PVC膜材涂层工艺的研究

第圆8卷第5期圆园园9年10月天津工业大学学报允韵哉砸晕粤蕴韵云栽陨粤晕允陨晕孕韵蕴再栽耘悦匀晕陨悦哉晕陨灾耘砸杂陨栽再Vol.28No.5October2009PVC膜材涂层工艺的研究孟令翔，霍瑞亭，綦春芝（天津工业大学纺织学院，天津300160）摘要：为提高膜材的力学性能，通过对涤纶基材进行表面改性和对涂层浆添加剂的筛选，研究了涤纶基材的表面处理剂处理和PVC涂层浆中添加剂对膜材拉伸强度、剥离强度、撕破强度的影响.实验结果表明，当表面处理剂质量分数为2.5%时，可以明显提高PVC膜材的拉伸强力性能；在涂层浆中加入1.0g氯化聚乙烯可提高膜材的拉伸强度.关键词：PVC膜材；表面处理剂；氯化聚乙烯；力学性能中图分类号：TS195.597文献标识码：A文章编号：员远苑员原园圆源载（圆园园9）园5原园园57原园3StudyoncoatingprocesstomembranematerialofPVCMENGLing-xiang，HUORui-ting，QIChun-zhi（SchoolofTextile，TianjinPolytechnicUniversity，Tianjin300160，China）Abstract：TheinfluenceofthetreatmenttothepolyestersubstratebysurfactantandtheadditiveofCPEonthemembrane忆stensilestrength，peelstrength，andtearstrengthisstudiedbythesurfacemodificationtoapolyestersubstrateandthefiltrationtocoatingpulp'sadditivestoimprovethemechanicscapabilitiesofmembranes.Theexperimentalresultsindicatethatthetreatmentofthesurfactantcanmarkedlyenhancethetensilestrength，whenthecontentofthesurfactantis2.5%；CPEhasthesameabilitywhenitscontentis1.0g.Keywords：PVCmembranematerials；surfactant；CPE；mechanicalcapabilities收稿日期：2009-06-02作者简介：孟令翔（1985—），男，硕士研究生；霍瑞亭（1964—），男，副教授，硕士生导师.E-mail：[e-mail]膜材一般由基材及高分子聚合物组成，是高分子聚合物涂层与基材层按照需要的厚度、宽度，通过特定的加工工艺粘合在一起的产物.基材是高强度聚酯纤维，膜材的强度主要由这一层提供；涂层主要保证膜材的密实性[1-3].建筑用复合膜材是一种新型的化工建筑材料，具有强度高、重量轻、防水防潮、柔韧性好、透光性好、自洁性强、耐久、防火、保温和抗紫外线等优良特性.膜材的重量轻、厚度小且有很高的机械强度，这使得膜材能够作为大跨度建筑物的屋面覆盖材料或结构材料，承受各种外荷载作用，满足建筑物结构的安全和使用要求.膜结构屋面重量仅为传统屋面的1/30左右，这就减少了下部墙体和基础的截面尺寸，且膜材是一种化学建材，可大大减少钢材、水泥、沙子等传统建材的消耗.另外，膜材的弹性模量较低，这使得膜材有一定的柔韧性，从而能充分发挥建筑师的想象力和创造力，创造出更多曲面造型、更加优美的膜结构建筑，极易与周围的环境融合在一起[4-6].本论文主要研究了对基材进行表面处理和在浆料中加入氯化聚乙烯对PVC膜材拉伸强度、剥离强度及撕破强度的影响.1实验部分1.1实验原料实验原料包括：PVC，天津渤天化工有限责任公司产品；增塑剂（DINP），浙江锦达公司产品；锌钙复合稳定剂、抗氧化剂CA、抗氧化剂1010、防紫外剂UV-327、防紫外剂UV-531、Al（OH）3、均为天津裕发助剂厂产品；丙烯酸表面处理剂，市售.1.2实验设备实验设备包括：涂层机，LTF-97885型，瑞士MATHIS公司产品；焙烘机，DK-5E型，日本KUSTER公司产品；电子织物强力机，YG065型，莱州电子仪器有限公司产品.天津工业大学学报第28卷1.3膜材制备1.3.1浆料配制称取一定量的DINP增塑剂，按比例加入适量的聚氯乙烯树脂（PVC），搅拌均匀；然后再按比例依次加入适量的交联剂、锌钙复合稳定剂、抗氧化剂CA、抗氧化剂1010、防紫外剂UV-327、UV-531及氢氧化铝.1.3.2孕灾悦膜的制备工艺调制浆料寅涂层寅烘干寅涂层寅烘干寅涂层寅烘干寅焙烘寅成品.1.4膜材性能测试[7]剥离强度的检测，参照FZ/T01008-91标准进行；拉伸强度的测试，参照FZ/T75004-93标准进行；撕破强度的测试，参照FZ/T75001-93标准进行.2结果与讨论2.1表面处理剂用量对PVC膜材力学性能的影响在PVC浆料组分一定的条件下，依次改变对基材进行表面处理的丙烯酸表面处理剂的用量，对基材处理后涂层可以测得PVC膜材的剥离强度、拉伸强度、撕破强度的变化分别如图1、图2、图3所示.由图1可以得出，随着丙烯酸表面处理剂用量的增加，PVC膜材的剥离强度呈现出较为复杂的变化，这是由于膜材的剥离强度的大小受到物理和化学两方面的影响，即受到物理渗透的粘合力和化学结合的双重作用，由此在质量分数为2.5%左右时作用较好.丙烯酸表面处理剂对膜材剥离强度的影响引起的原因主要是由于丙烯酸表面处理剂具有一定的粘性，在基材表面形成一个膜层，当继续涂层PVC浆料后，由于丙烯酸表面处理剂与基材之间、丙烯酸表面处理剂与PVC涂层之间的粘结作用，可以提高膜材的剥离强度；同时也受到浆料的渗透的影响.图2显示，PVC膜材的拉伸强度值随丙烯酸表面处理剂用量的增加先升高后又逐渐下降.当表面处理剂质量分数为2.5%时，膜材拉伸强度可以取得最大值.并且我们也可以看到，经过表面处理剂处理后，膜材的拉伸强度都高于未经表面处理剂处理的膜材，经过处理的膜材其基材由于丙烯酸表面处理剂的包覆作用，使处理过的膜材拉伸强度都有所提高.图3显示，膜材撕破强度大小受表面处理剂影响变化较为复杂，总体表现为先增加后有所下降，并且当表面处理剂质量分数为6%时，撕破强度取得最大值.可以发现，经过丙烯酸表面处理剂处理的基材制成的膜材的撕裂强度并不是一定要好于未处理的基材制成的膜材.在膜材厚度一定的条件下，PVC膜的撕裂强度大小是有限的，从而膜材的撕裂强度大小主要体现在单根纱线的强度上，但由于撕裂过程中，膜材的基材纱线自身的延伸性，在某一特定时刻撕裂强度值并非是单根纱线的断裂强度，因此测试的强度值可能存在一定的误差.综上所述，丙烯酸表面处理剂的质量分数以2.5%为宜.图1表面处理剂对膜材剥离强度的影响Fig.1Effectofcontentofsurfactantonpeelingstrengthofmembranematerial7570656055504540036101317表面处理剂质量分数/%925812151471116图2表面处理剂对膜材拉伸强度的影响Fig.2Effectofcontentofsurfactantontensilestrengthofmembranematerial420041504100405040003950390038503800036101317表面处理剂质量分数/%92581215147111416图3表面处理剂对膜材撕破强度的影响Fig.3Effectofcontentofsurfactantontearingstrengthofmembranematerial440420400380360340320300036101317表面处理剂质量分数/%925812151471114161458——第5期2.2氯化聚乙烯（CPE）用量对PVC膜材力学性能的影响在满足PVC浆料的组成的前提下，通过共混依次改变氯化聚乙烯的加入量，进而测得PVC膜材的拉伸强度、剥离强度、撕破强度变化分别如图4、图5、图6所示.由图4可以得出，在氯化聚乙烯的用量范围内，随CPE用量的增加，PVC膜材的拉伸强度先逐渐升高后急剧下降，在CPE质量分数为2.0%时，拉伸强度取得最大值.氯化聚乙烯（CPE）含氯成分较高，与PVC具有良好的相容性，浆料中加入CPE，会使浆料的黏度增大.如图4中，加入量小于2.0%时，加入量越多，黏度越大，浆料渗入纱线的量有减少的趋势，但渗入的浆料增大了纱线间的抱合力，有效避免了拉伸过程中纤维的滑移，使拉伸强度逐渐升高；而当CPE加入量大于2.0%后，浆料的黏度就会过大，阻止了其向纱线中的渗透，不能增加纤维之间的作用力，致使拉伸强度降低.由图5可以看出，在CPE的用量范围内，随CPE用量的增加，膜材的剥离强度先逐渐下降后又逐渐升高，在质量分数为2.0%时，剥离强度最低.而质量分数在1.0%时，膜材有较好的剥离强度.由图6可以看出，PVC膜材撕裂强度的值随CPE用量的增加逐渐下降后又依次升高，在质量分数为1.6%左右时，取得最低值；而质量分数在1.0%左右获得较高的撕破强度.通过分析存在的原因为：初始随CPE用量的增加，黏度增大，渗透降低，纱线断裂强度会相应的下降；后CPE用量继续增加，黏度过大，几乎难有渗透，但涂层形成的膜的撕裂强度会相应增大，这样由于基材和PVC膜的共同作用致使膜材撕裂强度有所回升.3结论（1）丙稀酸表面处理剂的质量分数在2.5%时，对提高膜材的拉伸强度和剥离强度效果较为明显.但综合考虑，在丙烯酸表面处理剂用量为4%左右时，PVC膜材获得较良好的力学性能.（2）氯化聚乙烯（CPE）的质量分数为2.0%左右（PVC为50g）时，膜材具有最好的拉伸强度.但综合考虑，PVC膜材在氯化聚乙烯质量分数为1.0%左右时，获得较好的力学性能.参考文献：[1]宋雄彬.新型建筑材料—膜材[J].广东建材，2006（10）：24-26.[2]梁志满.膜材料特性及应用[J].闽西职业大学学报，2001，9（3）：95-98.[3]KINLOCHAJ.Novelself-assemblingsilaneforadhesiveandadhesiveapplications[J].Journalofadhesion,2006,82（12）：1117-1132.[4]刘连华，王民.新一代环保节能建筑材料—膜材[J].化学建筑，2004（5）：40-42.[5]邓燕，钟国宏，于克乾.新一代绿色环保型织物涂层剂的开发[EB/OL].[2008-6-1].=1018.[6]REINHARDTRM，BRUNOJS.Carboxyethylationofcottonbytreatmentwithacrylamide[J].JournalofAppliedPolymerScience，1996（10）：387-397.[7]周维祥.塑料测试技术[M].北京:化学工业出版社，1997.图6CPE用量对膜材撕破强度的影响Fig.6EffectofcontentofCPEontearingstrengthofmembranematerial6406206005805605405205004804604400.03.04.0CPE质量分数/g2.01.0图4CPE用量对膜材拉伸强度的影响Fig.4EffectofcontentofCPEontensilestrengthofmembranematerial4600450044004300420041000.03.04.0CPE质量分数/g2.01.0孟令翔袁等院PVC膜材涂层工艺的研究图5CPE用量对膜材剥离强度的影响Fig.5EffectofcontentofCPEonpeelingstrengthofmembran