CN103012993A - 一种二氧化硅增强丁腈橡胶和聚氯乙烯复合管用材料 - Google Patents

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杨桂生
储卫国
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Abstract

本发明公开了一种二氧化硅增强丁腈橡胶和聚氯乙烯复合管用材料，它是由以下重量份数的组分制备而成：丁腈橡胶/聚氯乙烯组合物：100份、涂覆二氧化硅：5-40份、热稳定剂：1-4份、润滑剂：0.5-5份、抗氧剂：0.2-4份、增塑剂：1-5份。本发明选用的涂覆二氧化硅是由二氧化硅外表面原位聚合一层聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯而成，此结构的涂覆二氧化硅与丁腈橡胶/聚氯乙烯组合物分散更加均匀，二氧化硅添加量增加，增强效果更明显，更节约成本，使得本发明复合管用材料具有更好的综合物理性能，同时由于丁腈橡胶的加入使复合材料表现出极其优异的耐裂纹扩展性能。

Description

一种二氧化硅增强丁腈橡胶和聚氯乙烯复合管用材料
 
技术领域
本发明涉及高分子材料改性领域，具体一种二氧化硅增强丁腈橡胶和聚氯乙烯复合管用材料。
背景技术
聚氯乙烯（PVC）是主要的通用塑料之一，具有阻燃、绝缘、耐化学腐蚀等优点，在建筑、轻工、农用、日用等领域有着广泛的应用。但是聚氯乙烯具有抗冲击性差的缺点，在一定的程度上限制了聚氯乙烯的应用范围。传统的聚氯乙烯增韧方法是在添加氯化聚乙烯（CPE）、丙烯酸酯类共聚物（ACR）、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯（MBS）等橡胶弹性体，橡胶弹性体的加入使材料的韧性大幅度提高，但同时使材料的刚度、强度、热变形温度大幅度下降，并使成本增加。
总所周知，在高分子化合物中使用矿物填充能够降低成本并达到提高物理性能的目的。然而填料与聚合物之间的相容性差限制了某些填料的使用，尤其是使二氧化硅与高分子化合物达到很好的相容效果更加困难。
人们已经很多次尝试用二氧化硅来增强化合物已达到优异的性能，US.Pat.No.4150014公开了一个使用胺类添加剂提高二氧化硅填充具有羟基官能团的硫化橡胶的制备过程；U.S.Pat.No.4152308描述了二氧化硅填充使用有机酸添加剂或有机酸盐添加剂来制备的硫化橡胶；国内也有二氧化硅增强高分子化合物的实例，如中国专利CN 101298518 B阐述了二氧化硅增强尼龙66（PA66）材料，使用偶联剂增加二氧化硅与PA66的相容性。这些技术中二氧化硅都是直接添加进去，然后通过其他成分如胺类添加剂、偶联剂等来增加二氧化硅与高分子聚合物相容，此类技术中二氧化硅分散不均且添加量少，对机械性能改善效果不佳、成本降低幅度小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种二氧化硅增强丁腈橡胶和聚氯乙烯复合管用材料，采用涂覆二氧化硅粒子来增强丁腈橡胶/聚氯乙烯复合材料，具有良好的综合物理性能和极其优异的耐裂纹扩展性能。
本发明的技术方案为：
一种二氧化硅增强丁腈橡胶和聚氯乙烯复合管用材料，它是由以下重量份数的组分制备而成：丁腈橡胶/聚氯乙烯组合物：100份、涂覆二氧化硅：5-40份、热稳定剂：1-4份、润滑剂：0.5-5份、抗氧剂：0.2-4份、增塑剂：1-5份。
所述的丁腈橡胶/聚氯乙烯组合物中丁腈橡胶含量为重量份数5-55份、聚氯乙烯含量为重量份数45-95份。
所述的丁腈橡胶的门尼粘度ML100℃1+4介于40-80。
所述的涂覆二氧化硅是由二氧化硅颗粒表面原位聚合一层聚合丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯而成。
所述的二氧化硅颗粒沉淀水化形成的非晶态二氧化硅，粒径为200-600目，表面积为120-180m2/g。
所述的热稳定剂选用铅锌类稳定剂、有机锡类稳定剂、金属皂类稳定剂、复合型稳定剂和稀土类稳定剂中的一种。
所述的润滑剂选用硬脂酸钙、硬脂酸、硬脂酸铅、硬脂酸锌、硬脂酸钡、聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡中的一种。
所述的抗氧剂选用对异丙苯基二苯胺、辛基化二苯胺、聚2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉、巯基苯并咪唑及其锌盐、三（壬基酚）亚磷酸酯、对苯二胺衍生物、硫代二亚乙基双（3，5-二叔丁基-4-羟基）氢化肉桂酸和1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷中一种。
所述的增塑剂选用邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类、环氧树脂类、烷基磺酸酯类、多元醇酯类增塑剂中一种。
将上述成分使用高混机混料10～30min、经挤出机在150～200℃温度下挤出即可制取管材。
本发明的优点：
本发明选用的涂覆二氧化硅是由二氧化硅外表面原位聚合一层聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯而成，此结构的涂覆二氧化硅与丁腈橡胶/聚氯乙烯组合物分散更加均匀，二氧化硅添加量增加，增强效果更明显，更节约成本，使得本发明复合管用材料具有更好的综合物理性能，同时由于丁腈橡胶的加入使复合材料表现出极其优异的耐裂纹扩展性能。
具体实施方式
结合具体实施例进一步阐述本发明：
以下实施例中丁腈橡胶为NBR2742，聚氯乙烯树脂为中国齐鲁石化的PVC S-1000。
将实施例和对比例复合材料通过挤出造粒后在注塑机上注塑成ASTM标准样条，拉伸强度和断裂伸长率根据ASTM D638测试、弯曲模量根据ASTM D790测试，邵氏硬度根据ASTM D2240测试，悬臂梁冲击强度根据ASTM D256测试，耐裂纹扩展性能根据ASTM D813测试。 
将实施例中各组分使用高混机混料10～30min、经挤出机在150～200℃温度下挤出即可制取管材。 
实施例1：
Figure 435624DEST_PATH_IMAGE001
实施例2：
Figure 387399DEST_PATH_IMAGE002
实施例3：
Figure 859969DEST_PATH_IMAGE003
实施例4：
实施例5：
Figure 554442DEST_PATH_IMAGE005
 实施例6：
Figure 309908DEST_PATH_IMAGE006
 实施例7：
Figure 777929DEST_PATH_IMAGE007
 对比例1：
Figure 62280DEST_PATH_IMAGE008
 对比例2：
Figure 5966DEST_PATH_IMAGE009
     性能检测：
实施例1-7和对比例1、2的复合材料测试结果见表4。
表4
从对比例1可以看出单纯的橡胶增韧，柔韧性增加了然冲击强度却大大降低；对比例2可以看出直接添加二氧化硅和偶联剂能保持一定的机械性能，其增强效果没有预先用聚丙烯酸酯包裹的二氧化硅的效果好，且耐裂纹扩展性远不及后者；从实施例1-7可以看出，此复合材料能保持聚氯乙烯树脂的各项机械性能，同时也能达到优异的耐裂纹扩展性。

Claims (9)

1.一种二氧化硅增强丁腈橡胶和聚氯乙烯复合管用材料，其特征在于：它是由以下重量份数的组分制备而成：丁腈橡胶/聚氯乙烯组合物：100份、涂覆二氧化硅：5-40份、热稳定剂：1-4份、润滑剂：0.5-5份、抗氧剂：0.2-4份、增塑剂：1-5份。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化硅增强丁腈橡胶和聚氯乙烯复合管用材料，其特征在于：所述的丁腈橡胶/聚氯乙烯组合物中丁腈橡胶含量为重量份数5-55份、聚氯乙烯含量为重量份数45-95份。
3.根据权利要求1所述的一种二氧化硅增强丁腈橡胶和聚氯乙烯复合管用材料，其特征在于：所述的丁腈橡胶的门尼粘度ML100℃1+4介于40-80。
4.根据权利要求1所述的一种二氧化硅增强丁腈橡胶和聚氯乙烯复合管用材料，其特征在于：所述的涂覆二氧化硅是由二氧化硅颗粒表面原位聚合一层聚合丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯而成。
5.根据权利要求4所述的一种二氧化硅增强丁腈橡胶和聚氯乙烯复合管用材料，其特征在于：所述的二氧化硅颗粒沉淀水化形成的非晶态二氧化硅，粒径为200-600目，表面积为120-180m2/g。
6.根据权利要求1所述的一种二氧化硅增强丁腈橡胶和聚氯乙烯复合管用材料，其特征在于：所述的热稳定剂选用铅锌类稳定剂、有机锡类稳定剂、金属皂类稳定剂、复合型稳定剂和稀土类稳定剂中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种二氧化硅增强丁腈橡胶和聚氯乙烯复合管用材料，其特征在于：所述的润滑剂选用硬脂酸钙、硬脂酸、硬脂酸铅、硬脂酸锌、硬脂酸钡、聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种二氧化硅增强丁腈橡胶和聚氯乙烯复合管用材料，其特征在于：所述的抗氧剂选用对异丙苯基二苯胺、辛基化二苯胺、聚2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉、巯基苯并咪唑及其锌盐、三（壬基酚）亚磷酸酯、对苯二胺衍生物、硫代二亚乙基双（3，5-二叔丁基-4-羟基）氢化肉桂酸和1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷中一种。
9.根据权利要求1所述的一种二氧化硅增强丁腈橡胶和聚氯乙烯复合管用材料，其特征在于：所述的增塑剂选用邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类、环氧树脂类、烷基磺酸酯类、多元醇酯类增塑剂中一种。
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