摘要
聚乙烯醇（PVA）是一种极具发展前景的水溶性聚合物，它有着良好的阻隔性、粘附性、生物相容性和成膜性等优点，可以在纺织纤维、薄膜、生物医学、制药和涂料等领域得到广泛的应用。由于聚乙烯醇是一种多羟基的聚合物，聚乙烯醇分子内容易形成氢键，使得熔点比较接近分解温度，这限制了其在传统热塑加工成型方面的应用。虽然聚乙烯醇在热塑加工成型方面已有许多研究，但仍存在熔体黏度较大、加工窗口较窄和制品质量不佳等缺点。目前聚乙烯醇主要还是以溶液加工成型为主，由溶液法加工制得的薄膜性能更好，应用范围更广，因此研究聚乙烯醇水溶液体系的流变性能是十分具有现实意义的。 本论文针对目前聚乙烯醇溶液加工成型中存在溶液黏度随浓度增加流动性变差的问题，研究了增塑剂、温度对中高浓度聚乙烯醇水溶液流变性能的影响。主要通过流变参数如黏度、储能模量、损耗模量、非牛顿指数等来反映增塑剂对聚乙烯醇水溶液流变性能的影响。此外通过DSC和红外测试方法来进一步探讨增塑剂的加入对聚乙烯醇水溶液体系水状态和氢键作用的影响。主要研究结果如下： 1、随着剪切速率γ?的增加，PVA水溶液和PVA/DMSO溶液的表观黏度ηap下降，呈现假塑性流体的行为。随着浓度增加，PVA水溶液和PVA/DMSO溶液的ηap急剧增加，体系的储能模量G′和损耗模量G″也随之增大，两种溶液体系的黏弹性行为增强。与PVA水溶液体系相比，PVA在DMSO中的溶解度更高，PVA分子流体力学体积比在水中的要大，流动阻力会变大。所以在相同浓度下，PVA在DMSO中的黏度、储能模量和损耗模量都是高于PVA水溶液体系的。另外温度的升高促使PVA链段运动能力增强，抵消了一部分剪切作用对溶液体系的影响。高浓度的PVA水溶液具有更高的黏流活化能，其表观黏度ηap对温度变化更敏感，因此可以通过调控加工成型的温度来提高PVA水溶液的流动性。 2、在同一剪切速率下，甘油或乙醇胺增塑的PVA水溶液的表观黏度更低，并且在流动的过程中会有更宽的第二平台区。PVA水溶液体系的储能模量G′和损耗模量G″会随着增塑剂含量的增加而降低，溶液体系的黏弹转变点也会随增塑剂含量的增加朝着高角频率的方向移动，使得其在更宽的角频率范围内体系的黏流性行为占主导。这有效的避免了PVA水溶液在生产过程中出现挤出胀大等高弹性行为，有利于PVA水溶液加工成型的稳定性。随着温度的升高，PVA水溶液体系的非牛顿特性会减弱，其黏度对剪切速率的依赖性也会随之减弱。而甘油和乙醇胺的加入有利于PVA水溶液在70~90℃的流延温度下能维持较低的黏度，并且避免PVA溶液在受到温度波动时黏度发生较大变化。对于高浓度PVA溶液体系而言，甘油的加入可以有效地改善高浓度PVA溶液体系的流动性。随着温度的增加，在相同的剪切速率下甘油增塑的PVA水溶液体系的表观黏度会减小。在PVA水溶液流延加工过程中，可以通过控制温度和添加增塑剂的方法来改善PVA水溶液的流变性能。 3、低浓度区域的PVA水溶液的水合数维持在较高水平，处于高水合状态，当浓度达到临界纠缠浓度10wt%后，PVA水溶液的水合数随着浓度的增加急剧减小。随着增塑剂含量的增加，PVA溶液体系的非冻结水的含量也随之增加。少部分乙醇胺或甘油会与水分子产生相互作用，但还有大部分乙醇胺或甘油会进入PVA分子链间与侧链上的羟基结合，破坏PVA分子链间的氢键作用，其中乙醇胺的破坏能力更强。通过ATR-FTIR研究发现甘油的加入使得PVA溶液体系的水分子蒸发速度变慢，部分甘油会与水分子结合产生氢键作用，使得溶液体系有一定的保水能力，这可以有利于PVA溶液挤出过程的稳定性。
NETL