PVC/PVA復(fù)合膜材料的制備及其性能研究

王藝璇，洪新球，翟明宇，屈鋒云，劉碩，田潤喆

（嘉興學(xué)院材料與紡織工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001）

引言

聚氯乙烯（PVC）是目前應(yīng)用最廣泛的塑料材料之一，它價格便宜，性能優(yōu)良。被廣泛應(yīng)用到建筑材料、日用品、人造革等領(lǐng)域[1]。人造革是一種外觀、手感似皮革并可代替其使用的塑料制品。通常以織物為底基，涂覆合成樹脂及各種塑料制作而成。以PVC 為涂飾層的人造革，俗稱PVC 人造革，具有外觀鮮艷、耐磨、耐酸堿等優(yōu)良性能[2]。但由于PVC 的親水性較差，所以PVC 人造革的缺點(diǎn)是透氣性和吸濕性較差，從而影響其使用。同時，PVC 樹脂的耐熱穩(wěn)定性較差，溫度超過100 ℃就會有氯化氫放出[3]。因此，在PVC 制品中要加入穩(wěn)定劑，以增強(qiáng)PVC 樹脂的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

聚乙烯醇（PVA）是可以完全生物降解的合成高分子材料，其分子內(nèi)含有較多的羥基，具有較好的親水性，而且其熔融溫度在220 ℃以上，具有較好的耐熱穩(wěn)定性[4-6]。因此，為了改善PVC 的親水性和耐熱穩(wěn)定性，本文選用PVA 對PVC 進(jìn)行共混改性，并考察PVA 用量對PVC/PVA 復(fù)合膜材料性能的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

1.1.1 主要試劑

聚氯乙烯（PVC），工業(yè)品，河南聯(lián)創(chuàng)化工有限公司；

聚乙烯醇（PVA），工業(yè)品，中國石化重慶川維化工有限公司；

N,N-二甲基乙酰胺（DMAC），二甲亞砜（DMSO），分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.1.2 主要儀器

S-212-90 恒速攪拌器、W-O 升降恒溫油水浴鍋，上海申順生物科技有限公司；

JY-82 接觸角測量儀，承德鼎盛公司；

TGA-55 熱失重儀，美國TA 公司；

WDL-6000N 拉力試驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測儀器有限公司。

1.2 PVC/PVA 復(fù)合膜材料的制備

將PVC 和PVA 分別溶解在DMAC 和DMSO 中，然后根據(jù)不同的質(zhì)量比，將溶解好的PVC 溶液與PVA 溶液進(jìn)行共混，在75℃下攪拌、共混2h。最后將PVC/PVA 共混溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯表面皿中，在55 ℃的烘箱中干燥成膜。

本文制備了純PVC 薄膜和3 種不同質(zhì)量比的復(fù)合膜材料，其中，復(fù)合膜材料中PVA 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%、20%和30%，根據(jù)PVA 在膜材料中的質(zhì)量比，將這些膜材料分別以PVC/PVA-0、PVC/PVA-10、PVC/PVA-20 和PVC/PVA-30 表示。

1.3 測試與表征

1.3.1 接觸角測試

采用光學(xué)視頻接觸角儀對PVC/PVA 復(fù)合膜材料進(jìn)行靜態(tài)接觸角測試。滴水量為0.2 μL。

1.3.2 TGA 測試

用TGA-55 熱失重儀對復(fù)合膜材料進(jìn)行熱失重測試。以氮?dú)鉃楸Ｗo(hù)氣，氣體流速為60 mL/min，以10 ℃/min 的升溫速率從室溫升到600 ℃。

1.3.3 物理機(jī)械性能測試

將PVC/PVA 復(fù)合膜材料剪成90 mm×30 mm 的形狀，參照QB/T 2710-2018 中皮革抗張強(qiáng)度和伸長率的測定方法，用WDL-6000N 拉力試驗(yàn)機(jī)測定其物理力學(xué)性能。拉伸速率為（100±20）mm/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 PVA 用量對復(fù)合膜材料接觸角的影響

用靜態(tài)接觸角的大小來表征PVC/PVA 復(fù)合膜材料的親水性能。靜態(tài)接觸角越小，說明膜材料的親水性能越好。PVC/PVA 復(fù)合膜材料的靜態(tài)接觸角結(jié)果如圖1 所示。由圖1 可知，這些復(fù)合膜材料的接觸角在37.2～58.6°之間。其中，純PVC 薄膜的接觸角最大，為58.6°，說明純PVC 薄膜的親水性最差。隨著PVA 的加入，PVC/PVA 復(fù)合膜材料的接觸角逐漸減小。當(dāng)PVA 的用量達(dá)到30%時，PVC/PVA-30 復(fù)合薄膜的接觸角最小，為37.2°。說明PVA 的加入，增加了復(fù)合膜材料的親水性，復(fù)合膜材料的接觸角變小。

圖1 PVC/PVA 復(fù)合膜材料的接觸角

2.2 PVA 用量對復(fù)合膜材料耐熱穩(wěn)定性的影響

用TGA 對PVC/PVA 復(fù)合膜材料進(jìn)行熱失重分析，可以表征它們的耐熱穩(wěn)定性能。圖2 和圖3 分別是PVC/PVA 復(fù)合膜材料的TGA 和DTG曲線。通過TGA 和DTG 曲線可以得到起始熱分解溫度和最大失重速率時的溫度等數(shù)據(jù)，本文以失重質(zhì)量達(dá)到5.0%時的溫度作為起始熱分解溫度，以最大熱分解溫度表示最大失重速率時的溫度。由圖2 可以看出，純PVC 薄膜的起始熱分解溫度為78.5 ℃，隨著PVA 用量的增加，復(fù)合膜材料的起始熱分解溫度逐漸增大，其中PVA 的用量為30%時，PVC/PVA-30 復(fù)合膜材料的起始熱分解溫度最大，為134.8 ℃。另外，由圖3 可以看出，純PVC 薄膜的最大熱分解溫度為260.2℃，隨著PVA 用量的增加，復(fù)合膜材料的最大熱分解溫度逐漸增大，其中PVA 的用量為30%時，復(fù)合膜材料的最大熱分解溫度最高，為285.6 ℃。說明PVA 的加入，有利于提高PVC/PVA 復(fù)合膜材料的耐熱穩(wěn)定性。

圖2 PVC/PVA 復(fù)合膜材料的TGA 曲線

圖3 PVC/PVA 復(fù)合膜材料的DTG 曲線

2.3 PVA 用量對復(fù)合膜材料抗張強(qiáng)度的影響

PVC/PVA 復(fù)合膜材料的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率如圖4 所示。由圖4可以看出，隨著PVA 用量的增加，復(fù)合膜材料的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率均先增大后減小。其中，PVA 的用量為10%時，PVC/PVA-10 復(fù)合膜材料的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率均最大，分別為7.5 MPa 和5.8%。說明PVC/PVA-10 復(fù)合膜材料的韌性和彈性最好。繼續(xù)增加PVA 的用量，PVC 和PVA 兩種聚合物之間的相容性變差，復(fù)合膜材料的力學(xué)性能也隨之變差。由此可知，PVA 可以改善PVC/PVA 復(fù)合膜材料的力學(xué)性能，且PVA 的用量為10%時，復(fù)合膜材料的力學(xué)性能最好。

圖4 PVC/PVA 復(fù)合膜材料的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率

3 結(jié)論

（1）隨著PVA 用量的增加，PVC/PVA 復(fù)合膜材料的接觸角從58.6°下降到37.2°，表明PVA 的加入改善了復(fù)合膜材料的親水性；

（2）隨著PVA 用量的增加，PVC/PVA 復(fù)合膜材料的起始熱分解溫度從78.5 ℃增加到134.8 ℃，最大熱分解溫度從260.2 ℃提高到285.6 ℃。

（3）隨著PVA 用量的增加，PVC/PVA 復(fù)合膜材料的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率均先增大后減小，其中PVA 的用量為10%時，PVC/PVA-10 復(fù)合膜材料的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率均最大，分別為7.5 MPa 和5.8%。