧效果与增韧体系中空穴形成机理有关,内橡胶粒子内部穴化和PVC/橡胶粒子界面的脱离产生纵向应力,由此促进PVC基体的应用屈服。Yanagase等研究了带缺口PVC/ACR试样的弯曲变态过程。当变形较小时,在缺口端部形成剪切带形式的塑性变形,当变形增大时,形成橡胶空穴,塑性变形形区扩大。认为由ACR改性剂产生的空穴产生受限应变,释放应力小于基体中微纤强度,这时稳定的形变发生,ACR增韧的PVC的韧性就提高。
从ACR,MBS的增韧机理可知,在PVC中引入ACR,MBS,使之产生积极橡胶穴化作用,是ACR,MBS提高材料韧性的实质所在,因此,影响橡胶穴化作用的因素,如橡胶相的玻璃化转变温度、橡胶相交联程度、橡胶粒子粒径和含量都有很大影响。ACR,MBS壳层影响橡胶相的分散不得与PV界面的粘接力,因此对增韧效果也有一定影响。