宽熔融加工窗口聚乙烯醇共混物的制备及性能研究

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聚乙烯醇(Poly(vinyl alcohol))是一种综合性能优异的水溶性高聚物。PVA的耐油、耐溶剂及气体阻隔性能尤其出众,在有机溶剂、食品药品等包装方面具有独特优势。PVA高分子链上含有大量的活性羟基易形成大量的分子内和分子间氢键,导致PVA的熔融温度与其热分解温度相当接近,熔融即分解,因而很难进行热塑加工。本文分别采用硅烷偶联剂KH602与KH560对PVA进行接枝改性,研究偶联剂对PVA熔点的影响;分别采用天然大分子丹宁酸和明胶与PVA共混,研究其对PVA热分解温度的影响。同时,制备不同碳链长度的烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯(NP-4P、NP-10P、NP-15P),分别研究其对PVA热稳定性和熔点的影响,最终制备了宽熔融加工窗口的聚乙烯醇共混物。分别采用硅烷偶联剂KH602和KH560对PVA进行接枝改性,制备了PVA-g-KH602和PVA-g-KH560改性材料。研究结果表明:两者的熔点分别由230℃降低至193℃和218℃,接触角分别从49°提高至92°和73°,在降低熔点方面,KH602的效果明显优于KH560。改性后,PVA的拉伸强度从87.5 MPa分别降低至59.6 MPa和64.5 MPa,断裂伸长率从156%分别提高到486%和338%。分别采用天然大分子丹宁酸(TA)和明胶(GEL)对PVA进行共混,制备了PVA/TA和PVA/GEL共混物。研究结果表明:与纯PVA相比,PVA/TA(7 wt%)和PVA/GEL(15wt%)共混物的热分解温度分别提高了103℃和87℃,熔点变化不大。随着TA和GEL含量的逐渐增加,PVA/TA和PVA/GEL共混材料仍具有优异的力学性能和透光率。分别采用不同碳链长度的磷酸酯类化合物(NP-4P、NP-10P、NP-15P)与PVA进行共混,结果表明,三种磷酸酯类化合物均能有效提高PVA的热分解温度,降低熔点。其中PVA/NP-10P(5 wt%)共混物效果最好,热分解温度升至311℃,熔点降低至213℃。分别采用微分法、Kissinger法以及Ozawa法探讨了PVA/NP-10P(5 wt%)与纯PVA的热降解动力学。结果表明,NP-10P可以有效地缓解PVA前期的热分解速率,提高其热稳定性。力学性能结果表明,随着NP-10P添加量的增多,PVA/NP-10P共混物的拉伸强度下降,断裂伸长率增加。当NP-10P的量为5 wt%时,PVA/NP-10P共混膜拉伸强度为72.2 MPa、断裂伸长率为473%,透光率为85%。进一步研究表明,在PVA-g-KH602中添加5 wt%的NP-10P制备宽熔融加工窗口PVA共混物,共混物熔点降低至185℃,热分解温度升为286℃,Td-Tm为101℃,易于热塑加工。力学和透光率结果表明:PVA-g-KH602(7%)/NP-10P共混物薄膜的拉伸强度为64.3 MPa,断裂伸长率为492%,透光率为74%,综合性能优异。
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