CN102199233A - 一种原位悬浮聚合pvc树脂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原位悬浮聚合PVC树脂的方法,是以氯乙烯/纳米碳酸钙为原料,其聚合工序为:聚合釜投入部分软水,之后投入纳米碳酸钙乳化液,投入碳酸氢铵、EDTA、有机锡、消泡剂、液体锌、分散剂E-50、分散剂KH-20、引发剂EHP及软水,抽真空或置换釜内氧气;然后由计量槽加入准确计量的VCM,开启搅拌30min均化釜内物料,然后升温至55℃~70℃反应;当反应釜内压强降低0.15MPa时,投终止剂ATSC结束反应,出料。本方法使用单一乳化剂和简单机械搅拌使纳米碳酸钙均匀分散,解决了纳米碳酸钙在PVC树脂基体中的分散问题,而且通过聚合反应使生成PVC树脂对纳米碳酸钙形成包裹,纳米碳酸钙与PVC树脂或VCM产生物理吸附或化学反应,从而提高PVC树脂的物理性能,制备高抗冲PVC树脂。
Description
技术领域
本发明涉及具有不饱和脂肪族基化合物的均聚物,特别涉及聚氯乙烯。
背景技术
目前纳米填料改性聚氯乙烯(PVC)方面,主要方法是原位聚合和共混改性。纳米碳酸钙由于粒度小、表面能高,处于热力学非稳定状态。其表面有亲水性较强的羟基,呈现较强的碱性。导致纳米级颗粒在作为填料使用时,由于分子间力、静电作用、氢键等使其在有机基体中极易发生团聚,从而使复合材料结构存在很大缺陷;另外,由于纳米碳酸钙表面亲水疏油,致使与有机基体的相容性较差,导致填料和基体的结合很不均匀,使纳米材料的优势得不到应有的发挥,甚至复合材料强度出现不升反降的问题。
中国专利CN1392177A公开一种纳米改性化学建材专用PVC树脂的制备方法,其过程为:将无离子水、纳米碳酸钙、碳酸酯、十六醇、聚氧乙烯醚、羟丙基甲基纤维素进行超声波和微乳化处理,制成纳米碳酸钙乳化浆液;再将软水、EHP、羟丙基甲基纤维素、纳米碳酸钙浆料加入聚合釜,真空后加入氯乙烯单体,冷搅拌,升温聚合及干燥、包装等工艺。该工艺使用超声波和微乳化处理,过程较为复杂,在加料后,釜内不具备超声波条件,纳米碳酸钙团聚问题仍比较突出,影响纳米碳酸钙在PVC树脂中的分散。
中国专利CN1468901A公开了一种纳米碳酸钙改性PVC树脂原位聚合综合分散技术,其纳米碳酸钙乳液的配制方法为:软水100份,羟丙基甲基纤维素0.5~0.9份,纳米碳酸钙10~40份,乳化剂0.1~0.4份加到微乳化配置槽中,在60~90℃下,送入高剪切处理1.0~4.0小时,高剪切机的定子与转子间的逆向相对转速为2000~4000r/min,制成纳米碳酸钙浓度为10%~40%的纳米碳酸钙乳液。该方法乳液配制温度高,剪切机剪切速度高,配置时间长,耗能大,成本高。
中国专利CN1631920A公开了一种氯乙烯/纳米碳酸钙原位聚合树脂制备方法。该方法在采用悬浮聚合方法制备聚氯乙烯树脂过程中,将纳米碳酸钙填料预先均匀地分散在氯乙烯单体中,使纳米填料粒子的表面与氯乙烯单体发生化学反应和物理吸附,从而提高聚氯乙烯制品物理机械性能。此方法,由于搅拌发生在聚合釜内,聚合釜搅拌强度不一定能使纳米碳酸钙均匀分散,同时,带压操作不利于产品的连续生产。
发明内容
本发明目的在于提供一种原位悬浮聚合PVC树脂的方法,以减缓纳米碳酸钙在PVC基体中的团聚现象,解决纳米碳酸钙在树脂基体中的分散问题,通过单一乳化剂将纳米碳酸钙制成乳液,引入PVC聚合过程中,从而得到高抗冲PVC树脂。
发明人提供的方法是以氯乙烯/纳米碳酸钙为原料,工艺由乳化工序、聚合工序、汽提工序、干燥工序及包装工序组成,其中的聚合工序为:聚合釜投入部分软水,之后投入纳米碳酸钙乳化液,投入碳酸氢铵、EDTA、有机锡、消泡剂、液体锌、分散剂E-50(羟丙基甲基纤维素)、分散剂KH-20(聚乙烯醇)、引发剂EHP及软水,抽真空或使用氮气置换釜内氧气;然后由计量槽加入准确计量的氯乙烯单体(VCM),开启搅拌30min均化釜内物料,然后升温至55℃~70℃反应;当反应釜内压强降低0.15MPa时,投入终止剂ATSC(丙酮缩氨基硫脲),结束反应,出料;投入原料的质量比例为:
上述引发剂EHP分子量为330~350,分解温度42℃~55℃,活性氧含量≥1.85。
上述投入终止剂ATSC(丙酮缩氨基硫脲)溶液的质量为0.1~0.2g。ATSC溶液中溶剂为无水乙醇,浓度为1%~5%。
上述纳米碳酸钙乳化液的制备方法是将乳化剂、纳米碳酸钙、软水质量比按照(1~5)∶(20~25)∶(100~400),在0℃~60℃条件下,通过机械搅拌或机械搅拌配合超声波进行分散,制备的ξ电位绝对值在35~50mV之间的纳米碳酸钙微乳液。
上述乳化剂为非离子型表面活性剂,其HLB值为12~15,为环氧乙烷与碳原子8~10的酚类缩合物。
上述纳米碳酸钙为市售产品,平均粒径10~90nm,系用硬脂酸、钛酸酯、铝酸酯、硅烷、锆铝酸酯偶联剂中一种或几种改性的产物。
上述机械搅拌或机械搅拌的搅拌速度控制在800~1500r/min,搅拌时间为0.5~2小时。
聚合工序操作方式和配方如下:向预先清洗完毕的聚合釜投入部分软水,之后投入纳米碳酸钙乳化液,投入碳酸氢铵、EDTA、有机锡、消泡剂、液体锌、E-50、KH-20、EHP及剩余软水,采用充氮气或抽真空的方法脱除釜内氧气;然后由计量槽加入准确计量的VCM,开启搅拌30min均化釜内物料,然后升温至55℃~70℃开始反应;反应开始后压力自动缓慢降低,最后当反应釜内压强降低0.15MPa时,投终止剂结束反应,冷却后出料;聚合的PVC浆料送入沉析槽进行后处理,并回收未反应单体;PVC浆料经汽提工序、干燥工序及包装工序得到符合HG/T 3791-2005《氯乙烯-纳米碳酸钙原位聚合悬浮法聚氯乙烯树脂》标准要求的产品。
发明人指出:加软水是为了将加入的助剂冲干净,不留在加料罐中;聚合温度性地控制主要是针对树脂的分子量或型号。
本发明方法首先使用单一乳化剂制备性能优良纳米碳酸钙乳液,使纳米碳酸钙均匀分散,解决了纳米碳酸钙在PVC树脂基体中的分散问题,而且通过聚合反应使生成PVC树脂对纳米碳酸钙形成包裹,纳米碳酸钙与PVC树脂或VCM产生物理吸附或化学反应,从而提高PVC树脂的物理性能,可制备高抗冲PVC树脂。
具体实施方式
实施例
(1)以质量比为5∶25∶400的乳化剂、纳米碳酸钙、软水,在低于60℃条件下,用机械搅拌进行分散,搅拌速度在800~1500r/min,搅拌时间为0.5~2小时制备纳米碳酸钙微乳液;
(2)将纳米碳酸钙乳液(其中固体物质量为VCM质量的20%以下)、碳酸氢铵、EDTA、有机锡、消泡剂、液体锌、E-50、KH-20、EHP及软水按配方加入聚合釜,冷搅拌30min,通过通入氮气置换釜内氧气,加入VCM单体,然后升温至57℃反应。当反应釜内压强降低0.15MPa时,投入终止剂ATSC,结束反应,出料,将所得浆料进行汽提、干燥、筛分及包装得到聚氯乙烯复合材料产品。
Claims (7)
1.一种原位悬浮聚合PVC树脂的方法,是以氯乙烯/纳米碳酸钙为原料,工艺由乳化工序、聚合工序、汽提工序、干燥工序及包装工序组成,其特征在于该方法中的聚合工序为:聚合釜投入部分软水,之后投入纳米碳酸钙乳化液,投入碳酸氢铵、EDTA、有机锡、消泡剂、液体锌、分散剂E-50、分散剂KH-20、引发剂EHP及软水,抽真空或置换釜内氧气;然后由计量槽加入准确计量的VCM,开启搅拌30min均化釜内物料,然后升温至55℃~70℃反应;当反应釜内压强降低0.15MPa时,投入终止剂ATSC,结束反应,出料;所述投入原料的质量比例为:
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述分散剂E-50与KH-20为溶液,溶剂为水,浓度为1%~5%,E-50与KH-20的质量比为1∶(1.5~2)。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述引发剂EHP分子量为330~350,分解温度42℃~55℃,活性氧含量≥1.85。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述纳米碳酸钙乳化液的制备是将乳化剂、纳米碳酸钙、软水质量比按照(1~5)∶(20~25)∶(100~400),在0℃~60℃条件下,通过机械搅拌或机械搅拌配合超声波进行分散,制备的ξ电位绝对值在35~50mV之间的纳米碳酸钙微乳液。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于所述乳化剂为非离子型表面活性剂,其HLB值为12~15,为环氧乙烷与碳原子8~10的酚类缩合物。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于所述纳米碳酸钙的平均粒径10~90nm,系用硬脂酸、钛酸酯、铝酸酯、硅烷、锆铝酸酯偶联剂中一种或几种改性的产物。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于所述机械搅拌或机械搅拌,搅拌速度控制在800~1500r/min,搅拌时间为0.5~2小时。
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