CN101948596A - 聚氯乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子复合材料技术领域，特别涉及聚氯乙烯复合材料及其制备方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种耐寒、耐热、高抗冲的聚氯乙烯复合材料，所述聚氯乙烯复合材料按重量份计包含聚氯乙烯80～145份和热塑性聚氨酯弹性体橡胶20～35份。本发明聚氯乙烯复合材料采用热塑性聚氨酯弹性体橡胶对聚氯乙烯进行改性，扩大了聚氯乙烯材料适用的温度范围，使得产品的强度、刚度、韧性兼顾，并具有良好的耐寒、耐热性能，适用于做管材或型材。

Description

聚氯乙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，特别涉及聚氯乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚氯乙烯是一种价格低、耐腐蚀、耗能低的通用塑料，应用十分广泛。但其硬制品抗冲击性能差，易脆裂，同时增塑剂易迁移，使材料性能下降；再者就是聚氯乙烯存在热稳定性差及耐寒性低、弹性低、综合强度不高等缺点，大大限制了它的应用范围。

专利申请号[201010191968.9]中提到一种耐寒型聚氯乙烯塑料及其制备方法，该发明提出采用添加耐寒增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)及己二酸二辛酯(DOA)的方法提高聚氯乙烯材料的耐寒性；专利号[200810023863.5]中提到一种高耐寒聚氯乙烯电缆料及其制备方法，该发明采用添加癸二酸二辛酯(DOS)、乙二酸二辛酯(DOA)及耐寒剂K175C及丁腈橡胶的方法获得耐寒性；专利申请号[200910116283.5]中提到一种环保耐寒耐腐蚀硅烷交联软聚氯乙烯电缆料，该发明采用添加耐寒增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)的方法获得耐寒性；专利申请号[200910105286.9]中提到一种防水耐寒耐温阻燃聚氯乙烯绝缘材料，该发明采用添加耐热增塑剂偏苯三酸酯类和均苯四酸酯类增塑剂及耐寒增塑剂A、G、S酸脂类增塑剂、癸二酸脂类增塑剂、己二酸脂类增塑剂任意一种或多种组合的方法获得耐寒耐温性能。

热塑性聚氨酯(TPU)弹性体，是一种无毒环保的高分子聚合物，具有其它塑料材料所无法比拟的强度高、韧性好、耐磨、耐寒、耐温、耐油、耐水、耐老化、耐气候等特性并具有抗菌、防霉、抗紫外线以及能量释放等许多优异的功能.目前还未见有聚氯乙烯中添加热塑性聚氨酯弹性体的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种耐寒、耐热、高抗冲的聚氯乙烯复合材料，所述聚氯乙烯复合材料按重量份计包含聚氯乙烯80～145份和热塑性聚氨酯弹性体橡胶20～35份。

本发明的聚氯乙烯复合材料拉伸强度48～60Mpa，23℃缺口冲击强度13.5～17.4KJ/m²，热变形25～30％。

所述聚氯乙烯树脂粘数119～126ml/g，平均聚合度1250～1150，增塑剂吸收量23g/100g树脂；优选为悬浮法G4型树脂。

所述热塑性聚氨酯弹性体优选为聚酯型弹性体，密度1.1～1.2g/cm³，拉伸断裂强度超过30MPa，断裂伸长率超过500％，绍尔硬度超过85，玻璃化温度108.9～122.8℃，脆性温度低于-62℃。

进一步的，聚氯乙烯复合材料中还可加入塑料常用助剂，如稳定剂、润滑剂、填充剂、着色剂或抗冲加工助剂中的至少一种。

为了增加聚氯乙烯复合材料的抗冲性能，可以在聚氯乙烯复合材料中添加抗冲加工助剂，所述抗冲加工助剂为塑料常用抗冲加工助剂，所述抗冲加工助剂优选为MBS树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、抗冲型丙烯酸酯或AMS(α-甲基苯乙烯的低聚物)中的至少一种。使用抗冲型丙烯酸酯或MBS树脂中的至少一种时效果最优。抗冲加工助剂的用量优选为5～20重量份。

MBS树脂为甲基丙烯酸甲酯、丁二烯及苯乙烯接枝聚合的三元共聚物，具有典型的核-壳结构。该树脂外观为白色粉末，粒度40目筛通过率大于98％，表观密度在0.3～0.5之间。

乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA(醋酸乙烯含量9.5～11.4％)的平均分子量2000，密度为0.92g/cc，粘度(140℃，Brookfield方法)为600cps，熔滴点为94℃。

抗冲型丙烯酸酯是聚丙烯酸丁酯交联体为核，接枝聚甲基丙烯酸甲酯为壳的共聚型树脂(聚丙烯酸丁酯交联体与接枝聚甲基丙烯酸甲酯的质量分数比为1.06∶1.0)。表观密度在0.4～0.55g/cm³，特性粘度高于7ml/g，核壳玻璃化温度-50℃，氙弧天候老化时间超过3000h冲击强度无变化。

AMS(α-甲基苯乙烯的低聚物)为无色液体，分子量118.18，熔点-23.2℃，沸点165℃、54.5～55℃(1866.5Pa)，相对密度0.9062(25℃)，粘度(20℃)0.94mPa·s，折射率1.53864(20℃)，闪点57.8℃(开杯)，自燃点573.89℃。

为了增加聚氯乙烯复合材料的抗紫外线性能，可以在聚氯乙烯复合材料中添加着色剂，所述着色剂为塑料常用着色剂。所述的着色剂优选为钛白粉，还能起到抗紫外线的作用。特别优选金红石型钛白粉，TiO₂含量高于90％，水悬浮液pH值6.0～8.0，吸油值低于27g/100g，水萃取液电阻率高于3000Ω。着色剂的用量优选为1～3重量份。

另外，可以在聚氯乙烯复合材料中添加稳定剂、润滑剂或填充剂等塑料常用助剂，助剂用量优选为(按重量份计)稳定剂4～13份、润滑剂0.6～1.3份或填充剂8～20份。

所述稳定剂优选为钙锌稳定剂、硬脂酸钙、硬脂酸钡、稀土复合稳定剂、环氧大豆油或复合铅稳定剂中的至少一种。

所述润滑剂优选为硬脂酸或聚乙烯蜡中的至少一种。

所述填充剂优选为纳米活性碳酸钙或轻质活性碳酸钙中的至少一种。纳米活性碳酸钙粒径优选为为30～50nm；轻质活性碳酸钙粒径优选为过400目筛。

本发明的聚氯乙烯复合材料拉伸强度48～60Mpa，23℃缺口冲击强度13.5～17.4KJ/m²，热变形25～30％，冲击脆化性能试验-20℃～-40℃温度下样品无损坏，200℃热稳定时间80～110min。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述聚氯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A配料：按重量份计分别称量原料聚氯乙烯80～145份、热塑性聚氨酯弹性体橡胶20～35份；

B混料：将聚氯乙烯搅匀；

C高混：温度达到85～95℃时，加入聚酯型热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)，温度升为120～135℃，1～5分钟后冷却至室温；

D挤塑：将步骤C得到的混合物挤出、造粒。

进一步的，按重量份计步骤B还加入稳定剂、润滑剂、填充剂、着色剂或抗冲加工助剂中的至少一种。

所述稳定剂用量为4～13重量份，优选为钙锌稳定剂、硬脂酸钙、硬脂酸钡、稀土复合稳定剂、环氧大豆油或复合铅稳定剂中的至少一种。

所述润滑剂用量为0.6～1.3重量份，优选为硬脂酸或聚乙烯蜡中的至少一种。

所述填充剂用量为8～20重量份，优选为纳米活性碳酸钙或轻质活性碳酸钙中的至少一种。纳米活性碳酸钙粒径优选为为30～50nm；轻质活性碳酸钙粒径优选为过400目筛。

所述的着色剂用量为1～3重量份，优选为钛白粉，还能起到抗紫外线的作用。特别优选金红石型钛白粉，TiO₂含量高于90％，水悬浮液pH值6.0～8.0，吸油值低于27g/100g，水萃取液电阻率高于3000Ω。

所述抗冲加工助剂用量为5～20重量份，优选为MBS树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、抗冲型丙烯酸酯或AMS(α-甲基苯乙烯的低聚物)中的至少一种。使用抗冲型丙烯酸酯或MBS树脂时效果最优。

本发明聚氯乙烯复合材料采用热塑性聚氨酯弹性体橡胶对聚氯乙烯进行改性，扩大了聚氯乙烯材料适用的温度范围，使得产品的强度、刚度、韧性兼顾，并具有良好的耐寒、耐热性能，适用于做管材或型材。

具体实施方式

实施例一

原料组分配比如下：

聚氯乙烯100份，

聚酯型热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)25份，

抗冲改性剂MBS树脂12份，

纳米活性碳酸钙10份，

钙锌稳定剂4份，

环氧大豆油2份，

钛白粉2.5份，

硬脂酸0.8份，

聚乙烯蜡0.3份。

聚氯乙烯复合材料的制备方法包括以下步骤：

1.配料：将各种原材料按照上述用量称量好。

2.混料：在高速混合机中先加入聚氯乙烯、纳米活性碳酸钙、稳定剂、润滑剂。

3.高混：启动高速混合机，待温度达到85～95℃时，加入聚酯型热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)进行预塑化处理，预塑化温度控制在120℃～135℃，混合时间为2分钟，排入冷混机冷却至室温。

4.挤塑：通过上料机将搅拌好的原材料卸入双螺杆挤出机挤出。

5.造粒：通过双螺杆塑化挤出，直接造粒、烘干处理后即得。其主要物理性能见表1。

实施例二

原料组分配比如下：

聚氯乙烯100份，

聚酯型热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)25份，

抗冲型丙烯酸酯ACR401 10份，

轻质活性碳酸钙15份，

硬脂酸钙5份，

钙锌稳定剂2份，

环氧大豆油2份，

钛白粉1.5份

聚乙烯蜡0.3份

硬脂酸0.8份。

其制备过程同实施例一。其主要物理性能见表1。

实施例三

原料组分配比如下：

聚氯乙烯125份，

聚酯型热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)30份，

抗冲改性剂乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA15份，

纳米活性碳酸钙10份，

硬脂酸钡5份，

钙锌稳定剂2份，

环氧大豆油2份，

钛白粉1.5份，

聚乙烯蜡0.3份，

硬脂酸0.8份。

其制备过程同实施例一。其主要物理性能见表1。

表1

Claims (10)

1.聚氯乙烯复合材料，其特征在于：按重量份计包含聚氯乙烯80～145份和热塑性聚氨酯弹性体橡胶20～35份。

2.根据权利要求1所述的聚氯乙烯复合材料，其特征在于：拉伸强度48～60Mpa，23℃缺口冲击强度13.5～17.4KJ/m²，热变形25～30％。

3.根据权利要求1所述的聚氯乙烯复合材料，其特征在于：聚氯乙烯复合材料中还包括稳定剂、润滑剂、填充剂、着色剂或抗冲加工助剂中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的聚氯乙烯复合材料，其特征在于：所述抗冲加工助剂用量为5～20重量份，所述抗冲加工助剂为MBS树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、抗冲型丙烯酸酯或AMS中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的聚氯乙烯复合材料，其特征在于：所述着色剂用量为1～3重量份。

6.根据权利要求3～5任一项所述的聚氯乙烯复合材料，其特征在于：所述稳定剂用量为4～13重量份。

7.根据权利要求3～5任一项所述的聚氯乙烯复合材料，其特征在于：所述润滑剂用量为0.6～1.3重量份。

8.根据权利要求3～5任一项所述的聚氯乙烯复合材料，其特征在于：所述填充剂用量为8～20重量份。

9.聚氯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A配料：分别称量原料聚氯乙烯80～145份、热塑性聚氨酯弹性体橡胶20～35份；

B混料：将聚氯乙烯搅匀；

C高混：温度达到85～95℃时，加入聚酯型热塑性聚氨酯弹性体橡胶，温度升为120～135℃，1～5分钟后冷却至室温；

D挤塑：将步骤C得到的混合物挤出、造粒。

10.根据权利要求9所述的聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤B还加入稳定剂、润滑剂、填充剂、着色剂或抗冲加工助剂中的至少一种。