热塑性聚氨酯与聚氯乙烯共混改性研究

热塑性聚氨酯与聚氯乙烯共混改性研究

闫凌峰

622225199112180314  新疆吐鲁番市 838001

摘要：通过科学地将热塑性聚氨酯（TPU）与聚氯乙烯（PVC）进行共混改性，能够有效提升材料的综合性能。本文运用先进的机械共混技术，成功制备了TPU/PVC共混材料，并详细研究共混比例、增塑剂、热稳定剂及填料等多种因素对材料性能的影响。这些研究成果对于优化共混材料的性能表现以及拓宽其应用提供参考。实验发现，TPU的软段与PVC链段间展现出良好的相容性，显著提升了共混材料的力学特性、耐油性及耐溶剂性。此研究不仅为TPU与PVC的共混改性提供坚实的理论支撑，同时也为材料在实际应用中的选择与性能优化提供宝贵的意见。

关键词：热塑性聚氨酯；聚氯乙烯；共混改性

引言：TPU，作为一种优质的弹性体材料，其杰出的力学特性、出色的耐磨性、耐油性以及耐溶剂性能，在众多行业应用展现出巨大的潜力。然而，任何材料都有固有的局限性，PVC亦不例外，尽管拥有卓越的耐腐蚀性和耐久性。且成本相对较低，但其硬度较高、韧性不足的缺点限制其更广泛的应用。因此，将TPU与PVC进行共混改性，是在实现两者性能的互补与融合，从而进一步提升材料的综合性能，满足更多元化的应用需求。

一、TPU/PVC共混物原材料选择与制造流程优化

1.1TPU/PVC共混物原材料的选择与性能评估

   在本次研究中，精心挑选了各类原材料以确保共混改性实验的成功。TPU以颗粒形态呈现，其纯净度高、质地均匀，为共混改性提供优质的基材。PVC则采用粉末状，其细腻均匀的质地保证与TPU颗粒的良好混合。为增强共混物的柔韧性和优化其加工特性，经过慎重的选择，决定采用邻苯二甲酸二辛酯（DOP）作为增塑剂。在确保共混物在维持卓越性能的基础上，进一步优化其在实际应用中的柔韧性和加工便捷性。DOP具有出色的增塑效果，能够在不损害其他性能的前提下，有效提高共混物的延展性。经过周密的评估与严谨的科学实验，决定选用硬脂酸钙作为热稳定剂。这种热稳定剂具有优异的热稳定性，能够有效防止共混物在加工过程中因高温而发生的分解反应，确保共混物的质量和稳定性。此外，还选用白炭黑作为填料。白炭黑以其出色的补强性能和分散性，能够在不增加成本的前提下，显著提升共混物的力学性能和耐候性。经过缜密筛选与全面测试，这些原材料已确认其质量与性能完全符合实验所需标准。它们的选用，将为后续的共混制备与性能研究，奠定坚实且可靠的基石[1]。

1.2 共混物制造流程概述：

  依据既定的配比，准确称取TPU、PVC、塑化剂（DOP）、热稳定剂（硬脂酸钙）以及填充剂（白炭黑）。将这些原料置入混合装置内，利用机械搅拌的方法，确保各种成分混合均匀。在挤出机的高温环境下，物料被加热至熔融状态，各成分之间发生充分的物理和化学反应，完成熔融态的共混。在这一过程中，双螺旋挤出机的精确调控和操作优化保证共混物的均匀性和一致性。熔融态的共混物料在通过冷却系统快速冷却后，由切粒机切割成标准尺寸的颗粒。这些颗粒正是由我们所制备的TPU/PVC共混物。在整个制造过程中，严格控制原料配比、熔融温度、冷却速度等关键工艺参数，以确保共混物的质量和性能达到最优水平。同时，已制定了针对制备过程中可能出现的问题的预防和解决方案，以确保实验的顺利进行。最终制备得到的TPU/PVC共混物将作为后续性能评估和应用试验的基础材料，为深入研究其性能特性和潜在应用领域提供重要保障。

二、增塑剂DOP对TPU/PVC共混物性能的影响及其优化策略

2.1TPU/PVC共混物性能研究：

为了彻底研究混合比例对复合材料性能的影响，特别关注TPU与PVC以30/70比例混合的体系。实验数据表明，在这一特定混合比例下，复合材料展现出卓越的综合性能。在力学属性方面，TPU与PVC之间的协同效应明显，导致复合材料的抗拉强度、伸长率等关键性能指标均有所提高。这种协同效应源于两种聚合物分子间的相互作用，在熔融混合过程中，形成稳定的相态结构，从而增强复合材料的力学属性。同时，在耐油性和耐溶剂性方面，该混合比例下的复合材料同样表现优异。其良好的耐油性使得复合材料在油性环境中能够维持稳定的物理属性，减少溶胀或变形的可能性。该材料还具备卓越的耐溶剂性能，能够在众多有机溶剂环境中保持稳定的化学特性，从而有效降低发生降解或溶解的可能性。总结而言，当TPU与PVC的混合比例为30/70时，复合材料在力学属性、耐油性和耐溶剂性等多个方面均展现出卓越的性能。经过深入研究，取得这一重要成果，为复合材料性能的进一步优化以及应用领域的拓展提供坚实的科学支撑[2]。

2.2增塑剂DOP影响TPU/PVC共混物力学性能和特性

在制造共混物的过程中，塑化剂DOP的引入对共混物的特性产生显著的影响。经过缜密观察与深入分析，我们注意到，随着DOP含量的逐步增多，共混物的力学特性呈现出显著的降低趋势。这一变化趋向对于全面把握共混物的性能特征具有不可或缺的重要价值。这种变化可以解释为塑化剂对PVC链段活动能力的增强效果。经过科学验证，DOP作为一种高效的塑化剂，能够显著降低PVC分子链间的内聚力，从而优化PVC链段的运动性能，使其更具流动性。这种活动能力的增强却导致了TPU与PVC之间相互作用的减弱。由于TPU与PVC之间的相互作用是共混物力学属性的重要基础，因此其减弱必然导致共混物整体力学属性的下降，具体表现为在抗拉强度与断裂伸长率等核心参数上取得显著的提升。塑化剂的引入还可能对共混物的其他特性产生影响，如耐油性、耐溶剂性等。因此，在共混物制造过程中，需要综合考虑塑化剂的类型、比例以及其对共混物特性的影响，以寻求最佳的配方和工艺条件。因此，DOP在TPU/PVC共混物的性质中起着决定性的作用。实际应用中，需要根据具体需求来选择合适的塑化剂类型和比例，以平衡共混物的力学属性和加工属性。

2 3塑化剂对共混物性能的影响

在深入分析共混物性能时，我们注意到塑化剂DOP的掺量对共混物的力学属性产生了显著的影响。随着DOP在共混物中比例的上升，其力学属性呈现出明显的降低趋势。这种属性变化揭示了复杂的化学与物理机制。PVC材料中，DOP的作用至关重要，其核心功能在于大幅度降低PVC的玻璃化转变温度。这一特性使得PVC链段在相对较低的温度条件下即可启动运动。因此，DOP对PVC材料的加工性能和柔韧性有着显著的促进作用[3]。

随着PVC链段运动能力的增强，其分子间的相互作用力减弱，导致TPU与PVC之间的相容性降低。这种相容性的降低直接体现在共混物的力学属性上，表现为抗拉强度、弯曲模量等关键指标的下降。塑化剂的掺入还可能对共混物的其他属性，如加工属性、耐候性等产生影响。在共混物的制备过程中，需要根据实际应用需求，权衡塑化剂的掺量，在维持共混物优良加工特性的基础上，力求提升其力学性能至最佳状态。塑化剂DOP对TPU/PVC共混物的力学属性具有决定性的影响。在实际应用中，需要综合考虑共混物的各项属性指标，以及塑化剂的类型和掺量，以制备出性能卓越的共混物材料。

总结：在本研究中，通过机械混合方法有效地制成TPU/PVC混合材料，并对混合比例、塑化剂、热稳定剂以及填料等关键因素如何影响材料特性进行深入分析。研究发现，聚氨酯软段与聚氯乙烯链段间的相互作用是TPU与PVC共混相容性的主要来源，这为共混改性提供了理论支撑。通过优化这些关键参数，成功提升共混物的力学性能、耐油性及耐溶剂性等关键性能指标，显著改善材料的综合性能。这一成果不仅为TPU与PVC的共混改性提供理论基础，也为实际材料选择及性能优化提供有力指导。未来，我们将继续深入探索TPU/PVC共混材料的性能优化与应用拓展，以期在更多领域实现其潜在价值。同时，也期待更多的研究者能够加入这一领域，共同推动高分子材料共混技术的发展和创新。

参考文献：

[1]沈强.聚氯乙烯/热塑性聚氨酯共混合金静动态力学性能及微观结构分析[D].安徽建筑大学,2023.DOI:10.27784/d.cnki.gahjz.2023.000223.

[2]徐佳宁,钱博,王岳鹏,等.聚氨酯热熔胶的研究进展[J].中国胶粘剂,2023,32(11):44-52+68.DOI:10.13416/j.ca.2023.11.008.

[3]王贺,韩爽,顿立男,等.浅谈聚氯乙烯的改性研究与应用[J].塑料助剂,2020,(03):47-52.