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聚乙烯醇的物理性质


实验室k / 2018-09-18

       聚乙烯醇(PVA)的物理性能决定于分子量和醇解度,因为醇解度和分子量可由制造过程的工艺条件所控制,因此可生产出性能和用途各不相同的产品。聚乙烯醇的主要物理性质见表5-1。

表5-1  聚乙烯醇的物理性质

性质 数值
外观 乳白色粒状粉末
相对密度  
              低碱工艺 0.45
              高碱工艺 0.27
热稳定性 在100℃时开始慢慢变色
  150℃以上时急速变黑
  200℃以上时很快分解
折射率(20℃) 1.55
热导率/[W/(m·K)] 0.2
电阻率/Ω·cm (3.1~3.8)×107
比热容/[J/(g·K)] 1.5
熔融温度(未增塑)/℃ 230(完全醇解型)
  180~190(部分醇解型)
Tg/℃ 75~85
贮存稳定性(固体) 干燥环境下可无限期贮存
燃烧性 与普通纸张相同
曝光稳定性 非常好

       (1)溶解性    PVA几乎在所有场合都是溶解于水中使用的。PVA在水中的溶解性很大程度上受聚合度特别是醇解度所支配。
       PVA含有大量亲水性羟基,分子间和分子内的羟基之间存在着很强的氢键,明显地阻碍PVA对水的溶解;另一方面,部分醇解PVA由于疏水性的残存醋酸根可减弱邻近分子间和分子内的氢键,可改善PVA的水溶性。完全醇解的产物必须加热到接近沸点时才能完全溶解,当醇解度降低时在较低的温度下就会溶解,醇解度降到75%~80%时可完全溶于冷水中。但加热又会析出,这是因为随醇解度降低,放出的溶解热增大,相分离的临界温度下降,在高温下溶解度逐渐降低。醇解度为87%~89%时是最佳状态,既可冷水也可热水溶解,这种最佳醇解度的PVA通常称为部分醇解PVA。
       溶解度也受粒子大小如表面积、分子量和结晶性的影响。粒径和分子量减小会增加溶解度,结晶会导致溶解速度减慢。结晶是由热处理引起的,由于侧链醋酸基的存在减小结晶程度,所以低醇解物对于热处理有较小的敏感性。
       聚乙烯醇溶液表现出对许多电解质的高容限量,加入少许强无机酸和无机碱不会加速PVA从溶液中析出,但水解反应会在高pH值下继续进行至完全。
       聚乙烯醇不能溶于大多数普通有机溶剂,如:汽油、煤油、苯、
甲苯四氯化碳甲醇丙酮和醋酸甲酯。能微溶于二甲亚砜,其溶解度与残存醋酸根成比例。对PVA虽然没有比水更好的溶剂,但把低碳醇加到PVA溶液中,质量浓度可高至50%以上而不出现沉淀。

聚乙烯醇

       (2)水溶液性质
       ① 水溶液黏度    PVA水溶液的黏度由分子量、浓度、温度所控制。尽管在分子量不变时黏度与醇解度成正比,但醇解度对黏度影响不大。用通常的釜式混合设备,低、中、高分子量PVA的实际质量浓度极限分别为大约30%、20%和15%。
       ② 黏度稳定性    完全醇解PVA水溶液的黏度随时间而升高,最终出现凝胶化,再加热后又可回复。部分醇解PVA却几乎看不出黏度随时间而上升,这是由于随残存醋酸根增加,妨碍了分子的紧密排列,使结晶性变差,并使分子较易于分散而阻碍黏度上升。
       黏度稳定性也受溶解条件和溶解前热处理等条件的影响。溶解时间越长、溶解温度越高,黏度上升越小。经常搅拌静止的溶液可防止黏度上升。
      
硼酸硼砂可使PVA溶液增稠和凝胶化,硼酸与PVA构成单二醇型键,而硼砂构成双二醇型键。
       ③ 表面活性    具有疏水性醋酸根和亲水性羟基的部分醇解PVA水溶液的表面张力比完全醇解PVA水溶液表面张力低。完全醇解PVA表面张力值随PVA浓度增加而下降很小,但是部分醇解物残存醋酸根越多,表面张力值的下降则越大,此外残存醋酸根在分子内的分布对PVA的表面活性也有很大影响,分布越嵌段,其保护胶性能越好。
       ④ 粘接性    聚乙烯醇以其对纤维素表面优越的粘接性和对水泥成分的强黏合力而著称。所有品种PVA对亲水性材料都有很强的粘接性,完全醇解的产品黏合力更强。然而部分醇解PVA对疏水性物质如玻璃、金属和许多塑料有较好的粘接性。PVA在聚酯膜上涂膜的撕裂强度在醇解度超过95%后则急剧下降。
       (3)薄膜性能
       ① 强度    相对湿度为50%时,未增塑的、完全醇解PVA薄膜的强度为55~69MPa。湿度增加,拉伸强度呈线性降低,当相对湿度增至80%时,拉伸强度降至30~35MPa。拉伸强度与分子量不成线性关系,对中、低黏度的PVA,张力变化最大,而对中、高黏度的PVA则变化不大。加入增塑剂可降低PVA的拉伸强度。
       ② 伸长率    聚乙烯醇的伸长率对湿度非常敏感,可从完全干燥时的伸长率10%变到相对湿度80%时的300%~400%。加入增塑剂会使伸长率加倍,PVA薄膜的伸长率与醇解度基本无关,但与分子量成正比。
       ③ 透气性    低湿度下完全醇解PVA的隔气性,特别是隔氧性是任何其它合成树脂所无法比拟的,但相对湿度超过50%时,这种特性显著下降。为克服这一缺点,把PVA膜与其它耐水性好的薄膜制成复合薄膜。


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