PVC薄膜中增塑剂在水环境中迁移规律研究

Posted 2023-01-13 增塑剂

篇首语：不患人之不己知，患不知人也。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了PVC薄膜中增塑剂在水环境中迁移规律研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

目前，PVC依据其价格优势和较好的耐撕裂性能，开始大量用作土木工程膜材料，作为防水、防渗的重要工程材料。以往被忽视的PVC在水环境中的变化情况日益受到人们的重视。PVC处于水环境中时，其主要问题是其中的增塑剂的迁移。常用的PVC增塑剂是邻苯二甲酸酯类。它是一种低分子液体，与PVC大分子之间的作用力完全是分子间的范德华力，因此增塑剂迁移是一种必然趋势。这种迁移对PVC造成的危害主要体现在两个方面：一是对材料的力学性能造成不良影响，随着增塑剂的迁出，材料开始变硬、变脆，甚至断裂；二是析出的增塑剂对水环境有影响[2，3]。
1 试验
1.1 原料PVC，2型，100份，北京化工二厂；邻苯二甲酸二甲酯(DMP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，分析纯，北京市化学试剂公司；邻苯二甲酸二异辛酯(DEHP)，分析纯，45份，北京市助剂二厂；硬脂酸钙，化学纯，5份，温州市化学用料厂；硬脂酸钡，化学纯，5份，温州市化学用料厂。
1.2 试验设备高速混合搅拌机，GH-10DY型，北京市塑料机械厂；双辊塑炼机，SK-160B，北京市塑料机械厂；超级恒温水浴，501型，上海控温仪器厂；液相色谱仪，LC-6A，日本岛津；ODS分析柱，4.6mm×25mm；检测器，SPD-6AV。
1.3 试样制备将PVC、邻苯二甲酸酯和其他助剂按配方称量混合，高速搅拌机搅拌5min，140℃双辊混炼机开炼，调节辊间距，压制出厚1.5mm的PVC薄膜。将PVC薄膜切成200mm×150mm，浸泡在1000mL去离子水的广口瓶中，用超级恒温水浴控温，至规定时间和温度，取出萃取液10mL，用液相色谱检测萃取液中邻苯二甲酸酯类增塑剂的含量。
1.4 测试分别配制DMP和DBP的标准溶液，称取试样；滴入1000mL去离子水中，静止48h；30mL二氯甲烷两次萃取水中的邻苯二甲酸酯化合物；浓缩；定容；用液相色谱测定其浓度。取出浸泡后样品，将其制成哑铃形试样，然后用Instron1185万能材料试验机测试力学性能。
2 结果与讨论
2.1 浓度标定配制标准浓度的DMP和DBP溶液，其液相色谱图峰面积与标准溶液浓度的关系如图1所示。从图中可以看到，DMP和DBP液相色谱的峰面积与标准溶液

浓度呈现良好的线性关系。DMP最低检出浓度是3.22×10-6mg/mL，线性回归方程如式1所示。DBP最低检出浓度是3.02×10-6mg/mL，线性回归方程如式2所示。A=2.595×10-6B
(1)A=1.006×10-6B
(2)式中 A———液相色谱图的峰面积，mm2　 B———水相增塑剂浓度，mg/mL从图1中看到，DBP和DMP的浓度与液相色谱峰面积成较好的线性关系。采用液相色谱测定水中的邻苯二甲酸二甲酯含量，只需对样品进行分离提纯处理，混合物中其他成分干扰小，测定速度快，每6min即可完成一次分析。与其它方法相比，具有灵敏度高，操作简便，选择性好，重复性好，线性范围宽等特点，可以满足分析试验的要求。
2.2 时间对迁移速度的影响时间对DMP和DBP迁移的影响如图2和图3所示。从图中看到，DMP和DBP随着浸泡时间延长，迁移量逐渐增大。这主要是由于水分子进入PVC中溶胀的结果，增加了PVC的分子活动能力，使DMP和DBP小分子容易迁移到材料表面；另外，溶胀还使分子渗透到PVC材料的内部，加大了水与DMP和DBP交换面积，因此迁移速度逐渐加快。

2.3 温度对迁移速度的影响温度对DMP和DBP迁移速度的影响如图4和图5所示。从图中看到，温度对DMP和DBP迁移速度的影响情况与时间类似，并且DMP的迁移速度远远大于DBP。其中主要影响因素有以下两点：一是DMP与PVC相容性较DBP差，而在水中的溶解性较DBP好；二是DMP相对分子质量小，较容易迁移到材料表面。
2.4水环境中PVC力学性能的变化情况
2.4.1 处于水环境中不同位置力学性能的变化情况在水环境中的不同位置，PVC力学性能的变化情况如表1所示。表1中的数据表明，置于水面上的PVC拉伸强度最大，其中增塑剂的扩散速率最大。主要原因在于增塑剂扩散速率与环境中的浓度梯度成正比。水面与空气接触，增塑剂容易扩散，浓度梯度大，扩散速度亦较大。失去增塑剂后，材料的分子间作用力增强，拉伸强度上升，断裂伸长率下降。底泥中有机物、固相成分较多，从PVC中迁移出的增塑剂容易在泥底中积累，浓度梯度较小，使PVC的迁移速率受到影响，表现为底泥中PVC性能变化最小。
2.4.2 水中PVC薄膜力学性能变化水中PVC薄膜力学性能变化情况如图6-9所示。

从图中看到，DMP的迁出量远远大于DBP和DEHP。但拉伸强度增加值与伸长率减小值却无多大区别。这可以解释为增塑剂迁出后，水分侵入到材料内部，起到了增塑作用。DBP和DEHP的迁出量较小，但拉伸强度与伸长率变化却较大。这是由于它们与PVC的相容性较好，迁出后对其分子间作用力影响更为明显。从增塑剂在水中的溶解度可以比较三者的区别。25℃时，DMP、DBP与DEHP的水中溶解度分别为2.21×10-2mol/L、3.63×10-5mol/L和1.05×10-7mol/L。DBP和DEHP在水中的溶解度较小，与PVC相容性较好。
3 结论
(1)利用液相色谱可以有效地监测PVC中的增塑剂向水中的迁移情况。
(2)时间和温度对增塑剂向水中迁移有同样的加速效应。
(3)增塑剂迁出后对PVC拉伸性能和断裂伸长率有较大影响。