改性聚乙烯醇的流变行为及其吹塑加工研究_杨芳

　第23卷第3期　2007年5月

高分子材料科学与工程

POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING

Vol.23,No.3

May2007

改性聚乙烯醇的流变行为及其吹塑加工研究

杨　芳,熊宪辉,王　琪,李　莉

(高分子材料工程国家重点实验室,四川大学高分子研究所,四川成都610065)

X

摘要:研究了改性PVA体系的流变性能及挤出胀大行为。结果表明,改性PVA熔体为假塑性流体,适合挤出吹塑成型。在相同加工条件下,Ac含量增加,改性PVA体系表观黏度和剪切敏感性下降,温度敏感性升高,且改性体系的挤出胀大比减少。通过优化改性PVA组分和挤吹工艺条件,初步实现了PVA吹塑成型。

关键词:聚乙烯醇;挤出吹塑;流变性能;挤出胀大

中图分类号:O631.2+1　　　文献标识码:A　　　文章编号:1000-7555(2007)03-0190-04

　　聚烯烃如PE、PP等是重要的包装材料,但对非极性有机溶剂、气体等阻隔性较差。聚乙烯醇(PVA)具有优异的耐油、耐溶剂及气体阻隔性,在烃类溶剂 农药等的包装运输方面有独特优势。但PVA熔点与其分解温度接近,难以热塑加工,工业应用均基于湿法,只能生产低维制品,故限制了其应用。若能实现PVA的热塑加工,开发其高阻隔容器,将为烃类等有机溶剂提供阻隔性能优良的包装材料,并拓宽PVA的应用领域。笔者采用分子复合和增塑的方法,加入与PVA有互补结构的含酰胺基化合物的Ac和水,实现了PVA的热塑加工,如吹塑成膜和熔融纺丝[1],为PVA容器的制备奠定了理论与实验基础。

为制备PVA高阻隔容器,本文进一步研究了改性PVA体系的流变性能及挤出胀大行为,并获得适宜吹塑成型的改性PVA组分和较优的挤吹工艺条件,初步实现了PVA的挤出吹塑成型,得到了均匀透明的PVA吹塑制品。1　实验部分1.1　原料

聚乙烯醇(1799):中国石化四川维尼纶厂产品,工业级;改性剂Ac:含酰胺基团化合物,

X收稿日期:2006-11-20

工业级;去离子水。1.2　试样配置

将经计量的改性剂Ac加入到一定量的去离子水中,混合均匀,再加入计量好的PVA,混匀,溶胀。在4种改性PVA/Water/Ac(a:0;b:3.75;c:7.5;d:15)体系中,固定PVA和水的含量不变,Ac含量依次增加。

1.3　测试与表征

1.3.1　流变性能测试:采用德国HAAKERHEOCORD-90系统的Rheomex254单螺杆挤出式毛细管流变仪测定改性PVA体系的流变性能。毛细管直径为1.2mm;长径比(L/D)为40;测试口模温度分别为90℃、95℃、100℃

a曲线。和105℃。记录Ga-C

聚合物黏度对剪切速率敏感性的表征方

法:在定温下,衡量熔体黏度随剪切速率的变化

a程度,通常采用剪切敏感指数表示[2]:I(C)T=

aaaa[Ga(C1)/Ga(C)2]T(式中:Ga(C)是温度为T,C1为aa100s-1的表观黏度;Ga(C1)是温度为T,C2为1000s-1的表观黏度)。

聚合物黏度对温度敏感性的表征方法:通常采用粘流活化能EG表示。在温度变化不大的范围内,高聚物熔体的表观黏度随温度的变化

　基金项目:国家重点基础研究专项基金资助项目(2005CB623800):,-:s.

　第3期杨　芳等:改性聚乙烯醇的流变行为及其吹塑加工研究

[3]

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规律服从Arrhenius方程:G=Cõexp(EG/RT),其对数形式为lnG=lnC+EG/RT,以lnG对1/T作图,从斜率可得EG(式中,EG为粘流活化能(kJ/mol);G为表观黏度(Paõs);C为与物质性质有关的常数;R为气体常数;T为绝对温度。

1.3.2　挤出胀大测试:采用德国HAAKE

RHEOCORD-90系统的Rheomex254单螺杆挤出式毛细管流变仪,在距口模下方1cm处,用激光测试仪测定改性PVA体系挤出物的直径。毛细管直径为1.2mm;长径比(L/D)为40。挤出胀大比[4]:B=dj/D(dj为完全松弛的挤出物直径,D为口模直径)

。

Fig.1　RelationshipbetweenapparentviscosityofmodifiedPVAandapparentshearrateatdifferenttemperatures

PVA/water/Aca:0;b:3.75;c:7.5;d:15;■:90℃;●:95℃;▲:100℃;":105℃

.

改性PVA的熔体表观黏度范围(10Paõs～10

32

[5～7]

,说明改性Paõs)均与吹塑级HDPE相当

PVA熔体加工流动性好,适合挤出吹塑成型。改性PVA熔体均属假塑性流体,存在明显剪切变稀行为。这是由于在螺杆强剪切作用下,PVA分子链构象发生变化,沿流动方向取向和解缠,熔体流动阻力减小,从而表观黏度随剪切速率增加而减小。同一剪切速率下,温度升高,

Fig.2　EffectofAccontentonrheologicalpropertyofmodi-fiedPVA

PVA/water/Ac　a:0;b:3.75;c:7.5;d:15.

PVA熔体表观黏度下降。原因在于温度升高,PVA分子无规热运动加剧,分子间距离增大,

导致PVA分子链间相互作用力减小,链段更易活动,体系流动性增大。因此,在实际加工过程中,可根据PVA吹塑制品的表观质量及所需停留时间,调控挤出的剪切速率(螺杆转速)和温度。

2.2　Ac含量对改性PVA体系黏度的影响

2　结果与讨论

2.1　改性PVA体系的流变性能

Fig.1是不同改性PVA体系不同温度时表观黏度与表观剪切速率的关系曲线。由图可见,1

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高分子材料科学与工程2007年　

体系表观黏度影响关系曲线可知,同一剪切速率下,改性PVA体系表观黏度随体系Ac含量增加而降低。Ac含量增加,一方面,可与PVA或水形成更多氢键复合,进一步减弱PVA分子链间氢键作用,减少分子链间缠结;另一方面,可增加PVA分子链间自由体积,使PVA分子链间距离增大,熔体流动阻力进一步减小,从而降低改性PVA熔体表观黏度。可见,Ac可有效改善PVA

的加工流变性。

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