放大招啦：提高PVC塑膠的耐寒性，滿足低溫的需求
PVC塑膠是五大通用合成塑膠之一，是目前世界上僅次於聚乙烯的第二大塑膠品種。PVC塑膠具有良好的物理及機械性能，可用於生產建築材料、包裝材料、電子材料、日用消費品等，廣泛應用於工業、農業、建築、交通運輸、電力電訊和包裝等各領域。由於其耐寒性和低溫抗衝擊性能較差，硬PVC的使用溫度下限一般為-15ºC，限制了PVC材料在某些方面的應用。通過對PVC樹脂和助劑的調整，可以有效地提高PVC塑膠的耐寒性，滿足低溫需要。
一、 PVC樹脂
PVC樹脂是一種非結晶、極性的高分子聚合物，其玻璃化溫度依分子量大小為75~105ºC，相對分子品質越大，粘數越高，PVC大分子鏈間范德華引力或纏繞程度相應增加，PVC鏈段增長，材料的耐低溫性愈好。
在常規PVC配方中，如只需應付北方冬季寒冷氣候，可採用選取粘數稍高，即平均分子量稍大的PVC樹脂，可以是同一牌號中粘數值偏高的PVC或更低牌號樹脂。
另外，在一些特殊要求的製品中，如可耐-30ºC的血袋等製品中，可選用高聚合度聚氯乙烯樹脂（平均聚合度大於2000），這是因為高聚合度PVC有著比常規PVC樹脂大的結晶度和類交聯結構，使大分子間滑動困難，彈性增加，同時分子量增大，分子間范德華力和分子內化學鍵合力增加而獲得優良的耐寒性。
二、增塑劑
增塑劑作為PVC軟製品的重要配方組分，對軟製品的性能影響很大，如要求製品在低溫下使用，必須選擇好增塑劑的類型。目前作為耐寒性增塑劑使用的主要有脂肪酸二元酸酯、直鏈醇的鄰苯二甲酸酯、二元醇的脂肪酸酯以及環氧脂肪酸單酯等。據報導，N,N-二取代脂肪酸醯胺、環烷二羧酸酯，以及氯甲氧基脂肪酸酯等，也是低溫性能優良的耐寒增塑劑。
提高PVC軟製品的耐寒性，一般可通過增加耐寒增塑劑的用量來獲得。DOA（己二酸二辛酯）、DIDA（己二酸二異癸酯）、DOZ（壬二酸二辛酯）、DOS（癸二酸二辛酯）是作為耐寒增塑劑使用的代表性品種，由於一般耐寒增塑劑與PVC的相容性都不十分好，實際上只能作為改善耐寒性的輔助增塑劑使用，其用量通常為主增塑劑的5~20%。
另外，2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二異丁酸酯（TXIB）、硬脂酸丁酯、LHAT酸一二甘醇一二一2一乙基酸酯等產品也具有耐寒增塑劑的作用。
研究指出，以改善薄膜耐寒韌性及低溫伸長為目的時，使耐寒增塑劑與六甲基磷醯三胺並用為佳。因為六甲基磷醯三胺雖本身不是耐寒增塑劑，但它可以有效地降低各種增塑劑的凝固點，達到強化薄膜耐寒效果的目的。
三、改性劑
改進PVC低溫耐衝擊強度性能差的有效辦法是加入玻璃化溫度較低，在室溫下顯示高彈性的高聚物，統稱為改性劑。其中所添加的高聚物應與PVC有相近的溶解度參數，有一定互溶能力，能形成兩項結構的共混物，從而改善製品的低溫衝擊強度。
研究結果表明，CPE可提高製品的低溫性能，衝擊強度等。隨著CPE用量的增加，PVC製品的衝擊性能會逐漸提高。當用量增加到一定程度時，PVC製品低溫衝擊性能會趨於穩定，在8、9份左右達到合適的性能價格比。粉末丁腈橡膠（NBR）隨用量增加，會使硬PVC的低溫衝擊強度逐步提高。EVA流動性能很好，玻璃化溫度低，低溫增韌效果好，但成本高。ACR有優良的低溫衝擊強度及耐侯性能，並可改善製品的外觀，一般加入5份就可達到很好的效果。高衝擊型MBS的玻璃化溫度較低，對PVC材料的低溫脆性有良好的改善作用，但耐候性差。ABS可提高PVC材料的低溫衝擊強度，同時改善製品的外觀。另外，SBS等一些含有橡膠相，且具有較低玻璃化溫度的物質，也有提高PVC衝擊強度和耐寒性的作用。
研究改性軟質PVC耐寒性結果表明，共混改性軟質PVC的耐寒性能明顯受高分子改性劑品種和用量的影響。通過各種方法測試發現，Elvaloy 711（乙烯一醋酸乙烯一氧化碳共聚物）, NBR-26（塊狀丁睛橡膠）,Chemigum P83（預交聯粉末丁睛橡膠）等高分子改性劑能夠顯著改善軟質PVC的耐寒性能，而某些高分子改性劑如CPE和低VA含量的EVA則會損害軟質PVC的耐寒性能。丁睛橡膠類改性劑由於可改善軟質PVC的耐介質(汽油)性能，從而能夠提高經汽油浸泡過的軟質PVC的低溫性能。
市場上推出的耐寒劑，如K-175C、N-550C等產品其實是為了改善PVC低溫柔順性和抗沖強度而開發的一種苯乙烯類改性劑。由於其具有較低的玻璃化溫度，並與PVC具有良好的相容性，具有一定增塑和增韌作用。所以在PVC中加入後，能提高和改善PVC低溫性能。
四、熱塑性彈性體
熱塑性彈性體(TPE)是一類在常溫下顯示橡膠彈性，在高溫下又能塑化成型的合成材料，因此，這類聚合物兼有橡膠和熱塑性塑膠的特點，它既可以作為複合材料的增韌劑，又可以作為複合材料的基體材料，這類材料主要包括聚氨酯類、苯乙烯類、聚烯烴類、聚脂類、間規1，2-聚丁二烯類和聚醯胺類等產品。目前比較多用作複合材料增韌劑的是苯乙烯類和聚烯烴類。
PVC-TPE製品的耐寒性至少不低於軟質PVC，採用耐寒增塑劑和耐寒配方時，PVC-TPE在-45下仍保持良好的彈性。在耐寒、耐海水製品方面諸如船舶密封件、集裝箱密封件、船用軟管等，PVC-TPE也受歡迎。如H4040、H3303等牌號的TPE與PVC有好的相容性，添加後能明顯改善PVC的低溫柔順性，顯著提高其耐曲繞能力，降低脆化點。
日本塑膠技術公司最近也開發出一種熱塑性聚氨酯-聚氯乙烯彈性體。[6]這種材料以TPU和PVC及第三組份配合後經混煉而成，充分發揮了TPU和PVC兩者優良特性，具有以下優點：(1)TPU作為PVC的增塑劑使用，消除了過去軟質聚氯乙烯存在的增塑劑遷移、揮發的問題。(2)PVC材料的脆化溫度也由－30℃降低到－68℃，達到了特殊耐寒級。
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五、填充劑
填充劑對軟質PVC耐寒性的影響與其增塑劑吸收量有關，一般趨勢是增塑劑吸收量小的填充劑對耐寒性影響小，而炭黑、硬質陶土等增塑劑吸收量大的填充劑，則會使PVC耐寒性有比較明顯的降低。
硬質PVC中加入填充劑往往會影響衝擊性能，尤其是低溫脆性會隨填充劑用量的增加而增大。這是因為填充劑作為無機粒子被加入PVC中時，它會填入分子鏈間。當用量少時，它填入一些分子鏈的縫隙中，起補強作用；或填入分子鏈間，起到增大分子間距離而使體系韌性增加的作用。但當其用量增加時，隨著分子間距離的增加，分子間的作用力被破壞，加上低溫時，分子鏈段的活動性降低，材料抵抗外界衝擊力的能力劇烈下降。所以對硬PVC的低溫衝擊性能有不良影響。
填料經過處理後，會對材料拉伸性能有所改善，但對低溫抗沖性能的改善不太明顯。究其原因，與填料粒子佔據了PVC分子鏈的活動空間有關。儘管活性填料與PVC分子鏈的結合力增大，但這種增大，只在分子受拉伸力時的強度有所提高，而材料的脆性只會因填料粒子加入的增多而增大。
納米碳酸鈣、超細碳酸鈣添加到PVC中，由於小尺寸效應，使其具有類似改性劑的作用，在一定用量範圍內可以改善PVC材料的低溫性能，但由於沒有低的玻璃化溫度，效果沒有改性劑明顯，而且添加到一定量後，材料的低溫脆性會上升。
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其它助劑在一般配方中，可以採用提高具有促進塑化作用的內潤滑劑用量，而減少加工助劑添加量的辦法，但在耐寒配方中不推薦此種方法。因為加工助劑的作用不僅僅在於改善PVC的加工性，而且，它的請加入至少2張無浮水印、無字的 產品圖 /配圖 作用對於製品的低溫性能有較大的改善，這一作用潤滑劑無法替代。
軟質PVC阻燃增塑劑最常用的是磷酸三甲苯酯，但磷酸三甲苯酯的低溫性能很差，所以在需要考慮耐寒性的場合使用烷基磷酸酯更為適合。
常用穩定劑對PVC製品的耐寒性均有消極作用，不同品種的穩定劑因其形態和物性不同，對製品耐寒性的影響也不盡相同。由於必不可少，而且用量有限，因此，一般配方設計時很少考慮這方面的問題。
總之，通過選/換用耐寒性更優的助劑，引入一些具有抗寒功能的聚合物等一系列配方調整辦法，可使PVC材料的耐寒性能得以提升，達到低溫使用要求。同時，我們也應注意到加工溫度、冷卻溫度、牽引速率、結構設計等諸多方面，也會對PVC製品的耐寒性產生一定影響。因此，在設計PVC配方時，一定要將應用條件、製品結構、加工設備、工藝條件等各方面因素，同配方一起綜合考慮，並通過試驗進行相應調整，最終獲得具有優良耐寒性能的PVC配方。
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