张 涛,韩心强,张梦霞
(湖北九阳防水材料科技有限公司,湖北 襄阳 441100)
摘要：采用聚酯增塑剂D1050制备PVC防水卷材，以50份DOP增塑剂制得的PVC防水卷材作为对照组，得出如下结论：D1050增塑剂的增塑效率是DOP增塑剂的76.9%；D1050增塑剂的用量为50份时，制得的PVC防水卷材拉伸强度、直角撕裂强度比等量DOP增塑剂制得的PVC防水卷材的高；D1050增塑剂迁移率低且主要为表面迁移，制得的PVC防水卷材质量稳定。
关键词：PVC 防水卷材；聚酯增塑剂 D1050；DOP 增塑剂；力学性能；迁移速率
聚酯增塑剂是以二元酸和二元醇为主要原料合成的环保型增塑剂，分子结构的极性使其可以与聚氯乙烯形成较强的分子间相互作用[1]，较好地解决DOP等传统增塑剂分子量小容易析出、有毒致癌等问题，所以在国内外被广泛应用于耐久性聚氯乙烯软制品的开发上；但是，查阅国内文献，聚酯增塑剂的应用研究还更多地停留在实验室合成增塑剂并研究其应用的阶段。
本研究采用工业级聚酯增塑剂D1050作为聚氯乙烯防水卷材（下称PVC防水卷材）的主增塑剂，代替传统的DOP增塑剂，通过测试PVC防水卷材的拉伸性能、硬度、低温弯折性等主要性能指标，对比D1050增塑剂与DOP增塑剂的应用差异，为开发更高性能的PVC防水卷材产品提供新的思路。
1 实验部分
1.1 原材料
聚氯乙烯树脂，SG-3，湖北宜化化工股份有限公司；聚酯增塑剂，D1050，长春人造树脂厂股份有限公司；DOP增塑剂：山东齐鲁增塑剂股份有限公司；轻质碳酸钙，1250目，江西广源化工有限责任公司；硬脂酸，SA1841，杭州赞宇油脂科技有限公司；复合稳定剂，TS-003，九江天盛塑料助剂有限公司；钛白粉，R996，四川龙蟒钛业股份有限公司；炭黑，N330，卡博特（中国）投资有限公司。
1.2 主要设备和仪器
GH-10L高速混合机，北京英特塑料机械总厂；SJP40/30双螺杆挤出机，苏州金纬机械制造有限公司；D210×400三辊压光机，苏州金纬机械制造有限公司；TH-8201S伺服电脑式万能材料试验机，苏州拓博机械设备有限公司；LX-D-2指针式邵氏硬度计，温州韦度电子有限公司。
1.3 试验步骤
PVC防水卷材的基础配方见表1。
表1 PVC防水卷材的基础配方
PVC防水卷材的制备过程如下。
1）熟料制备
清理干净高速混合机，按比例称取稳定剂、硬脂酸、钛白粉、炭黑等辅料备用；将定量PVC树脂投入混料锅，加入全部辅料，低速搅拌约1~3 min；加入液态增塑剂、环氧大豆油，高速搅拌至物料升温到70~80 ℃，此时增塑剂应全部被吸收、物料蓬松；加入轻质碳酸钙，高速搅拌至物料升温到90~95 ℃，停机、手工掺混物料一次，继续搅拌至物料升温到110~115 ℃放料，得到混好的熟料。
2）片材成型
按正常生产工艺设置挤出机温度，保温约1 h后，将熟料加入挤出机料斗，开启计量泵、主机、三辊压光机；调节主机转速至1~5 r/min，低速挤出至模头熔料出料正常，将熔融的片材牵引到三辊压光机，调节设备达到连续、稳定挤出状态；开启真空泵，逐步增大主机转速，调节主机、计量泵速度、三辊压光机辊间隙，得到1.5 mm厚度均匀的PVC防水卷材。
以D1050增塑剂作为主增塑剂制备PVC防水卷材时，由于D1050增塑剂分子量大，黏度也大，为保证物料的顺利挤出，主要采取了如下措施。
1）熟料制备时延长增塑剂吸收时间
以50份DOP增塑剂制得的PVC防水卷材作为对照组，在物料高速混料剪切升温时，PVC树脂+全部增塑剂混料温度升高到70 ℃时就停下，此时DOP增塑剂已基本被PVC树脂吸收，混料机中的物料达到蓬松状态。而采用50份、60份或70份D1050增塑剂制备PVC防水卷材时，需要在PVC树脂+全部增塑剂混料温度升高到80 ℃时停下来，比对照组的物料温度高出10 ℃。更高的物料温度和更长的物料拌合时间可以保证PVC树脂充分吸收D1050增塑剂，保证物料蓬松、不结团。
2）片材成型时降低收卷速度
与对照组的设置参数相比，在保持主机转速不变的情况下，适当降低牵引速度，确保模头熔体压力稳定，可稳定挤出，片材厚度均匀。
1.4 性能测试
拉伸性能、直角撕裂强度、低温弯折性：按GB 12592—2011《聚氯乙烯防水卷材》对应的项目要求进行测试。
硬度：按GB 2411—80《塑料邵氏硬度试验方法》要求，两层严密叠合后测试。
增塑剂迁移：按照HG/T 4454—2012《增塑剂迁移的测定》要求，测试温度选择80 ℃，吸收片为两层滤纸。
2 结果与分析
2.1 50份DOP增塑剂制得的PVC防水卷材的基本性能
DOP增塑剂因综合性能好、价格适中等因素，占据着PVC 防水卷材增塑剂的主位[2]。本研究以50份DOP增塑剂制得的PVC防水卷材作为对照组，来评价D1050增塑剂对PVC防水卷材性能的影响。对照组PVC防水卷材的主要性能指标见表2。
表2 50份DOP增塑剂配方PVC防水卷材性能
2.2 D1050增塑剂份数对PVC防水卷材力学性能的影响
D1050增塑剂用量为50~70份时，制得的PVC防水卷材的邵氏硬度变化曲线见图1。由图1可知，65份D1050增塑剂制得的PVC防水卷材的硬度为51.3 HD，与50份DOP增塑剂制得的PVC防水卷材硬度基本相当。所以，相对于DOP增塑剂，D1050增塑剂的增塑效率为76.9%。
图1 D1050增塑剂份数对PVC防水卷材硬度的影响
表3为D1050增塑剂制得的PVC防水卷材的低温弯折性能对比。从表3可知，60份D1050增塑剂制得的PVC防水卷材，-25 ℃时低温弯折性能符合GB 12592—2011的要求，但此时仍比50份DOP增塑剂制得的PVC防水卷材的低温弯折性能要差。60份D1050增塑剂制得的PVC防水卷材，低温弯折性能已经达到-35 ℃的水平，说明调整配方中D1050增塑剂的用量，可以消除大分子增塑剂对PVC防水卷材低温性能的不利影响。
表3 不同份数D1050增塑剂PVC防水卷材低温性能
图2—4为不同份数D1050增塑剂制得的PVC防水卷材拉伸强度、断裂伸长率和直角撕裂强度的变化曲线。由图2—4可知，随着D1050增塑剂在配方中的用量由50份增加到70份，PVC防水卷材的纵、横向拉伸强度和直角撕裂强度均呈下降趋势，直角撕裂强度下降速度明显更快；但是，纵、横向断裂伸长率却分别由251.7%、270.0%快速增大到332.4%、353.1%，变化趋势完全相反。
图2 D1050增塑剂对PVC防水卷材拉伸强度的影响
图3 D1050增塑剂对PVC防水卷材断裂伸长率的影响
图4 D1050增塑剂对PVC防水卷材撕裂强度的影响
这主要是因为在高温和剪切作用下，D1050增塑剂分子可以插入到PVC分子链中，增塑剂和PVC分子链的极性基团相互作用形成稳定的体系，增加了PVC分子链之间的距离，削弱了其分子之间的相互作用力，所以PVC防水卷材的纵、横向拉伸强度和直角撕裂强度快速减小；但PVC分子间的作用减小后，分子链运动更容易发生，塑性和可加工性得到提升，所以断裂伸长率相应增大[3]。
与表2中50份DOP增塑剂制得的PVC防水卷材的基本性能对比可知，50份D1050增塑剂制得的PVC防水卷材，纵、横向拉伸强度和撕裂强度明显提高，其中，拉伸强度提高约3 MPa（19%），撕裂强度提高约10 N（17%）；即使在D1050增塑剂用量达到60份时，PVC防水卷材的横向拉伸强度、纵向撕裂强度仍大于50份DOP增塑剂制得的PVC防水卷材，所以，D1050增塑剂对于开发高性能的PVC防水卷材更有意义。
2.3 D1050增塑剂的迁移性能
图5为80 ℃时DOP增塑剂、D1050增塑剂的迁移速率曲线。由5图可知，DOP增塑剂在0~360 h内快速迁移，在360~1 080 h迁移速率明显放缓，在1 440 h后DOP增塑剂制得的PVC防水卷材的质量损失率基本稳定在10.2%，但仍有少量DOP增塑剂迁移析出。而D1050增塑剂，在0~240 h迁移速率略快，240 h后D1050增塑剂制得的PVC防水卷材的质量损失率达到1.16%，240~1 440 h后质量损失率仅增加0.07%,说明D1050增塑剂的耐迁移性很好，在240 h后已基本达到稳定状态。
图5 80 ℃ D1050增塑剂的迁移速率
D1050增塑剂分子量大且为极性分子，与PVC分子间的作用力大、分子链缠结紧密，从PVC防水卷材内部迁移非常困难；但其表面与滤纸直接接触，不可避免地会有一部分迁移析出，所以240 h后，表面层增塑剂析出完全后，基本就不会再有析出了。
DOP为小分子增塑剂，分子链短，与PVC分子之间作用力有限，高温作用下，必然会存在一定量的DOP分子挣脱PVC分子的作用力而自由移动，所以DOP增塑剂制得的PVC防水卷材质量损失率较大，即使1 440 h后仍有一定量的析出物产生。
3结论
采用聚酯增塑剂D1050制备PVC防水卷材，以50份DOP增塑剂制得的PVC防水卷材作为对照组，考察了D1050增塑剂的增塑效率，探讨了D1050增塑剂的用量对PVC防水卷材拉伸性能、硬度、低温弯折性等主要性能指标的影响，研究了D1050增塑剂的迁移速率，得出如下结论。
1）DOP增塑剂为50份时，PVC防水卷材的硬度达到51.5HD；而达到相应的硬度时，D1050增塑剂的用量为65份，所以D1050增塑剂的增塑效率为DOP增塑剂的76.9%。
2）D1050增塑剂的用量为60份时，制得的PVC防水卷材-25 ℃时的低温弯折性能达到GB 12592—2011的要求。
D1050增塑剂的用量为50份时，制得的PVC防水卷材拉伸强度、直角撕裂强度比等量DOP增塑剂制得的PVC防水卷材分别提高3 MPa（19%）和10 N（17%），力学性能提高明显，尤其对横向强度的提高更有意义。
3）温度为80 ℃、热处理1 440 h后，D1050增塑剂迁移量仅为1.23%，且主要为表面迁移，增塑剂迁移率低，制得的PVC防水卷材质量稳定。D1050增塑剂是生产高性能PVC防水卷材的优选原材料。
参考文献：
[1] 李明，袁金凤，潘明旺，等.聚酯增塑剂的合成及对PVC的增塑[J].高分子材料与工程，2012（1）：37-40.
[2] 陶宇，左玲.增塑剂在软质PVC中的发展[J].当代化工，2008（6）：647-650.
[3] 李金禹.聚酯多元醇增塑剂的制备与应用研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2020.
作者简介：张涛，男，1980年生，湖北九阳防水材料科技有限公司研发品质中心总监，从事防水材料开发及应用工作。
原文刊载于《中国建筑防水》2023年第11期。
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