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标题: PVA-CP1220T10吹塑薄膜加工工艺及性能研究 [打印本页]

作者: Bruce 时间: 2012-2-8 10:07
标题: PVA-CP1220T10吹塑薄膜加工工艺及性能研究
聚乙烯醇(PVA)是一种性能优良，用途广泛水溶性聚合物。由它制备的薄膜具有优异的阻氧性阻油性、耐磨性、抗撕裂性、透明性、抗静电性、刷性、耐化学腐蚀性和溶剂选择性等。由于 PVA分子中含有大量羟基，形成分子内与分子间氢键，使其熔点高于分解温度，难以熔融吹塑成型。本文通过对PVA-CP1220T10(Kuramy生产，以下简称PVCP)树脂的剖析，探索了适宜的加工工艺，实现PVA-CP1220T10树脂的熔融吹塑，制得了综合性能较好的水溶性 PVA薄膜。
l 实验部分
1.1 原料与设备
PVA粒料：CP-1220T10，日本 Kuraray公司。热重分析仪：TG209型，德国 NETZSCH公司；转矩流变仪：MP-300数字型，郑州轻工业学院；单螺杆挤出吹塑机：30-25，瑞海塑料机械有限公司；红外分光光度计：5DXB FT-IR，美Nicolet公司；电子拉力机：CM6104型，深圳新三思计量技术有限公司。
1.2 工艺方法
将PVA粒料在70℃下真空干燥10h后，在单螺杆挤出吹膜装置上，采用平挤平吹法吹塑成膜。调整单螺杆挤出机各加热段温度、主机转速和卷曲速度制得PVA吹塑薄膜。
1.3 性能测试及表征
拉伸强度、断裂仲长率：按 GB/T 13022--199褥晕} 测试，温度23℃相对湿度50％，拉伸速率50mm/s；水溶性：取平均膜厚0.03mm的PVA薄膜，包人固体染料，将其置于25℃的水中，测定染料完全分散于水中所需时间，结果取三次平均值，单位以秒表示。
2 结果与讨论
2.1 PVA-CP的热稳定性

为考察 PVA-CP的熔融加工性，对其进行热重及转矩流变分析。图1是PVA-CP的 TG曲线，可以看出温度在 280℃以下时，PVA-CP有少量失重，主要是由PVA中的吸附水引起，当升温至 280℃以上时，失重量迅速增加，表明在此温度下 PVA分子链开始发生断裂，快速降解。对 PVA-CP进行转矩流变分析，实验条件为一区温度150℃，二区温度160℃，三区温度180℃，转速为 50r／min，加料量 69.8g。图2是PVA-CP的转矩-时间-温度关系曲线，可以看出料温在185 ℃左右，PVA-CP的平衡转矩为9.7 N·rn，保持时间在25 min左右，表明 PVA-CP具有良好的熔融加工性。另外，在对PVA-CP熔融吹塑之前必须将其充分干燥，否则，在熔融吹塑时易产生气泡，同时，由于PVA分子中的乙酰基受热后，易与水分子发生水解反应，生成的醋酸小分子在118℃下会完全挥发，影响膜的外观及内在质量，甚至无法成膜。
通过对 PVA-CP的热重及转矩流变分析，表明采用熔融加工是可行的，但应严格控制加工温度，以防止PVA-CP的氧化、降解。
2.2 PVA．CP吹塑膜加工工艺与力学-性能的关系
2.2.1 加工温度对吹塑膜力学性能的影响
PVA-CP粒料由料斗加入到最终成型为制品经历了一个复杂的温度过程，根据挤出理论和实践，物料在挤出过程中热量的来源主要有两个，一是物料与物料之间、物料与螺杆之间、物料与料筒之间的剪切摩擦产生的热量，另一个是料筒外部加热器提供的热量。由于PVA分子中含有大量羟基，形成分子内与分子间氢键，使其熔点接近分解温度，因此，温度对PVA薄膜的质量有显著的影响，表1是不同加工温度下对PVA吹塑膜的外观影响。

一区温度表示加料段温度，此段控温在 134℃时效果较佳。实验中 PVA-CP粒料由料斗进入料筒后随着螺杆的旋转而被逐渐推向机头方向，螺槽被松散的PVA粒子所充满，物料开始被压实。为了加大输送能力，一般不希望加料段温度升得过高，以免物料在进料口附近便迅速软化，黏附在螺杆上；另一方面，加料段温度也不能过低，否则物料可能出现熔融塑化不均，难以吹塑成膜。二区温度表示压缩段温度，物料到达料筒中部后开始充分塑化，如果温度过低，则塑化不均匀；如果温度过高，则可能使 PV物料发生分解。三区计量段将流率均匀的 PVA熔体输送到机头，若温度过高，易使熔体强度降低，难以成膜；若温度过低，则通过环形机头形成的管状薄膜难以吹胀拉伸。据此，通过实验得到 PVA-CP吹膜加工温度为：第一段温度134～140℃，第二段温度17～180℃，第三段温度180～185℃时，熔体具有良好的吹塑加工性。
为考察熔融吹塑加工前后PVA-CP的化学结构是否发生变化，对PVA-CP原料及吹塑膜进行红外光谱分析。PVA-CP原料及薄膜的红外吸收光谱图见图2，从图2可以看出：波数 3359.8cm 为羟基吸收峰，波数1733.9cm为酯键中的羰基吸收峰，加工前后PVA-CP的特征基团吸收峰位置没有变化，表明在上述加工条件下PVA-CP没有发生分解，加工条件的设置是合适的。

2.2.2 拉伸比、吹胀比对吹塑膜力学性能的影响吹塑过程中，泡管的纵、横向都有拉伸，因而两向都会发生分子取向，要制得性能良好的薄膜，两方向上的拉伸取向最好取得平衡，也就是纵向上的牵伸比与横向上的吹胀比应尽可能相等。但实验时吹胀比因受冷却风环直径的限制，可调范围有限，且吹胀比也不易过大，过大时会造成泡管的不稳定及厚薄不均。由此可见，吹胀比和牵伸比很难相等，吹塑薄膜纵、横向的强度总有差异。
PVA是一种易结晶的聚合物，吹胀比固定时，随着卷曲速度提高，PVA分子纵向取向明显，使吹塑膜的纵向拉伸强度变大；另一方面，随着卷曲速度提高，薄膜厚度越小，使吹塑膜力学性能变差。实验结果表明，主轴转速为l2Hz，卷曲速度为450r／rnin时，制得了厚度为0.03 rllnl的PVA-CP吹塑薄膜，其纵向拉伸强度为3O.26 MPa，横向为22.41MPa；纵向断裂伸长率为178.1％，横向为155.8％。
2.3 PVA-CP吹塑膜的水溶性
聚乙烯醇的水溶性随其醇解度的高低有很大差别，醇解度在87％～89％的PVA，其分子主链含有一定量体积较大的醋酸乙烯醋基，阻碍大分子的相互接近，削弱了分子间的作用力，破坏了 PVA大分子的定向性，使得有较多的羟基与水分子相互作用，从而使水分子容易进人 PVA大分子之间，使其在冷水和热水中都能很快溶解。为测 PVA-CP水溶性，采用平均厚度为0.03mm的PVA-CP吹塑薄膜包人染料，将其放人25℃的水中，8min后，膜底已经溶透，内部装填染料开始扩散到水中；12 min时PVA薄膜已溶解完全，整个烧杯中充满了扩散出的染料。可见，PVA吹塑薄膜具有良好的水溶性。
3 结论
通过实验获得 PVA-CP1220T10吹膜加工的较佳工艺条件为：第一段温度 134～140℃，第二段温度17～180℃，第三段温度 180～185℃，主轴转速l2Hz卷曲速度 450r／min，得到了平均膜厚0.03mm的PVA吹塑薄膜。该薄膜具有良好的水溶性，其拉伸强度纵向为30.26MPa，横向为22.41 MPa；断裂伸长率纵向为178.1％，横向为155.8％。

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