聚乙烯醇(PVA)的物理性能決定于分子量和醇解度,因?yàn)榇冀舛群头肿恿靠捎芍圃爝^(guò)程的工藝條件所控制,因此可生產(chǎn)出性能和用途各不相同的產(chǎn)品。聚乙烯醇的主要物理性質(zhì)見(jiàn)表5-1。
表5-1 聚乙烯醇的物理性質(zhì)
性質(zhì) | 數(shù)值 |
外觀 | 乳白色粒狀粉末 |
相對(duì)密度 | |
低堿工藝 | 0.45 |
高堿工藝 | 0.27 |
熱穩(wěn)定性 | 在100℃時(shí)開(kāi)始慢慢變色 |
150℃以上時(shí)急速變黑 | |
200℃以上時(shí)很快分解 | |
折射率(20℃) | 1.55 |
熱導(dǎo)率/[W/(m·K)] | 0.2 |
電阻率/Ω·cm | (3.1~3.8)×107 |
比熱容/[J/(g·K)] | 1.5 |
熔融溫度(未增塑)/℃ | 230(完全醇解型) |
180~190(部分醇解型) | |
Tg/℃ | 75~85 |
貯存穩(wěn)定性(固體) | 干燥環(huán)境下可無(wú)限期貯存 |
燃燒性 | 與普通紙張相同 |
曝光穩(wěn)定性 | 非常好 |
(1)溶解性 PVA幾乎在所有場(chǎng)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別是醇解度所支配。
PVA含有大量親水性羥基,分子間和分子內(nèi)的羥基之間存在著很強(qiáng)的氫鍵,明顯地阻礙PVA對(duì)水的溶解;另一方面,部分醇解PVA由于疏水性的殘存醋酸根可減弱鄰近分子間和分子內(nèi)的氫鍵,可改善PVA的水溶性。完全醇解的產(chǎn)物必須加熱到接近沸點(diǎn)時(shí)才能完全溶解,當(dāng)醇解度降低時(shí)在較低的溫度下就會(huì)溶解,醇解度降到75%~80%時(shí)可完全溶于冷水中。但加熱又會(huì)析出,這是因?yàn)殡S醇解度降低,放出的溶解熱增大,相分離的臨界溫度下降,在高溫下溶解度逐漸降低。醇解度為87%~89%時(shí)是最佳狀態(tài),既可冷水也可熱水溶解,這種最佳醇解度的PVA通常稱(chēng)為部分醇解PVA。
溶解度也受粒子大小如表面積、分子量和結(jié)晶性的影響。粒徑和分子量減小會(huì)增加溶解度,結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致溶解速度減慢。結(jié)晶是由熱處理引起的,由于側(cè)鏈醋酸基的存在減小結(jié)晶程度,所以低醇解物對(duì)于熱處理有較小的敏感性。
聚乙烯醇溶液表現(xiàn)出對(duì)許多電解質(zhì)的高容限量,加入少許強(qiáng)無(wú)機(jī)酸和無(wú)機(jī)堿不會(huì)加速PVA從溶液中析出,但水解反應(yīng)會(huì)在高pH值下繼續(xù)進(jìn)行至完全。
聚乙烯醇不能溶于大多數(shù)普通有機(jī)溶劑,如:汽油、煤油、苯、甲苯、四氯化碳、甲醇、丙酮和醋酸甲酯。能微溶于二甲亞砜,其溶解度與殘存醋酸根成比例。對(duì)PVA雖然沒(méi)有比水更好的溶劑,但把低碳醇加到PVA溶液中,質(zhì)量濃度可高至50%以上而不出現(xiàn)沉淀。
(2)水溶液性質(zhì)
① 水溶液黏度 PVA水溶液的黏度由分子量、濃度、溫度所控制。盡管在分子量不變時(shí)黏度與醇解度成正比,但醇解度對(duì)黏度影響不大。用通常的釜式混合設(shè)備,低、中、高分子量PVA的實(shí)際質(zhì)量濃度極限分別為大約30%、20%和15%。
② 黏度穩(wěn)定性 完全醇解PVA水溶液的黏度隨時(shí)間而升高,最終出現(xiàn)凝膠化,再加熱后又可回復(fù)。部分醇解PVA卻幾乎看不出黏度隨時(shí)間而上升,這是由于隨殘存醋酸根增加,妨礙了分子的緊密排列,使結(jié)晶性變差,并使分子較易于分散而阻礙黏度上升。
黏度穩(wěn)定性也受溶解條件和溶解前熱處理等條件的影響。溶解時(shí)間越長(zhǎng)、溶解溫度越高,黏度上升越小。經(jīng)常攪拌靜止的溶液可防止黏度上升。
硼酸和硼砂可使PVA溶液增稠和凝膠化,硼酸與PVA構(gòu)成單二醇型鍵,而硼砂構(gòu)成雙二醇型鍵。
③ 表面活性 具有疏水性醋酸根和親水性羥基的部分醇解PVA水溶液的表面張力比完全醇解PVA水溶液表面張力低。完全醇解PVA表面張力值隨PVA濃度增加而下降很小,但是部分醇解物殘存醋酸根越多,表面張力值的下降則越大,此外殘存醋酸根在分子內(nèi)的分布對(duì)PVA的表面活性也有很大影響,分布越嵌段,其保護(hù)膠性能越好。
④ 粘接性 聚乙烯醇以其對(duì)纖維素表面優(yōu)越的粘接性和對(duì)水泥成分的強(qiáng)黏合力而著稱(chēng)。所有品種PVA對(duì)親水性材料都有很強(qiáng)的粘接性,完全醇解的產(chǎn)品黏合力更強(qiáng)。然而部分醇解PVA對(duì)疏水性物質(zhì)如玻璃、金屬和許多塑料有較好的粘接性。PVA在聚酯膜上涂膜的撕裂強(qiáng)度在醇解度超過(guò)95%后則急劇下降。
(3)薄膜性能
① 強(qiáng)度 相對(duì)濕度為50%時(shí),未增塑的、完全醇解PVA薄膜的強(qiáng)度為55~69MPa。濕度增加,拉伸強(qiáng)度呈線性降低,當(dāng)相對(duì)濕度增至80%時(shí),拉伸強(qiáng)度降至30~35MPa。拉伸強(qiáng)度與分子量不成線性關(guān)系,對(duì)中、低黏度的PVA,張力變化最大,而對(duì)中、高黏度的PVA則變化不大。加入增塑劑可降低PVA的拉伸強(qiáng)度。
② 伸長(zhǎng)率 聚乙烯醇的伸長(zhǎng)率對(duì)濕度非常敏感,可從完全干燥時(shí)的伸長(zhǎng)率10%變到相對(duì)濕度80%時(shí)的300%~400%。加入增塑劑會(huì)使伸長(zhǎng)率加倍,PVA薄膜的伸長(zhǎng)率與醇解度基本無(wú)關(guān),但與分子量成正比。
③ 透氣性 低濕度下完全醇解PVA的隔氣性,特別是隔氧性是任何其它合成樹(shù)脂所無(wú)法比擬的,但相對(duì)濕度超過(guò)50%時(shí),這種特性顯著下降。為克服這一缺點(diǎn),把PVA膜與其它耐水性好的薄膜制成復(fù)合薄膜。