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1、第30卷第2期高分子材料科学与工程Vol.30,No.22014年2月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGFeb.2014聚乙烯醇热塑加工的研究王琪,李莉,陈宁,白时兵(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)摘要:聚乙烯醇(PVA)是综合性能优异的可由非石油路线大规模生产的一种高分子材料,但其熔点与分解温度接近,难以热塑加工,应用主要基于溶液法,仅能制备纤维、薄膜等低维制品或用作助、辅材料,限制了其应用和发展。文中介绍了我们近年来在PVA热塑加工方面的一些研究工作:通过分子复合和增
2、塑,获得PVA热塑加工窗口,实现PVA热塑加工,建立了PVA熔融纺丝、吹塑成膜、挤出注塑、中空吹塑及热塑发泡等新技术,通过热塑加工制备性能优良的PVA/无机填料复合材料和PVA/生物质复合材料,为开拓PVA应用新领域、解决PVA工业发展瓶颈问题提供新理论、新技术。关键词:聚乙烯醇;热塑加工;高性能化;新技术新原理中图分类号:TQ325.9文献标识码:A文章编号:1000-7555(2014)02-0192-06大力发展非石油路线高分子材料,减少高分子材剧烈蒸发产生气泡,从而成功实现了PVA的热塑加料工业对石油尤其是进口石油的依赖,是国家科技发工。展的战
3、略任务之一。聚乙烯醇(PVA)是重要的可由分子复合是指结构互补的分子通过库仑力、氢键、煤、天然气等非石油路线大规模工业化生产的高分子范德华力、电荷转移相互作用等次价键力而缔合,形成[8～10]材料,近年来发展十分迅速。我国PVA产能由2008独特的超分子结构,赋予材料新性能。四川大学年的66万吨增加到2012年的120万吨,居世界第一,徐僖院士及其研究团队自20世纪80年代以来,在通预计2015年将突破200万吨。但PVA多羟基强氢键过高分子间分子复合制备新型高分子材料方面开展了[10～15]特性使其熔点(226℃)与分解温度(200℃～250℃)大量
4、研究工作,如通过高分子间氢键复合制备自增强聚合物复合材料、新型高分子固体电解质、新型十分接近,难以热塑加工。目前PVA的应用均基于溶液法[1],如湿法纺丝、溶液流延成膜或用作助、辅材聚合物无卤阻燃剂,实现PVA热塑加工;通过聚电解质分子复合制备新型聚合物驱油剂;通过立体分子复料,应用受限。目前我国PVA表观消费量仅约70万合制备新型聚甲醛/聚氧化乙烯晶/晶共混物等。本文t/a,产能严重过剩,限制了PVA工业的进一步发展。重点介绍我们通过分子复合实现PVA热塑加工方面PVA具有优良的综合性能,如阻隔性能优异、力的研究工作。学性能和耐热性能远优于聚烯烃,与
5、工程塑料聚酰胺、聚碳酸酯等相当,但价格更低。如能实现PVA的热塑[10,16～22]1分子复合实现PVA热塑加工加工,则可开拓PVA成为新型塑料的应用领域,具有1.1抑制PVA结晶获得热塑加工窗口十分重要的意义。在这一方面国内外进行了许多研实现PVA热塑加工,关键是抑制PVA结晶,降低究,其关键是获得热塑加工窗口,采用的方法主要有溶其熔点,提高其热分解温度,获得热塑加工窗口。我们液增塑、化学改性和与其它高分子材料共混改性根据超分子科学原理,选择与PVA有互补结构的含氮[2～7]等。我们通过分子复合和增塑,选择与PVA有化合物Ac和水组成PVA的复合改性
6、剂,通过Ac中互补结构的含氮化合物和水组成复合改性剂,抑制的C=O和N-H等基团与PVA的羟基形成新的小分PVA结晶,降低其熔点,提高其热分解温度,获得热塑子与大分子间氢键,破坏PVA自身分子内、分子间氢加工窗口,同时控制PVA中的水状态,避免加工中水键(Fig.1),抑制PVA结晶,使其熔点从226℃降至约收稿日期:2013-12-31基金项目:国家自然科学基金资助项目(50673068,50833003,51010004);高等学校博士学科点专项科研基金(20120181130010)通讯联系人:王琪,主要从事高分子材料制备和加工新技术,环境友好高
7、分子材料研究,E-mail:qiwang@scu.edu.cn第2期王琪等:聚乙烯醇热塑加工的研究193[10]130℃(Fig.2),起始分解温度提高到261℃,获得现出类似凝胶的流变性能。因此,PVA热塑加工应严120℃以上的热塑加工窗口,解决了PVA难以热塑加格控制加工条件,以获得流动稳定、均匀性好的PVA工的难题。熔体。1.4改性PVA熔体结晶行为传统方法只能研究PVA的溶液结晶。PVA热塑加工的实现,使PVA熔体结晶研究成为可能。我们在较温和的实验条件下观察到改性PVA熔体结晶得到的具黑十字消光图像的PVA正球晶(Fig.3)。我们系统地研究
8、了组分、降温速率、结晶温度对PVA熔体结晶行为的影响以及拉伸应力诱导PVA熔体结晶行[19～2
