CN103012986B - 一种聚氯乙烯复合材料、制备方法及其应用 - Google Patents

一种聚氯乙烯复合材料、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于高分子材料改性和加工技术领域，公开了一种聚氯乙烯复合材料、制备方法及其应用。本发明的复合材料由包括以下重量份的组分制得：聚氯乙烯100份、抗冲击剂6～14份、复合稳定剂3.5～5.5份、加工助剂1.5～3.0份、发泡剂0.4～0.7份、阻燃消烟剂4～10份、复合填料11～17份、润滑剂1～1.5份和无机复合阻燃剂51～80份。本发明还公开了上述聚氯乙烯复合材料的制备方法。同时，还公开了本发明的聚氯乙烯复合材料用作门窗框异型材的用途。本发明的聚氯乙烯复合材料抗冻耐严寒、防火难燃、烟密度低，该材料具有节能保温、阻燃防火、耐候性好，在-20℃～-30℃仍可满足使用要求，并且该材料的制备方法无环境污染，适合于制备门窗框异型材。

Description

一种聚氯乙烯复合材料、制备方法及其应用
技术领域
本发明属于高分子材料改性和加工技术领域，涉及一种聚氯乙烯复合材料、制备方法及其应用。
背景技术
众所周知门窗或纱门纱窗的框架可以用金属、木材组合而成。近年来以塑代木，由塑料成型加工为型材作为框架也广泛使用。从80年代初开始，国家有计划地组织推广应用化学建材以来，聚氯乙烯塑料型材及塑料门窗的生产和应用得到了较大的发展，聚氯乙烯塑料门窗具有节能、保温性能、耐候性能、防火性能、隔音性能、防水、防潮和抗风压性能等，被誉为继木、钢、铝之后的第四代门窗。然而，国内各厂家生产的聚氯乙烯型材及门窗都是常规类的，质量密度大且节能保温性差，阻燃防火性不够好且烟密度大，而且在寒冷地区使用容易出现裂纹不耐冻。
公开号CN1392193A的发明专利中，公开采用聚氯乙烯为基料并加入抗冲击剂增强抗寒能力，可满足全球寒冷地区的正常使用。但该种材料烟密度大易发生隐患事故，力学强度不能满足高性能要求场合的使用。公开号CN101735480A的发明专利中公开一种强度高、热稳定性好、防火保温性好的聚氯乙烯异型材，但该材料在门窗框异型材中应用存在发烟密度大、寒冷地区使用易出现裂纹等缺陷。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明的目的是提供一种聚氯乙烯复合材料，该复合材料具有节能保温、阻燃防火、耐候性好等优点。
本发明的另一个目的是提供一种上述聚氯乙烯复合材料的制备方法。
本发明的第三个目的是提供一种上述聚氯乙烯复合材料用作门窗框异型材的用途。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种聚氯乙烯复合材料，该复合材料由包括以下重量份的组分制得：
聚氯乙烯100份、抗冲击剂6～14份、复合稳定剂3.5～5.5份、加工助剂1.5～3.0份、发泡剂0.4～0.7份、阻燃消烟剂4～10份、复合填料11～17份、润滑剂1～1.5份和无机复合阻燃剂51～80份。
所述的聚氯乙烯的聚合度为1100～1600。
所述的抗冲击剂选自氯化聚乙烯、聚酰胺树脂、丁腈胶或三元乙丙橡胶中的一种或一种以上的物质。
所述的复合稳定剂选自硬脂酸钡、硬脂酸铅、硬脂酸镉、硬脂酸钙或二碱式亚磷酸铅中的两种或两种以上的组合物。
所述的加工助剂选自甲基丙烯酸甲酯共聚物(ACR)或α-甲基苯乙烯低聚物(AMS)中的一种或一种以上的物质。
所述的发泡剂选自偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、偶氮甲酰胺甲酸钾、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷、环戊烷或异戊烷中的一种或一种以上的物质。
所述的阻燃消烟剂选自二茂铁或小于100目的氧化铁粉中的一种或一种以上的物质。
所述的复合填料选自石英粉、二氧化钛、云母粉、碳酸钙或高岭土中的两种或两种以上的组合物。
所述的润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸锂、N，N’-亚乙基双硬脂酸胺或硬脂酸锌中的一种或一种以上的物质。
所述的无机复合阻燃剂为氢氧化铝与硼酸锌的混合物，氢氧化铝与硼酸锌的质量比为2.18～2.26∶1，其中：氢氧化铝是经过500目过筛的。
本发明还提供了一种上述聚氯乙烯复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将聚氯乙烯100份、抗冲击剂6～14份、复合稳定剂3.5～5.5份、加工助剂1.5～3.0份、阻燃消烟剂4～10份、无机复合阻燃剂51～80份加入捏合机中，升温至95～115℃，开机搅拌10～15min，然后加入润滑剂1～1.5份、复合填料11～17份、发泡剂0.4～0.7份，控制温度110～130℃，捏合6～10min；
(2)将步骤(1)所得捏合后的物料冷却至35～45℃，恒温放置35～42min；
(3)再将步骤(2)所得恒温处理后的物料送入挤出机，在140～180℃下挤出成型得到聚氯乙烯复合材料。
所述的挤出机的螺杆直径为52～62mm，长径比为20∶1～26∶1，螺杆转速24～35r/min；挤出分段温度：140～150℃、150～170℃、170～180℃；口模温度为185～198℃。
本发明的聚氯乙烯复合材料，其性能符合门窗框异型材性能要求，因此，本发明的技术方案包括本发明的聚氯乙烯复合材料用作门窗框异型材的用途。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明的复合材料抗冻耐严寒、耐冲击、易加工、寿命长而且成本低、阻燃防火性好能达到UL-94的V-0级标准，在-20℃～-30℃仍可满足使用要求。
2、本发明的复合材料可广泛用于塑料门窗框等众多建材领域，并且这种材料成本便宜、性能高，可推动塑料门窗行业的迅速发展。
3、本发明复合材料的制备方法无环境污染，产品性能达到理想水平，适合于大规模工业化生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例中采用GB(国标)测定材料的各项性能，如无特别说明，组分的份数均为重量份数。
实施例1
(1)将聚氯乙烯100份(聚氯乙烯的聚合度为1100～1600)、氯化聚乙烯8份、复合稳定剂(二碱式亚磷酸铅1.5份与硬脂酸铅2份)、ACR(甲基丙烯酸甲酯共聚物)2份、二茂铁6份、无机复合阻燃剂(氢氧化铝45份与硼酸锌20份，氢氧化铝与硼酸锌的质量比为2.25∶1，其中：氢氧化铝是经过500目过筛的)加入捏合机中，升温至105℃，开机搅拌10～12min，再加入硬脂酸1.2份、复合填料(碳酸钙10份与二氧化钛2份)和偶氮二甲酰胺0.5份，控制温度110～113℃，捏合8min；
(2)将步骤(1)所得捏合后的物料冷却至38～40℃，恒温放置35min；
(3)再将步骤(2)所得恒温处理后的物料送入挤出机，在140～180℃下挤出成型得到聚氯乙烯复合材料，螺杆转速28r/min，口模温度185～188℃；挤出机的螺杆直径为56mm，长径比为25∶1，挤出分段温度：140～150℃、150～170℃、170～180℃。将所得材料按标准实验要求加工成测试样条，测试性能列于表1中。
实施例2
(1)将聚氯乙烯100份(聚氯乙烯的聚合度为1100～1600)、三元乙丙橡胶6份、复合稳定剂(二碱式亚磷酸铅2份与硬脂酸铅2.5份)、α-甲基苯乙烯低聚物(AMS)2.2份、小于100目的氧化铁粉7.5份、无机复合阻燃剂(氢氧化铝35份与硼酸锌16份，氢氧化铝与硼酸锌的质量比为2.2∶1，其中：氢氧化铝是经过500目过筛的)加入捏合机中，升温至100℃，开机搅拌12～15min，再加入硬脂酸1.0份、复合填料(碳酸钙8份与二氧化钛3份)和偶氮二甲酰胺0.5份，控制温度122～125℃，捏合6min；
(2)将步骤(1)所得捏合后的物料冷却至43～45℃，恒温放置40min；
(3)再将步骤(2)所得恒温处理后的物料送入挤出机，在140～180℃下挤出成型得到聚氯乙烯复合材料，螺杆转速32r/min，口模温度190～193℃；挤出机的螺杆直径为52mm，长径比为22∶1，挤出分段温度：140～150℃、150～170℃、170～180℃。将所得材料按标准实验要求加工成测试样条，测试性能列于表1中。
实施例3
(1)将聚氯乙烯100份(聚氯乙烯的聚合度为1100～1600)、三元乙丙橡胶10.5份、复合稳定剂(二碱式亚磷酸铅2份与硬脂酸铅2份)、ACR(甲基丙烯酸甲酯共聚物)1.5份、小于100目的氧化铁粉4份、无机复合阻燃剂(氢氧化铝48份与硼酸锌22份，氢氧化铝与硼酸锌的质量比为2.18∶1，其中：氢氧化铝是经过500目过筛的)加入捏合机中，升温至95℃，开机搅拌10～12min，再加入硬脂酸锌11份、复合填料(碳酸钙11份与二氧化钛3份)和偶氮二甲酰胺0.4份，控制温度115～118℃，捏合7min；
(2)将步骤(1)所得捏合后的物料冷却至40～42℃，恒温放置42min；
(3)再将步骤(2)所得恒温处理后的物料送入挤出机，在140～180℃下挤出成型得到聚氯乙烯复合材料，螺杆转速35r/min，口模温度195～198℃；挤出机的螺杆直径为60mm，长径比为26∶1，挤出分段温度：140～150℃、150～170℃、170～180℃。将所得材料按标准实验要求加工成测试样条，测试性能列于表1中。
实施例4
(1)将聚氯乙烯100份(聚氯乙烯的聚合度为1100～1600)、氯化聚乙烯14份、复合稳定剂(二碱式亚磷酸铅2.5份与硬脂酸铅2份)、α-甲基苯乙烯低聚物(AMS)2.5份、二茂铁10份、无机复合阻燃剂(氢氧化铝52份与硼酸锌23份，氢氧化铝与硼酸锌的质量比为2.26∶1，其中：氢氧化铝是经过500目过筛的)加入捏合机中，升温至110℃，开机搅拌13～15min，再加入硬脂酸1.5份、复合填料(碳酸钙12份与二氧化钛4份)和偶氮二甲酰胺0.7份，控制温度122～125℃，捏合9min；
(2)将步骤(1)所得捏合后的物料冷却至35～37℃，恒温放置36min；
(3)再将步骤(2)所得恒温处理后的物料送入挤出机，在140～180℃下挤出成型得到聚氯乙烯复合材料，螺杆转速24r/min，口模温度188～191℃。挤出机的螺杆直径为62mm，长径比为20∶1，挤出分段温度：140～150℃、150～170℃、170～180℃。将所得材料按标准实验要求加工成测试样条，测试其性能列于表1中。
实施例5
(1)将聚氯乙烯100份(聚氯乙烯的聚合度为1100～1600)、氯化聚乙烯12.8份、复合稳定剂(二碱式亚磷酸铅3份与硬脂酸铅2.5份)、ACR(甲基丙烯酸甲酯共聚物)3.0份、二茂铁8.2份、无机复合阻燃剂(氢氧化铝55份与硼酸锌25份，氢氧化铝与硼酸锌的质量比为2.2∶1，其中：氢氧化铝是经过500目过筛的)加入捏合机中，升温至115℃，开机搅拌11～13min，再加入硬脂酸锌1.3份、复合填料(碳酸钙14份与二氧化钛3份)和偶氮二甲酰胺0.6份，控制温度128～130℃，捏合10min；
(2)将步骤(1)所得捏合后的物料冷却至43～45℃，恒温放置40min；
(3)再将步骤(2)所得恒温处理后的物料送入挤出机，在140～180℃下挤出成型得到聚氯乙烯复合材料，螺杆转速32r/min，口模温度194～196℃。挤出机其螺杆直径为55mm，长径比为24∶1，挤出分段温度：140～150℃、150～170℃、170～180℃。将所得材料按标准实验要求加工成测试样条，测试其性能列于表1中。
比较例1
不添加阻燃消烟剂(二茂铁)，其余同实施例5步骤。按原料配方比称取原料，将聚氯乙烯100份、氯化聚乙烯12.8份、复合稳定剂(二碱式亚磷酸铅3份与硬脂酸铅2.5份)、ACR(甲基丙烯酸甲酯共聚物)3.0份、无机复合阻燃剂(氢氧化铝55份与硼酸锌25份)加入捏合机中，升温至115℃，开机搅拌11～13min，再加入硬脂酸锌1.3份、复合填料(碳酸钙14份与二氧化钛3份)和偶氮二甲酰胺0.6份，控制温度128～130℃，捏合10min；将捏合后的物料冷却至43～45℃，恒温放置40min；随之将物料送入挤出机在140～180℃下挤出成型，螺杆转速32r/min，口模温度194～196℃。挤出机的螺杆直径为55mm，长径比为24∶1，挤出分段温度：140～150℃、150～170℃、170～180℃。将所得材料按标准实验要求加工成测试样条，测试性能列于表1中。
比较例2
不添加抗冲击剂(氯化聚乙烯)，其余同实施例4步骤。按原料配方比称取原料，将聚氯乙烯100份、复合稳定剂(二碱式亚磷酸铅2.5份与硬脂酸铅2份)、α-甲基苯乙烯低聚物(AMS)2.5份、二茂铁10份、无机复合阻燃剂(氢氧化铝52份与硼酸锌23份)加入捏合机中，升温至110℃，开机搅拌13～15min，再加入硬脂酸1.5份、复合填料(碳酸钙12份与二氧化钛4份)和偶氮二甲酰胺0.7份，控制温度122～125℃，捏合9min；将捏合后的物料冷却至35～37℃，恒温放置36min；随之将物料送入挤出机在140～180℃下挤出成型，螺杆转速24r/min，口模温度188～191℃。挤出机的螺杆直径为62mm，长径比为20∶1，挤出分段温度：140～150℃、150～170℃、170～180℃。将所得材料按标准实验要求加工成测试样条，测试性能列于表1中。
比较例3
不添加复合填料(碳酸钙与二氧化钛)，其余同实施例5步骤。按原料配方比称取原料，将聚氯乙烯100份、氯化聚乙烯12.8份、复合稳定剂(二碱式亚磷酸铅3份与硬脂酸铅2.5份)、ACR(甲基丙烯酸甲酯共聚物)3.0份、二茂铁8.2份、无机复合阻燃剂(氢氧化铝55份与硼酸锌25份)加入捏合机中，升温至115℃，开机搅拌11～13min，再加入硬脂酸锌1.3份和偶氮二甲酰胺0.6份，控制温度128～130℃，捏合10min；将捏合后的物料冷却至43～45℃，恒温放置40min；随之将物料送入挤出机在140～180℃下挤出成型，螺杆转速32r/min，口模温度194～196℃。挤出机的螺杆直径为55mm，长径比为24∶1，挤出分段温度：140～150℃、150～170℃、170～180℃。将所得材料按标准实验要求加工成测试样条，测试性能列于表1中。
表1
由表1中各项数据看出，实施例4、5所得窗框异型材材料的综合性能较好，可以提高塑料产品性能。比较例1中不添加阻燃消烟剂二茂铁使材料发烟密度大，阻燃发烟性达不到产品性能要求；比较例2不添加抗冲击剂氯化聚乙烯使材料缺口冲击强度下降很多，抗冻性能大幅度下降，不能满足低温条件下使用；比较例3不加复合填料(碳酸钙与二氧化钛)使材料的力学综合性能下降，产品力学强度远达不到使用要求。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种聚氯乙烯复合材料，其特征在于：该复合材料由包括以下重量份的组分制得：聚氯乙烯100份、抗冲击剂6～14份、复合稳定剂3.5～5.5份、加工助剂1.5～3.0份、发泡剂0.4～0.7份、阻燃消烟剂4～10份、复合填料11～17份、润滑剂1～1.5份和无机复合阻燃剂51～80份；
所述的聚氯乙烯的聚合度为1100～1600；
所述的抗冲击剂选自聚酰胺树脂、丁腈胶或三元乙丙橡胶中的一种或一种以上的物质；
所述的发泡剂选自偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、偶氮甲酰胺甲酸钾、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷、环戊烷或异戊烷中的一种或一种以上的物质；
所述的阻燃消烟剂选自二茂铁或小于100目的氧化铁粉中的一种或一种以上的物质；
所述的无机复合阻燃剂为氢氧化铝与硼酸锌的混合物，氢氧化铝与硼酸锌的质量比为2.18～2.26：1，其中：氢氧化铝是经过500目过筛的。
2.根据权利要求1所述的聚氯乙烯复合材料，其特征在于：所述的复合稳定剂选自硬脂酸钡、硬脂酸铅、硬脂酸镉、硬脂酸钙或二碱式亚磷酸铅中的两种或两种以上的组合物；所述的加工助剂选自甲基丙烯酸甲酯共聚物或α-甲基苯乙烯低聚物中的一种或一种以上的物质。
3.根据权利要求1所述的聚氯乙烯复合材料，其特征在于：所述的复合填料选自石英粉、二氧化钛、云母粉、碳酸钙或高岭土中的两种或两种以上的组合物。
4.根据权利要求1所述的聚氯乙烯复合材料，其特征在于：所述的润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸锂、N,N’-亚乙基双硬脂酸胺或硬脂酸锌中的一种或一种以上的物质。
5.权利要求1至4任一所述的聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)将聚氯乙烯100份、抗冲击剂6～14份、复合稳定剂3.5～5.5份、加工助剂1.5～3.0份、阻燃消烟剂4～10份、无机复合阻燃剂51～80份加入捏合机中，升温至95～115℃，开机搅拌10～15min，然后加入润滑剂1～1.5份、复合填料11～17份、发泡剂0.4～0.7份，控制温度110～130℃，捏合6～10min；
(2)将步骤(1)所得捏合后的物料冷却至35～45℃，恒温放置35～42min；
(3)再将步骤(2)所得恒温处理后的物料送入挤出机，在140～180℃下挤出成型得到聚氯乙烯复合材料。
6.根据权利要求5所述的聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述的挤出机的螺杆直径为52～62mm，长径比为20：1～26：1，螺杆转速24～35r/min；挤出分段温度：140～150℃、150～170℃、170～180℃；口模温度为185～198℃。
7.权利要求1至4任一所述的聚氯乙烯复合材料用作门窗框异型材的用途。
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