Vergleich der Anwendung verschiedener PVC-Schlagzähmodifikatoren
Es gibt viele Arten von PVC Schlagzähmodifikators, einschließlich: CPE-Harz, ABS-Harz, MBS-Harz, EVA-Harz, NBR-Harz, ACR-Harz usw. Diese Modifikatoren haben ihre eigenen Eigenschaften, Vor- und Nachteile, daher müssen wir den geeigneten Modifikator entsprechend den Eigenschaften des Modifikators und der endgültigen Anwendung des verarbeiteten Produkts auswählen.
PVC-Schlagmodifikatoren spielen manchmal auch eine weichmachende Rolle, sodass sie auch als Weichmacher angesehen werden können. Die wichtigsten Schlagmodifikatoren für PVC-Harz sind:
(1) CPE
CPE ist chloriertes Polyethylen, das durch Chlorierung von HDPE entsteht. Durch die Chloratome ist CPE weich und weist einige Gummieigenschaften auf. Es ist ein polares Polymer und weist die gleiche polare Gruppe wie PVC auf, was die Kompatibilität mit PVC erhöht. Dadurch kann die Polymerkette eine ausreichend große Van-der-Waals-Kraft aufrechterhalten, um die Schlagzähigkeit von PVC zu verbessern, was wiederum eine härtende Wirkung hat. Darüber hinaus fördert CPE das Schmelzen von PVC und beschleunigt die Plastifizierung. Mit zunehmender CPE-Menge verkürzt sich das Plastifizierungsdrehmoment, das Ausgleichsdrehmoment erhöht sich und die Viskosität der plastifizierten Schmelze steigt.
CPE als Härtungsmittel enthält in der Regel 25–45 % CL. CPE ist vielseitig einsetzbar, günstig und wirkt zusätzlich härtend, kältebeständig, witterungsbeständig, feuerbeständig und chemikalienbeständig. Bei der Herstellung von PVC-Rohren und -Profilen verwenden die meisten Fabriken CPE als Schlagzähmodifikator. Die Zugabemenge beträgt in der Regel 5–15 Teile. CPE kann in Kombination mit anderen Härtungsmitteln wie Gummi, EVA usw. verwendet werden. Die Wirkung ist besser, die Gummiadditive sind jedoch nicht alterungsbeständig.
(2) ACR
Acryl-Verarbeitungshilfe ist ein Acrylat-Copolymer. Derzeit gibt es zwei Arten von ACR als PVC-Modifikators: Eine dient der Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften von Hart-PVC; die andere dient der Verbesserung der Schlagzähigkeit von PVC-Produkten. Der Unterschied in der chemischen Zusammensetzung besteht darin, dass der ACR-Schlagmodifikator einen Kern aus vernetztem Acrylat-Elastomer und eine äußere Hülle aus Methylmethacrylat und Ethylacrylat-Copolymer enthält. Die Schlagzähigkeit eines guten ACR + PVC-Mischsystems ist mehr als zehnmal höher als die von PVC, und auch die Zugfestigkeit von PVC ist deutlich verbessert, insbesondere bei Hart-PVC-Kunststoffprodukten für den Außenbereich. Im Vergleich zu anderen Schlagmodifikatoren weist ACR eine gute Verarbeitungseigenschaft, eine deutliche Schlagzähigkeit, eine glatte und schöne Produktoberfläche sowie eine ausgezeichnete Alterungsbeständigkeit auf.
ACR eignet sich zur Schlagzähmodifizierung von PVC-Kunststoffprodukten für den Außenbereich. Als Schlagzähmodifikator in PVC-Tür- und Fensterprofilen bietet ACR im Vergleich zu anderen Modifikatoren gute Verarbeitungseigenschaften, eine glatte Oberfläche, gute Alterungsbeständigkeit und hohe Schweißwinkelfestigkeit. Der Preis ist jedoch etwa ein Drittel höher als bei CPE. In der Regel 6–10 PHR in PVC-Anwendungen. Darüber hinaus ist die Schlagzähigkeit von Mischungen, die mit verschiedenen Stabilisierungssystemen aus PVC und ACR hergestellt wurden, unter gleichen Verarbeitungsbedingungen sehr unterschiedlich. Beispielsweise weist die Verwendung von Bariumstearat und Cadmiumstearat als Stabilisator unter gleichen Bedingungen eine höhere Schlagzähigkeit auf als die Verwendung eines Bleisalzstabilisators.
(3)MBS-Schlagzähmodifikator
Der MBS-Schlagmodifikator ist ein Kern-Hülle-Copolymer aus MMA-gepfropftem Styrol-Butadien-Latex nach Aussalzen und Trocknen. PVC kann damit modifiziert werden, um seine Schlagzähigkeit und seine Gesamteigenschaften zu verbessern. Aufgrund seines ähnlichen Brechungsindex wie PVC weist modifiziertes PVC eine bessere Transparenz auf und wird daher häufig in transparenten Produkten verwendet. Da es Butadien enthält, zersetzt es sich leicht und altert im Licht, weshalb es nicht für Produkte im Außenbereich geeignet ist.
Im Allgemeinen kann die Zugabe von 10–17 PHR MBS zu PVC die Schlagzähigkeit von PVC um das 6- bis 15-fache erhöhen. Bei einer MBS-Menge von mehr als 30 Dosen verringert sich die Schlagzähigkeit von PVC jedoch. MBS selbst hat eine gute Schlagzähigkeit, ist transparent und hat eine Lichtdurchlässigkeit von über 90 %. Während es die Schlagzähigkeit verbessert, hat es kaum Auswirkungen auf andere Eigenschaften des Harzes, wie Zugfestigkeit und Bruchdehnung. MBS ist teuer und wird häufig mit anderen Schlagzähmodifikatoren wie EAV, CPE, SBS usw. verwendet. MBS ist nicht gut hitzebeständig, witterungsbeständig und nicht für den Langzeitgebrauch im Außenbereich geeignet. Bei der Herstellung von Kunststofftür- und -fensterprofilen ist die Verwendung von Schlagzähmodifikatoren im Allgemeinen nicht erforderlich.
MBS verleiht Hart-PVC nicht nur eine gute Zähigkeit und hervorragende Lichtdurchlässigkeit, sondern verbessert auch die Verarbeitungseigenschaften. Dies liegt daran, dass MBS beim Plastifizierungsprozess von PVC verwickelt und aneinander reibt. Dies fördert nicht nur den Zerfall der PVC-Partikel, sondern verbindet sich auch mit den PVC-Partikeln und fördert so die Gelierung des PVC. Dadurch wird die Schmelzzeit verkürzt, die Verweilzeit des Materials im Extruder reduziert, die Zersetzung des PVC verhindert und die Verarbeitbarkeit des PVC verbessert.
Die wichtigsten Leistungsmerkmale von PVC/MBS-Mischungen sind folgende:
1. Die Schlagfestigkeit ist mehr als fünfmal höher als bei PVC, kann sogar mehr als 30-mal höher sein, und auch die Zähigkeit ist viel höher als bei PVC/EVA- und PVC/CPE-Mischungen.
2. Durch die Einführung von MMA-Komponenten in die Dispersionsstruktur, die Erhöhung ihrer Polarität und die Verbesserung der Kompatibilität mit PVC übertrifft die Lichtdurchlässigkeit dieser Mischung nicht nur PVC/EVA und PVC/CPE bei weitem, sondern auch PVC/ABS.
3. Aufgrund der verbesserten Kompatibilität ist das Weißbruchphänomen bei PVC/MBS-Mischungen beim Biegen geringer als bei PVC/ABS.
4. Nach längerem Mischen und natürlichem Alterungstest nimmt die Schlagfestigkeit stark ab, sodass der Abfall recycelt werden kann. Polymermischungen, die in Leistung und Zusammensetzung PVC/MBS ähneln, umfassen außerdem:
1. MMA und AN werden auf SBR gepfropft und mit PVC vermischt;
2. MMA\AN und ST werden auf SBR gepfropft und mit PVC vermischt;
3. MMA wird auf ABS aufgepfropft und mit PVC vermischt. Diese Mischungen weisen eine hervorragende Schlagfestigkeit und Lichtdurchlässigkeit auf.
(4) SBS
SBS ist ein Styrol-Butadien-Styrol-Ternärblockcopolymer, auch thermoplastischer Styrol-Butadien-Kautschuk genannt. Es ist ein thermoplastisches Elastomer, dessen Struktur in zwei Typen unterteilt werden kann: sternförmig und linear. Das Verhältnis von Styrol zu Butadien in SBS beträgt 30/70, 40/60, 28/72 und 48/52. Es wird hauptsächlich als Schlagzähmodifikator für HDPE, PP und PS verwendet und die Zugabemenge beträgt 5–15 PHR. Die Hauptfunktion von SBS besteht darin, die Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen zu verbessern. SBS ist schlecht witterungsbeständig und nicht für den langfristigen Einsatz im Freien geeignet.
(5) ABS
ABS ist ein Terpolymer aus Styrol (40–50 %), Butadien (25–30 %) und Acrylnitril (25–30 %). Es wird hauptsächlich in technischen Kunststoffen, aber auch als schlagzähmodifiziertes PVC verwendet. Die schlagzähmodifizierende Wirkung bei niedrigen Temperaturen ist ebenfalls sehr gut. Bei einer zugesetzten ABS-Menge von 50 PHR ist die Schlagzähigkeit von PVC mit der von reinem ABS vergleichbar. Die zugesetzte ABS-Menge beträgt in der Regel 5–20 PHR. ABS ist schlecht witterungsbeständig und daher nicht für den langfristigen Außeneinsatz geeignet. Für die Herstellung von Kunststoff-Tür- und Fensterprofilen ist der Einsatz von Schlagzähmodifikatoren in der Regel nicht erforderlich.
(6) EVA
EVA ist ein Copolymer aus Ethylen und Vinylacetat. Da sich der Brechungsindex von EVA und PVC unterscheidet, ist es schwierig, transparente Produkte herzustellen. Daher wird EVA häufig mit anderen schlagzähen Harzen verwendet. Die zugesetzte EVA-Menge beträgt weniger als 10 PHR.
Darüber hinaus ist der Schlagzähmodifikator aus Gummi auch ein ausgezeichnetes Zähigkeitsmittel. Die wichtigsten Sorten sind: Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPR), EPDM (EPDM), Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) und Styrol-Butadien-Kautschuk, Naturkautschuk, Butadien-Kautschuk, Neopren-Kautschuk, Polyisobuten, Butadien-Kautschuk usw., von denen EPR, EPDM und NBR am häufigsten verwendet werden. Dies verbessert die Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen, ist jedoch nicht alterungsbeständig. Bei Tür- und Fensterprofilen aus Kunststoff werden solche Schlagzähmodifikatoren im Allgemeinen nicht verwendet.
Derzeit wird in China hauptsächlich CPE als schlagzähes Mittel für PVC verwendet, während im Ausland hauptsächlich MBS und ACR (Acrylatcopolymer) sowie ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer) und EVA (Ethylen-Vinylacetat-Copolymer) verwendet werden. Im praktischen Vergleich ist MBS-Harz eine Art Schlagzähmodifikator mit hervorragenden Gesamteigenschaften, insbesondere seiner Transparenz und Koordination.
Die Schlagzähigkeit von MBS-Harz ist besser als die von EVA, aber schlechter als die von ACR, CPE und ABS. MBS ist in Bezug auf die Wetterbeständigkeit ähnlich wie ABS, aber schlechter als die anderen drei. In Bezug auf Licht- und Wärmebeständigkeit kommt MBS ABS nahe, ist aber schlechter als ACR. Mit CPE. Es sollte betont werden, dass die wichtige Rolle von MBS-Harz bei der Verarbeitung von transparenten PVC-Harzprodukten nicht ersetzt werden kann. MBS-Harz kann die Schlagzähigkeit von PVC in der Regel um das 5- bis 6-fache erhöhen und hat wenig Einfluss auf Zugfestigkeit und Dehnung.