CN102140211A - 一种改性聚氯乙烯塑料的制备方法、制品及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改性聚氯乙烯塑料的制备方法，包括以下步骤：(1)称量原料；(2)配料混合：将聚氯乙烯树脂粉加入混炼机中，预热，加入可塑剂、稳定剂，混炼至85-90℃，再投入其它助剂，升温到100－135℃，在1300r/min高速混炼，得混料；(3)挤出成型：将混料放入双螺杆挤出机中，经初步熔融，塑化，得塑化完整的物料；(4)切粒、风冷、过筛、冷却，出产品；其工艺简单，条件易于控制，易于规模化生产。本发明还提供了一种改性聚氯乙烯塑料，其具备高耐磨耐刮、高阻燃、抗紫外线、手感柔和、防粘等特性，可应用于电线电缆外被料。

Description

一种改性聚氯乙烯塑料的制备方法、制品及其应用
技术领域
本发明涉及高分子材料改性技术领域，特别地涉及到一种PVC改性材料的制备方法、PVC改性材料及其应用于电线电缆。
背景技术
工程塑料具有优异的性能，也符合节能环保的潮流，今年来工程塑料被广泛应用于电子电气、汽车、建筑、办公设备、机械、航空等行业，以塑代钢已成为国际流行趋势。工程塑料已成为当今世界塑料工业中增长速度最快的领域，其发展不仅对国家支柱产业和现代高新技术产业起着支撑作用，同时也推动传统产业改造和产品结构的调整。中国工程塑料工业历经10年发展，成果丰硕，已逐步形成了具有树脂合成、塑料改性与合金、加工应用等相关配套能力的完整产业链。PVC是常见的工程塑料之一，PVC具有热塑性，不溶于水、汽油和乙醇，在醚、酮、氯化脂肪烃和芳烃中溶胀或溶解，耐腐性强、介电性能良好，不仅具有质量轻的特点，而且还具有强度高、耐油、耐化学药品、电器性能优良等特点，而且还具有强度高、耐油、耐化学药品、电器性能优良等特点，因此被可以应用于电线的外料。
PVC电缆料作为现今行业中用量最大的电缆料系统，其品种繁多，如：(1)柔软交联PVC电缆料；(2)PVC透明电缆料，缺点是透明持久性差，放置时间长有发糊、发雾现象和不同程度的氧化。(3)热塑弹性体。PVC的最大缺陷是热稳定性差，在100℃即开始分解并放出氯乙氢，当温度超过150℃后分解更加迅速。PVC的Tg为87℃左右，熔融温度约为210℃，加工成型一般要求在熔融状态下进行，聚氯乙烯因受热分解，给加工造成困难。聚氯乙烯分解后放出氯化氢，使主链产生双键。双键属于不稳定结构，可进一步分解或交联，使聚氯乙烯力学性能下降。同时还伴有颜色变化，严重影响产品质量。聚氯乙烯韧性差，受冲击后易脆裂，缺口冲击强度只有2.2kg/平方，影响使用性能。聚氯乙烯耐低温性差，硬质聚氯乙烯使用温度一般不得低于-15℃，软质聚氯乙烯也只有-30℃。超过使用极限温度，聚氯乙烯制品迅速变硬变脆，以致无法使用。人们通常通过改性技术来提高PVC的性能缺陷。目前，PVC的改性方法有：共混改性、共聚改性等。PVC的共混改性指在聚氯乙烯相内混炼导入异种高分子相-高聚物共混熔是一种简便而有效的改性方法。聚氯乙烯的改性可以分为化学改性和物理改性。化学改性是对PVC进行接枝，使PVC链段上增加柔性基团。化学改性的优点是增韧改性效果显著，不足之处是要经过复杂的化学反应，技术含量高，对工艺、设备有更多要求。物理改性是在基体树脂中引入其他种类的树脂或无机物质，各组分之间通过其自身相容性或加入增容剂后形成具有一定强度的界面，当其共混体系受到冲击弯曲时，界面处会产生相与相的分离而吸收大量的能量，从而提高基体材料的性能。
物理共混较常采用的方法一般为熔体混合法。熔体混合法是在高温剪切作用下将两种或两种以上的高分子树脂体系或高聚物树脂与无机物质均匀地混合在一起，这一过程不仅有简单的物理意义上组分之间的重新分布与分散，还伴有组分高分子链中化学链的断裂与重新组合，最终形成的共混体系往往由于两种树脂的协同效应和化学反应而具有十分优异的性能，从而制备高强度的复合材料。
聚合物共混物的性能与聚合物之间的相容性有极大的关系，在聚合物共混中，相容是个很重要的因素，决定了两种不同的聚合物是否能通过共混得到更好的聚合物合金。相容性和相容范围是其主要标准。相容性太差，两相的粘合力不足，在使用过程易出现分层开裂等现象，导致共混物的性能下降或不稳定；相容性过好时，分散相相畴尺寸很小，甚至难于形成均相体系，也不会产生好的增韧效果。
综上所述，本发明要克服的技术问题为：提供一种共混改性PVC的方法，克服PVC和增韧剂共混相容性差的技术难题，并提供一种改性的聚氯乙烯塑料，使其具备高耐磨耐刮、高阻燃、抗紫外线、宽的耐温区限、手感柔和等特性。
发明内容
本发明采用共混改性技术——聚酯类可塑剂、氢化丁腈橡胶、聚氯乙烯(PVC)及多组分助剂共混改性技术改性PVC。PVC与多种助剂共混相熔使得共混物兼备了聚酯类可塑剂、氢化丁腈橡胶耐温性能，而解决目前PVC材料韧性差、耐温性能差的性能缺陷，通过添加阻燃剂和抗氧化剂等助剂提高其阻燃性能和抗老化性能，尤其是应用电线外被料的技术难点。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种改性聚氯乙烯塑料制备方法，包括使用双螺杆挤出机，具体地，包括以下工艺步骤：
(1)称量原料：称取聚氯乙烯树脂粉、可塑剂、氢化丁腈橡胶、稳定剂、阻燃剂、润滑剂；
(2)配料混合：在将聚氯乙烯树脂粉加入混炼机中，启动混炼机，预热，然后加入可塑剂、稳定剂，混炼至85-90℃，投入氢化丁腈橡胶、稳定剂、阻燃剂、润滑剂，升温到100～135℃，设置混炼机转速为1300r/min，进行高速混炼，得混料；
(3)挤出成型：
挤出机螺杆分3个区段：加料段(送料段)、熔化段(压缩段)、计量段(均化段)，这三段相应的对物料组成了3个功能区：输送区、物料塑化区、熔体输送区；
将步骤(2)所述的混料放入双螺杆挤出机料斗中，由螺杆转动注入，再依次经双螺杆挤出机三个区段：输送区、物料塑化区、熔体输送区，初步熔融，塑化，得塑化完整的物料；
所述的输送区的料筒温度控制在100～140℃；
所述物料塑化区的温度控制在140～160℃；
所述熔体输送区的温度控制在140～150℃；
(4)切粒、风冷、过筛、冷却，出产品。
所述步骤(3)包括：螺杆的推进转速为1000～1200转/分钟。
一种采用上述改性聚氯乙烯塑料制备方法制得的改性聚氯乙烯塑料制品，包括以下原料组成重量份：
 PVC树脂粉   57-62
  可塑剂   25-28
  氢化丁腈橡胶   5-6
  稳定剂   4-5
  阻燃剂及润滑剂   2.8-3.5
优选以下原料组成重量份：
PVC树脂粉     60
可塑剂        27
氢化丁腈橡胶  5.7
稳定剂        4.3
阻燃剂及润滑
3
剂
所述的可塑剂为聚酯、邻苯二甲酸酯多种混合物。
所述的稳定剂为稀土稳定剂，所述的稀土稳定剂为石蜡-硬脂酸钙体系。
所述的阻燃剂为Sb2O3、Mg(OH)2。
所述的润滑剂包括聚乙烯蜡、聚四氟乙烯的一种或两种。
一种上述的改性聚氯乙烯塑料，其应用于电线电缆外被料。
发明的有益效果
(1)本发明的改性聚氯乙烯塑料热稳定性好，韧性好，共混物相容性好。采用聚酯可塑剂(Polyester plasticizer)与偏苯三酸三辛酯(Trioctyl trimellitate)作为可塑剂，使改性后的聚氯乙烯塑料兼并两者的优良性能：耐高温、耐迁移、耐油、耐溶剂、电器绝缘性佳等。
(2)本发明的改性聚氯乙烯塑料采用多组分阻燃剂，多组分的阻燃剂协同作用，使得保证产品的阻燃性能，低烟，同时本发明产品无限制重金属，环保性能比普通同类产品佳。
(3)本发明制品作为电缆电缆的外被料手感好。
(4)本发明产品具有较宽的耐温区间。多组分增塑剂共用扩展耐温等级技术，本项目采用有较优低温可塑剂和高温可塑剂，保证增塑剂具有足够的链条自由度，使得具有较宽的耐温区间，为本发明产品应用于电线电缆外被料时可适用于极端环境，提高电线电缆的安全性能。
(5)本发明的产品韧性好，耐磨性能高。本发明的增韧剂采用氢化丁腈橡胶。氢化丁腈橡胶(HNBR)是丁腈橡胶的加氢产物，它既具有良好的耐油、耐臭氧、耐磨和耐化学品腐蚀性，又具有良好的压缩永久变形、耐热和耐低温性能。
(6)本发明产品的制备工艺简单，易于实现工业化生产。本发明设计了分段式，梯度温度等工艺的PVC与助剂混合的新工艺，克服工业化生产过程中将聚酯类可塑剂直接加在PVC胶料制程中的混料阶段，不易融化现象，提高共混物的相容性，使聚酯类可塑剂能够充分与PVC在微观相溶。各种助剂与PVC胶料在适当的阶梯温度控制、高剪切力、复杂翻转、揉捏多重作用下实现充分混合。聚酯可塑剂具有耐高温105℃，耐迁移、耐油、耐溶剂、等良好的性能，但其最大的缺点是粘度高，不易溶混，塑化、耐低温性差。偏苯三酸三辛酯(Trioctyl trimellitate)具有耐热性、电气绝缘性、耐油性佳，挥发性、耐寒性良好，兼有单体型增塑剂和聚合型增塑剂两者的优点，通过本发明设计工艺可实现将两者与PVC充分共混，并且是共混物兼并两者的优良性能。
下面结合实施例，对本发明进一步说明。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种改性聚氯乙烯塑料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)称量原料：称取聚氯乙烯树脂粉60g、可塑剂27g、氢化丁腈橡胶5.7g、稳定剂(石蜡-硬脂酸钙)4.3g、阻燃剂(聚乙烯蜡和聚四氟乙烯)1.3g、润滑剂(Sb2O3、Mg(OH)2)1.7g；
(2)配料混合：将聚氯乙烯树脂粉加入混炼机中，启动混炼机预热，然后加入可塑剂、稳定剂，继续升温，混炼，升温至85-90℃，投入氢化丁腈橡胶、稳定剂、阻燃剂、润滑剂，升温到100～135℃，设置混炼机转速为1300r/min，进行高速混炼，得混料；
(3)挤出成型：将步骤(2)所述的混料放入双螺杆挤出机料斗中，由螺杆转动注入，再依次经双螺杆挤出机三个区段：输送区、物料塑化区、熔体输送区，并分别设置各区段工艺温度为：输送区的料筒温度控制在100～140℃；物料塑化区的温度控制在140～160℃；熔体输送区的温度控制在140～150℃，物料经过初步熔融，塑化，得塑化完整的物料；。
(4)切粒、风冷、过筛、冷却，出产品。
实施例2、实施3提供了改性聚氯乙烯塑料，其制备工艺步骤与实施例1基本相同，其区别在于原料组分配比，见表1：
表1各实施例的原料配比
  组分   实施例1   实施例2   实施例3
  PVC树脂粉   60   57   62
  可塑剂   27   28   25
  氢化丁腈橡胶   5.7   5.7   5.7
  稳定剂   4.3   4.3   4.3
  阻燃剂及润滑剂   3   3   3
本发明上述实施例制得的改性聚氯乙烯塑料，具有高耐磨耐刮、高阻燃、抗紫外线、良好的热稳定性、手感柔和、防粘等特性，经过检测，其性能如下表2：
表2性能测试表
Figure BSA00000407755800081
本发明实施例制备的改性聚氯乙烯塑料应用于制备电线线缆的外被料。
本发明并不限于上述实施方式，凡是能实现本发明目的的所有等同的实施方式，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种改性聚氯乙烯塑料的制备方法，其特征在于，其包括使用双螺杆挤出机，包括以下工艺步骤：
(1)称量原料：称取聚氯乙烯树脂粉、可塑剂、氢化丁腈橡胶、稳定剂、阻燃剂、润滑剂；
(2)配料混合：将聚氯乙烯树脂粉加入混炼机中，启动混炼机进行预热，然后加入可塑剂、稳定剂，继续升温，混炼，升温至85-90℃，投入氢化丁腈橡胶、稳定剂、阻燃剂、润滑剂，升温到100～135℃，设置混炼机转速为1300r/min，进行高速混炼，得混料；
(3)挤出成型：将步骤(2)所述的混料放入双螺杆挤出机料斗中，由螺杆转动注入，再依次经双螺杆挤出机三个区段：输送区、物料塑化区、熔体输送区，初步熔融，塑化，输送，得塑化完整的物料；
(4)切粒、风冷、过筛、冷却，出产品。
2.根据权利要求1所述的改性聚氯乙烯塑料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)还包括：
所述的输送区的料筒温度控制在100～140℃；
所述物料塑化区的温度控制在140～160℃；
所述熔体输送区的温度控制在140～150℃。
3.根据权利要求1所述的改性聚氯乙烯塑料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)包括；将聚氯乙烯树脂粉加入混炼机中，启动混炼机预热40-60℃，加入可塑剂、稳定剂；所述步骤(3)包括螺杆的推进转速为1000～1200转/分钟。
4.一种根据权利要求1所述改性聚氯乙烯塑料的制备方法制得的改性聚氯乙烯塑料制品，其特征在于，包括以下原料组成重量份：
PVC树脂粉         57-62
可塑剂            25-28
氢化丁腈橡胶      5-6
稳定剂            4-5
阻燃剂及润滑剂    2.8-3.5。
5.根据权利要求4所述的改性聚氯乙烯塑料，其特征在于，所述的可塑剂为聚酯、邻苯二甲酸酯多种混合物。
6.根据权利要求4所述的改性聚氯乙烯塑料，其特征在于，优选以下原料组成重量份：
PVC树脂粉         60
可塑剂            27
氢化丁腈橡胶      5.7
稳定剂            4.3
阻燃剂及润滑剂    3。
7.根据权利要求4所述的改性聚氯乙烯塑料，其特征在于，所述的稳定剂为稀土稳定剂，所述的稀土稳定剂为石蜡-硬脂酸钙。
8.根据权利要求4所述的改性聚氯乙烯塑料，其特征在于，所述的润滑剂包括：聚乙烯蜡、聚四氟乙烯的一种或两种；所述的阻燃剂包括Sb2O3、Mg(OH)2。
9.一种根据权利要求4所述的改性聚氯乙烯塑料，其应用于电线电缆外被料。
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