建筑塑料：硬聚氯乙烯的增韧改性

      硬聚氯乙烯是脆硬性聚合物，尤其是用作建筑材料，抗冲击性差，其制品脆硬易裂，这使硬聚氯乙烯建筑塑料制品在使用上受到了限制。为此，在聚氯乙烯中要加入冲击性能改性剂来增韧改性，提高其冲击强度。目前，常用的是弹性体增韧聚氯乙烯技术，以及近期发展起来的刚性体（非弹性体）增韧聚氯乙烯技术。

      1、氯化聚乙烯（CPE）

      氯化聚乙烯是高密度聚乙烯在适当条件下经氯化而制成。高密度聚乙烯经氯化后，破坏了其结晶度，使之柔软而具有橡胶类弹性体的性质，加入适宜量的氯化聚乙烯，使它在聚氯乙烯中分散呈交织立体网络结构，当硬聚氯乙烯建筑塑料制品受到外力冲击时，其可吸收冲击能量，所以能提高硬聚氯乙烯建筑塑料制品的抗冲击性能。氯化聚乙烯与聚氯乙烯的相容性主要受氯化聚乙烯的氯含量和氯原子在聚乙烯主键上的分布情况的控制，因而氯化聚乙烯的含氯量对改性效果的影响很大，含氯量小于25%的氯化聚乙烯，与聚氯乙烯相容性很差，不适合聚氯乙烯的改性；含氯量大于48%的氯化聚乙烯，与聚氯乙烯相容性良好，能起到聚氯乙烯的增塑剂作用；含氯量为25%～40%的氯化聚乙烯是较好的冲击性能改性剂；含氯量为35%～36%的氯化聚乙烯，冲击强度明显提高，是良好的冲击性能改性剂。

      因氯化聚乙烯不含双键，能提高制品的耐候性，它还能增加流动性，有增塑、润滑作用，可改进加工性能。由于含氯

      量增加，改善了耐燃性，氯化聚乙烯热稳定性比聚氯乙烯好，加之价格相对而言较低廉，所以，氯化聚乙烯是目前塑料管、塑料门窗型材生产厂家广泛应用的冲击性能改性剂。在实际加工使用时，过高的加工温度及过大的剪切力，会影响制品改善抗冲击性等。从材料的改性效果来看，由于氯化聚乙烯是橡胶类弹性体，增韧聚氯乙烯的同时，使聚氯乙烯的刚性和强度有所下降。

      2、丙烯酸酯类聚合物（ACR）

      ACR冲击性能改性剂是具有核壳结构的丙烯酸酯类聚合物。核是轻度交联的丙烯酸酯橡胶弹性体，壳是甲基丙烯酸甲酯的聚合物，其微粒分散于聚氯乙烯中，由于改性剂的壳层与聚氯乙烯相容性较好，微粒可均匀分散在聚氯乙烯粒子间形成粘附力较大的粒子，增强了分散应力的能力。当硬聚氯乙烯建筑塑料制品受到外力冲击时，能消耗掉冲击能量，因而提高了硬聚氯乙烯体系材料的抗冲击性能。按用途的不同，丙烯酸酯类聚合物除上述提到的ACR冲击性能改性剂外，还有一类如ACR加工性能改性剂，它是由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯等进行共聚反应而得，能明显改善聚氯乙烯的加工性能。ACR种类较多，因共聚单体、共聚方法及分子量高低不同等，其改性的特点与效果有所差别，这在硬聚氯乙烯加工技术中尤需注意，要选用适当。

      ACR的冲击性能改善比CPE好，达到相同冲击强度时，ACR的用量比CPE来得少。ACR有着综合性优点，它在硬聚氯乙烯中使之加工性能好，这是由于ACR与聚氯乙烯相容性较好，可提高凝胶化速率、缩短熔融塑化时间、提高加工能力，还有耐候性好、润滑性好。由于ACR微粒在熔体中均匀分散等，故改性效果很少受加工温度影响。

      ACR与CPE相比价格昂贵，在选用时，厂家考虑到建筑塑料的制作成本，往往以CPE为主，辅之ACR混用，以解决改善冲击性能、加工性能以及价格的平衡问题。目前，在一些高性能的塑料门窗型材、塑料管中也有采用以ACR为主的改性剂系统。

      3、聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）

      80年代中期，国外学者提出刚性体增韧机理，随后国内也相继对此刚性体增韧机理进行研究开发。在增韧聚氯乙烯的研究中，一改传统的弹性体增韧，而采用刚性体（非弹性体）增韧，并有新的发现，即在明显提高硬聚氯乙烯体系韧性的同时，使刚性和强度等少受损失或有所改善，而且加工流动性等也得到改善。

      刚性体增韧机理认为，基体应具有一定的强度和韧性，再则，刚性体与基体之间应具备有良好的相容性以及粘接力，以使应力能传递。当符合上述2个条件时，刚性有机粒子加入于有一定韧性的基体中，能起到良好的增韧改性效果。

      聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为刚性有机粒子，被增韧基体为硬聚氯乙烯韧性体，后者是一类有一定韧性的硬聚氯乙烯体系如PVC／CPE等。实际上，这二元共混体系即是前述的弹性体增韧聚氯乙烯，其不足之处是刚性和强度有所下降，因而，少量的PS、PMMA刚性有机粒子加入于这类具有一定韧性的基体中，此分散的刚性粒子与被增韧基体有着较好的相容性，满足了刚性体增韧的条件，在外力作用下，刚性有机粒子发生冷拉变形，从而吸收变形能，提高了硬聚氯乙烯体系材料的韧性，使冲击强度明显提高，其拉伸强度等也得到改善，此外，还能降低体系粘度，改善制品外观。

      4、低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）

      依据刚性体增韧机理，试以聚乙烯对聚氯乙烯的增韧改性也符合这一刚性体增韧范畴。低密度聚乙烯是高韧性的刚性体，须知，低密度聚乙烯与聚氯乙烯因极性等相差很大而导致二者不相容，因而需加入氯化聚乙烯作为聚氯乙烯与低密度聚乙烯的增容剂。可认为PVC／CPE是韧性体，加入的低密度聚乙烯是刚性体，符合了刚性体增韧的条件，少量的低密度聚乙烯刚性有机粒子加入于硬聚氯乙烯韧性体中，在外力作用下，使刚性有机粒子发生冷拉变形，以吸收塑性变形能，则提高材料韧性，其增韧性能优于PVC／CPE体系，且力学性能少受损失。

      高密度聚乙烯对聚氯乙烯增韧改性仍以氯化聚乙烯作为增容剂，可认为PVC／CPE是韧性体，高密度聚乙烯是刚性有机粒子，也能达到很好的增韧效果。从试验中得知，因高密度聚乙烯刚性比低密度聚乙烯大，则高密度聚乙烯的增韧效果比低密度聚乙烯好些。高密度聚乙烯对聚氯乙烯增韧效果如表1所示。

      高密度聚乙烯有良好的加工流动性、耐低温性等，在高密度聚乙烯增韧聚氯乙烯的同时，使之改善加工流动性等。再者，高密度聚乙烯是价廉的通用树脂，也可略为降低硬聚氯乙烯建筑塑料制品的成本。