CN100392013C - 聚氯乙烯-有机化皂石复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种聚氯乙烯-有机化皂石复合材料及其制备方法，该聚氯乙烯-有机化皂石复合材料按原料含有聚氯乙烯树脂、有机化皂石、改性树脂、稳定剂、润滑剂等；该聚氯乙烯-有机化皂石复合材料的制备方法，首先将所需要量的聚氯乙烯树脂、有机化皂石、改性树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、紫外线吸收剂经高速加热搅拌混合机进行充分混合，其次进入低速冷却混合搅拌机混合均匀，最后进入双螺杆挤出机直接挤出得到聚氯乙烯-有机化皂石复合材料。本发明聚氯乙烯-有机化皂石复合材料及其制品，既提高了断裂伸长率、抗冲击强度和拉伸强度等力学性能，又解决了变色降解问题。
Description
技术领域
本发明涉及聚氯乙烯与有机化皂石复合材料的技术领域，是一种聚氯乙烯-有机化皂石复合材料及其制备方法和制品。
背景技术
使用无机材料填充聚合物树脂，制备复合材料，是已经发展和应用多年的技术。用传统无机填料制备聚合物复合材料，能够降低材料成本，改进材料性能，如碳酸钙颗粒填充的聚烯烃塑料。用纳米尺度的无机材料作为添加剂，研究和开发纳米复合材料，可以显著提高聚合物性能，其应用开发得到广泛关注。
聚氯乙烯(PVC)是大宗通用树脂，具有阻燃、绝缘、耐腐蚀、耐磨损、廉价、原材料易得等优点，在建筑材料和电工材料等领域应用广泛。然而，PVC树脂的熔体粘度大，制品抗冲击性能差，加工性能不好，不利于它的进一步应用，特别是限制了PVC作为结构材料和功能材料使用。在PVC树脂中添加改性树脂如丙烯酸共聚物、无机填充剂如微米碳酸钙以及适当的稳定剂等，可以显著改进PVC材料的加工和使用性能。
在相关文献报道中(2004年第38卷第10期上海交通大学学报：聚氯乙烯-蒙脱土复合材料的动态热降解动力学：崔宁，万超瑛，张勇，田国华)，在熔融共混法制备PVC-有机蒙脱土(OMMT)复合材料的过程中，发现OMMT的加入对于PVC的加工稳定性具有不利的影响.在熔融共混后期，随着OMMT用量的增大，PVC-OMMT复合材料的颜色逐渐加深，从浅黄色转变为红色，即出现典型的PVC变色降解行为。
皂石矿具有特殊的三八面体晶体结构，有极高的开发价值。皂石是天然纳米材料，由于结构上的特点和具有正电性，使其成为生产天然无机凝胶的原料。以皂石为主要原料制成的无机凝胶具有许多独特的性能：极强的水化膨胀性和触变性，胶体稠而不粘，极佳的悬浮性、分散性，在pH4-11范围内，体系十分稳定。天然凝胶有良好的抗盐性、抗酶性，与纤维素等聚合物复配有明显的协同增稠效应，还有较高的离子交换能力和吸附有机阳离子的能力，与极性溶剂有较好的配伍性，能有效地稳定W/O和O/W乳液。因此皂石具有广泛的用途。
皂石具有良好的膨胀性、吸附性、粘结性、触变性只有在极性较强的介质中才能表现出来，而在非极性和弱极性介质如甲苯、二甲苯、油类等溶剂中则无法显示出来，这样导致皂石在非极性或弱极性溶剂的环境中无法应用。因此通过皂石的有机化插层改性，拓展其良好的性能。
发明内容
本发明提供了一种聚氯乙烯-有机化皂石复合材料及其制备方法和制品，克服了现有技术之不足，既提高了性能又解决了变色降解问题。
本发明的技术方案之一是这样来实现的：一种聚氯乙烯-有机化皂石复合材料，其按原料含有聚氯乙烯树脂100重量份，有机化皂石0.5重量份至10重量份，改性树脂1.5重量份至15重量份，增塑剂0重量份至150重量份，稳定剂3重量份至5重量份，润滑剂0.2重量份至2重量份，紫外线吸收剂0重量份至1重量份。
本发明的技术方案之二是这样来实现的：一种上述的聚氯乙烯-有机化皂石复合材料的制备方法，首先将所需要量的聚氯乙烯树脂、有机化皂石、改性树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、紫外线吸收剂经高速加热搅拌混合机进行充分混合，其次进入低速冷却混合搅拌机混合均匀，最后进入双螺杆挤出机直接挤出得到聚氯乙烯-有机化皂石复合材料。
本发明的技术方案之三是这样来实现的：一种上述的聚氯乙烯-有机化皂石复合材料的制品，以聚氯乙烯-有机化皂石复合材料为原料制成的制品。
下面是对上述本发明技术方案的进一步优化或/和改进：
上述有机化皂石按原料含有皂石和有机阳离子盐，皂石与有机阳离子盐的配比为每100克皂石比0.1摩尔至0.2摩尔有机阳离子盐。
上述有机阳离子盐包括下述通式所表示的一种化合物或一种以上的化合物的混合物，其通式如下：
其中：A表示氮或磷，X表示氯或溴，R1表示C12至C22的脂肪直链，R2和R3表示H或C1至C8的脂肪链或含脂环基链，R4表示芳基、取代芳基、芳基取代烃基、同R1定义的基、或同R2定义的基。
上述有机阳离子盐为十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、双十二烷基二甲基氯化铵和双十八烷基二甲基氯化铵中的一种或一种以上的混合物；或者有机阳离子盐为四甲基氯化铵与十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵和十八烷基三甲基氯化铵三种中的任意混合物。
上述有机化皂石是通过下述步骤得到的：
A、将所需要量的原料皂石在去离子水中搅拌均匀后配制成2％至10％质量分数浓度的稳定皂石悬浮液；
B、将所需要量的有机阳离子盐在去离子水中搅拌均匀后配制成2％至10％质量分数浓度的稳定的溶液；
C、将步骤A制备的悬浮液在50℃至90℃下搅拌10分钟至30分钟后，将步骤B制备的有机阳离子盐溶液加入到上述皂石悬浮液中反应1小时至4小时；
D、反应后过滤，并将过滤物用去离子水进行洗涤，采用0.1摩尔/升硝酸银溶液检测直到洗涤液中没有卤素离子存在为止，将洗涤后的有机化皂石干燥后磨碎，得到粒径为60微米至74微米的有机化皂石。
上述搅拌速度为400转/分钟至1000转/分钟。
上述改性树脂采用氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸酯中的一种或一种以上的组合物。
上述增塑剂采用有机酸酯、磷酸酯、聚酯中的一种或一种以上的组合物。
上述稳定剂采用铅盐类、钡-镉类、有机锡类、螯合类中的一种或一种以上的组合物。
上述润滑剂采用金属皂类、石蜡类、脂肪酸及其酯类中的一种或一种以上的组合物。
上述紫外线吸收剂采用二苯甲酮类、水杨酸酯类、氮杂环类中的一种或一种以上的组合物。
本发明聚氯乙烯-有机化皂石复合材料及其制品，既提高了断裂伸长率、抗冲击强度和拉伸强度等力学性能，又解决了变色降解问题。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据上述本发明的技术方案和实际情况来确定具体的实施方式。
实施例1：将原料皂石100克在1000克的去离子水中搅拌，形成10％质量分数浓度稳定悬浮液；将有机阳离子盐十六烷基三甲基氯化铵0.141摩尔在去离子水中配制成2％质量分数浓度溶液。在90℃下搅拌皂石悬浮液10分钟，搅拌速度为1000转/分钟，然后将上述有机阳离子盐十六烷基三甲基氯化铵溶液加入到上述皂石悬浮液中，反应4小时，然后过滤。并将过滤物用去离子水洗涤数次，采用0.1摩尔/升硝酸银溶液检测直到洗涤液中没有卤素离子存在；将洗涤后的有机化皂石干燥后磨碎，得到粒径为60微米至74微米的有机化皂石。
聚氯乙烯树脂100重量份，有机化皂石3重量份，改性树脂5重量份，增塑剂30重量份，稳定剂3重量份，润滑剂0.2重量份，紫外线吸收剂1重量份。先经高速加热搅拌混合机、后入低速冷却混合搅拌机混合均匀，最后进入双螺杆挤出机直接挤出，制备上述复合材料及其制品。
实施例2：将原料皂石100克在2000克的去离子水中搅拌，形成5％质量分数浓度稳定悬浮液；将有机阳离子盐双十八烷基二甲基氯化铵0.1194摩尔在去离子水中配制成5％质量分数浓度溶液。在80℃下搅拌皂石悬浮液15分钟，搅拌速度为900转/分钟，然后将上述有机阳离子盐双十八烷基二甲基氯化铵溶液加入到上述皂石悬浮液中，反应2小时，然后过滤。并将过滤物用去离子水洗涤数次，采用0.1摩尔/升硝酸银溶液检测直到洗涤液中没有卤素离子存在；将洗涤后的有机化皂石干燥后磨碎，得到粒径为60微米至74微米的有机化皂石。
聚氯乙烯树脂100重量份，有机化皂石5重量份，改性树脂10重量份，增塑剂50重量份，稳定剂5重量份，润滑剂1重量份，紫外线吸收剂0.5重量份。先经高速加热搅拌混合机、后入低速冷却混合搅拌机混合均匀，最后进入双螺杆挤出机直接挤出，制备上述复合材料及其制品。
实施例3：将原料皂石100克在3000克的去离子水中搅拌，形成3.3％质量分数浓度稳定悬浮液；将有机阳离子盐十八烷基三甲基氯化铵0.1407摩尔在去离子水中配制成2％质量分数浓度溶液。在55℃下搅拌皂石悬浮液30分钟，搅拌速度为750转/分钟，然后将上述有机阳离子盐十八烷基三甲基氯化铵溶液加入到上述皂石悬浮液中，反应2.5小时，然后过滤。并将过滤物用去离子水洗涤数次，采用0.1摩尔/升硝酸银溶液检测直到洗涤液中没有卤素离子存在；将洗涤后的有机化皂石干燥后磨碎，得到粒径为60微米至74微米的有机化皂石。
聚氯乙烯树脂100重量份，有机化皂石4重量份，改性树脂8重量份，增塑剂60重量份，稳定剂4重量份，润滑剂1.5重量份，紫外线吸收剂0.8重量份。先经高速加热搅拌混合机、后入低速冷却混合搅拌机混合均匀，最后进入双螺杆挤出机直接挤出，制备上述复合材料及其制品。
实施例4：将原料皂石100克在2500克的去离子水中搅拌，形成4％质量分数浓度稳定悬浮液；将有机阳离子盐十六烷基三甲基氯化铵0.2摩尔、四甲基氯化铵0.0994摩尔均匀混合后在去离子水中配制成3％质量分数浓度溶液。在50℃下搅拌皂石悬浮液25分钟，搅拌速度为500转/分钟，然后将上述十六烷基三甲基氯化铵和四甲基氯化铵混合有机阳离子盐溶液加入到上述皂石悬浮液中，反应2小时，然后过滤。并将过滤物用去离子水洗涤数次，采用0.1摩尔/升硝酸银溶液检测直到洗涤液中没有卤素离子存在；将洗涤后的有机化皂石干燥后磨碎，得到粒径为60微米至74微米的有机化皂石。
聚氯乙烯树脂100重量份，有机化皂石8重量份，改性树脂15重量份，增塑剂100重量份，稳定剂5重量份，润滑剂1.6重量份，紫外线吸收剂0.6重量份。先经高速加热搅拌混合机、后入低速冷却混合搅拌机混合均匀，最后进入双螺杆挤出机直接挤出，制备上述复合材料及其制品。
实施例5：将原料皂石100克在4000克的去离子水中搅拌，形成2.5％质量分数浓度稳定悬浮液；将有机阳离子盐十二烷基三甲基氯化铵0.1398摩尔在去离子水中配制成7％质量分数浓度溶液。在80℃下搅拌皂石悬浮液20分钟，搅拌速度为850转/分钟，然后将上述有机阳离子盐十二烷基三甲基氯化铵溶液加入到上述皂石悬浮液中，反应1.5小时，然后过滤。并将过滤物用去离子水洗涤数次，采用0.1摩尔/升硝酸银溶液检测直到洗涤液中没有卤素离子存在；将洗涤后的有机化皂石干燥后磨碎，得到粒径为60微米至74微米的有机化皂石。
聚氯乙烯树脂100重量份，有机化皂石6重量份，改性树脂12重量份，增塑剂120重量份，稳定剂4重量份，润滑剂1.8重量份。先经高速加热搅拌混合机、后入低速冷却混合搅拌机混合均匀，最后进入双螺杆挤出机直接挤出，制备上述复合材料及其制品。
实施例6：将原料皂石100克在5000克的去离子水中搅拌，形成2％质量分数浓度稳定悬浮液；将有机阳离子盐十二烷基三甲基氯化铵0.2摩尔在去离子水中配制成4％质量分数浓度溶液。在75℃下搅拌皂石悬浮液18分钟，搅拌速度为800转/分钟，然后将上述有机阳离子盐十二烷基三甲基氯化铵溶液加入到上述皂石悬浮液中，反应1小时，然后过滤。并将过滤物用去离子水洗涤数次，采用0.1摩尔/升硝酸银溶液检测直到洗涤液中没有卤素离子存在；将洗涤后的有机化皂石干燥后磨碎，得到粒径为60微米至74微米的有机化皂石。
聚氯乙烯树脂100重量份，有机化皂石0.5重量份，改性树脂1.5重量份，增塑剂10重量份，稳定剂2.5重量份，润滑剂0.4重量份。先经高速加热搅拌混合机、后入低速冷却混合搅拌机混合均匀，最后进入双螺杆挤出机直接挤出，制备上述复合材料及其制品。
实施例7：将原料皂石100克在5000克的去离子水中搅拌，形成2％质量分数浓度稳定悬浮液；将有机阳离子盐双十八烷基二甲基氯化铵0.15摩尔在去离子水中配制成4％质量分数浓度溶液。在60℃下搅拌皂石悬浮液30分钟，搅拌速度为600转/分钟，然后将上述有机阳离子盐双十八烷基二甲基氯化铵溶液加入到上述皂石悬浮液中，反应1.5小时，然后过滤。并将过滤物用去离子水洗涤数次，采用0.1摩尔/升硝酸银溶液检测直到洗涤液中没有卤素离子存在；将洗涤后的有机化皂石干燥后磨碎，得到粒径为60微米至74微米的有机化皂石。
聚氯乙烯树脂100重量份，有机化皂石1.5重量份，改性树脂2.5重量份，增塑剂0重量份，稳定剂3重量份，润滑剂0.2重量份，先经高速加热搅拌混合机、后入低速冷却混合搅拌机混合均匀，最后进入双螺杆挤出机直接挤出，制备上述复合材料及其制品。
实施例8：将原料皂石100克在3500克的去离子水中搅拌，形成2.85％质量分数浓度稳定悬浮液；将有机阳离子盐十八烷基三甲基氯化铵0.2摩尔在去离子水中配制成6％质量分数浓度溶液。在70℃下搅拌皂石悬浮液15分钟，搅拌速度为400转/分钟，然后将上述有机阳离子盐十八烷基三甲基氯化铵溶液加入到上述皂石悬浮液中，反应2小时，然后过滤。并将过滤物用去离子水洗涤数次，采用0.1摩尔/升硝酸银溶液检测直到洗涤液中没有卤素离子存在；将洗涤后的有机化皂石干燥后磨碎，得到粒径为60微米至74微米的有机化皂石。
聚氯乙烯树脂100重量份，有机化皂石10重量份，改性树脂15重量份，增塑剂150重量份，稳定剂5重量份，润滑剂2重量份，紫外线吸收剂0.1重量份。先经高速加热搅拌混合机、后入低速冷却混合搅拌机混合均匀，最后进入双螺杆挤出机直接挤出，制备上述复合材料及其制品。
在上述实施例中，改性树脂采用氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸酯中的一种或一种以上的组合物，增塑剂采用有机酸酯、磷酸酯、聚酯中的一种或一种以上的组合物，稳定剂采用铅盐类、钡-镉类、有机锡类、螯合类中的一种或一种以上的组合物，润滑剂采用金属皂类、石蜡类、脂肪酸及其酯类中的一种或一种以上的组合物，紫外线吸收剂采用二苯甲酮类、水杨酸酯类、氮杂环类中的一种或一种以上的组合物。
根据国家标准GB-材料检测的国标名称及编号：中华人民共和国国家标准，《门、窗用未增塑聚氯乙稀(PVC-U)型材》GB/T 8814？004方法，对聚氯乙烯PVC和上述实施例所得聚氯乙烯PVC-有机化皂石复合材料的力学性能进行测试对比如下：聚氯乙烯PVC基体的断裂伸长率约5.4％，抗冲击强度约4.07千克/平方米(Kg/m2)，拉伸强度约32.53兆帕(MPa)；而聚氯乙烯PVC-有机化皂石复合材料的力学性能断裂伸长率约12.3％，抗冲击强度约5.08千克/平方米(Kg/m2)，拉伸强度约34.7兆帕(MPa)。从上述的对比结果可知：本发明所得聚氯乙烯PVC-有机化皂石复合材料的力学性能有明显的提高。
现有技术的聚氯乙烯-蒙脱土复合材料的制备方法过程中存在无法克服的典型的聚氯乙烯PVC变色降解现象。
对上述实施所得聚氯乙烯PVC-有机化皂石复合材料的制备方法过程进行反复观察，其没有出现典型的聚氯乙烯PVC变色降解现象，说明有机化皂石加入聚氯乙烯PVC中后，并没有引起聚氯乙烯PVC的热分解，也没有改变聚氯乙烯PVC的热稳定性。
Claims (10)
1.一种聚氯乙烯-有机化皂石复合材料，其特征在于按原料含有聚氯乙烯树脂100重量份，有机化皂石0.5重量份至10重量份，改性树脂1.5重量份至15重量份，增塑剂0重量份至150重量份，稳定剂3重量份至5重量份，润滑剂0.2重量份至2重量份，紫外线吸收剂0重量份至1重量份；上述有机化皂石按原料含有皂石和有机阳离子盐，皂石与有机阳离子盐的配比为每100克皂石比0.1摩尔至0.2摩尔有机阳离子盐；该聚氯乙烯-有机化皂石复合材料按下述制备方法得到：首先将所需要量的聚氯乙烯树脂、有机化皂石、改性树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、紫外线吸收剂经高速加热搅拌混合机进行充分混合，其次进入低速冷却混合搅拌机混合均匀，最后进入双螺杆挤出机直接挤出得到聚氯乙烯-有机化皂石复合材料。
2.根据权利要求1所述的聚氯乙烯-有机化皂石复合材料，其特征在于有机阳离子盐包括下述通式所表示的一种化合物或一种以上的化合物的混合物，其通式如下：
其中：A表示氮或磷，X表示氯或溴，R1表示C12至C22的脂肪直链，R2和R3表示H或C1至C8的脂肪链或含脂环基链，R4表示芳基、取代芳基、芳基取代烃基、同R1定义的基、或同R2定义的基。
3.根据权利要求2所述的聚氯乙烯-有机化皂石复合材料，其特征在于有机阳离子盐为十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、双十二烷基二甲基氯化铵和双十八烷基二甲基氯化铵中的一种或一种以上的混合物；或者有机阳离子盐为四甲基氯化铵与十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵和十八烷基三甲基氯化铵三种中的任意混合物。
4.根据权利要求1或2或3所述的聚氯乙烯-有机化皂石复合材料，其特征在于有机化皂石是通过下述步骤得到的：
A、将所需要量的原料皂石在去离子水中搅拌均匀后配制成2％至10％质量分数浓度的稳定皂石悬浮液；
B、将所需要量的有机阳离子盐在去离子水中搅拌均匀后配制成2％至10％质量分数浓度的稳定的溶液；
C、将步骤A制备的悬浮液在50℃至90℃下搅拌10分钟至30分钟后，将步骤B制备的有机阳离子盐溶液加入到上述皂石悬浮液中反应1小时至4小时；
D、反应后过滤，并将过滤物用去离子水进行洗涤，采用0.1摩尔/升硝酸银溶液检测直到洗涤液中没有卤素离子存在为止，将洗涤后的有机化皂石干燥后磨碎，得到粒径为60微米至74微米的有机化皂石。
5.根据权利要求4所述的聚氯乙烯-有机化皂石复合材料，其特征在于搅拌速度为400转/分钟至1000转/分钟。
6.根据权利要求1或2或3所述的聚氯乙烯-有机化皂石复合材料，其特征在于改性树脂采用氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸酯中的一种或一种以上的组合物；或/和，增塑剂采用有机酸酯、磷酸酯、聚酯中的一种或一种以上的组合物；或/和，稳定剂采用铅盐类、钡-镉类、有机锡类、螯合类中的一种或一种以上的组合物；或/和，润滑剂采用金属皂类、石蜡类、脂肪酸及其酯类中的一种或一种以上的组合物；或/和，紫外线吸收剂采用二苯甲酮类、水杨酸酯类、氮杂环类中的一种或一种以上的组合物。
7.根据权利要求4所述的聚氯乙烯-有机化皂石复合材料，其特征在于改性树脂采用氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸酯中的一种或一种以上的组合物；或/和，增塑剂采用有机酸酯、磷酸酯、聚酯中的一种或一种以上的组合物；或/和，稳定剂采用铅盐类、钡-镉类、有机锡类、螯合类中的一种或一种以上的组合物；或/和，润滑剂采用金属皂类、石蜡类、脂肪酸及其酯类中的一种或一种以上的组合物；或/和，紫外线吸收剂采用二苯甲酮类、水杨酸酯类、氮杂环类中的一种或一种以上的组合物。
8.根据权利要求5所述的聚氯乙烯-有机化皂石复合材料，其特征在于改性树脂采用氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸酯中的一种或一种以上的组合物；或/和，增塑剂采用有机酸酯、磷酸酯、聚酯中的一种或一种以上的组合物；或/和，稳定剂采用铅盐类、钡-镉类、有机锡类、螯合类中的一种或一种以上的组合物；或/和，润滑剂采用金属皂类、石蜡类、脂肪酸及其酯类中的一种或一种以上的组合物；或/和，紫外线吸收剂采用二苯甲酮类、水杨酸酯类、氮杂环类中的一种或一种以上的组合物。
9.一种根据权利要求8所述的聚氯乙烯-有机化皂石复合材料的制备方法，其特征在于首先将所需要量的聚氯乙烯树脂、有机化皂石、改性树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、紫外线吸收剂经高速加热搅拌混合机进行充分混合，其次进入低速冷却混合搅拌机混合均匀，最后进入双螺杆挤出机直接挤出得到聚氯乙烯-有机化皂石复合材料。
10.一种根据权利要求8所述的聚氯乙烯-有机化皂石复合材料的制品，其特征在于以聚氯乙烯-有机化皂石复合材料为原料制成的制品。
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