CN103059467B - 一种高耐油环保pvc改性材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚氯乙烯复合材料技术领域，具体涉及一种高耐油环保PVC改性材料及其制备方法，该改性材料由以下重量份的原料组成：PVC树脂80~120份，填充剂30~70份，增塑剂40~80份，阻燃剂1~10份，稳定剂1~10份，抗冲改性剂5~15份和润滑剂0.2~2份；按重量份称取各原料混合，搅拌后通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得该改性材料；本发明制得的耐低温PVC改性材料的各项性能都超出了国家标准，耐油性能优良，环保，且强度高，阻燃效果好，压缩性能和韧性强，加工性能优良，综合性能优异。本发明的制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。

Description

一种高耐油环保PVC改性材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚氯乙烯复合材料技术领域，具体涉及一种高耐油环保PVC改性材料及其制备方法。
背景技术
聚氯乙烯（PVC）是最早工业化、用途广泛的通用热塑性塑料之一，它具有质量轻、强度高、绝缘、阻燃、耐腐蚀、综合性能优良、价格低廉和原材料来源广泛等优点；但也存在如下缺点：1、韧性差，受冲击时极易脆裂，因此不能用作结构材料，另外，聚氯乙烯的脆性受温度影响很大，一般的PVC制品使用下限为-15℃，软质PVC的使用下限为-30℃；2、热稳定性差，其在100℃时就开始分解出HCl，高于150℃时分解更加迅速，而PVC的熔融温度约为210℃；3、PVC的粘度极高，流动性极差，在一定程度上限制了其使用。人们常采用添加填料、弹性体、增塑剂、热稳定剂、加工助剂、耐热改性剂和流动改性剂等方法来改善PVC的性能。
申请号为200710156381.2公开了一种耐低温柔韧PVC改性材料及其制备方法，其特征在于：按照重量百分比计，其由聚氯乙烯36～52%、氯乙烯接枝聚丙烯酸酯11～20%、聚氨酯7.5～17%及余量的助剂共混而成。
申请号为200810016526.3公开了一种PVC输送带材料的制作方法，其特征在于该材料由浆料和粘合剂充分混合而成。所述的浆料由如下原料组成：糊树脂：900～1000重量份，二盐：10～20重量份，三盐：15～25重量份，三氧化二锑：90～130重量份，硼酸锌：50～70重量份，TCEP：180～200重量份，DOP：280～330重量份，石蜡：150～200重量份，碳黑：3～5重量份，所述的粘合剂由如下原料组成：间苯二酚：10～20重量份，乌洛托品：5～10重量份。
现有的大部分PVC材料的性能指标都只是在满足国家标准的基本要求，对于很多特殊环境如油性环境下，目前的PVC材料性能尚不能可靠地满足油性条件下长期使用的需求，PVC材料的耐油性能还需进一步优化改良；此外，现有的PVC护套电缆、PVC插头、PVC薄膜和PVC管都存在相当严重的污染，会对人体健康造成一定的危害，研发一种环保的PVC改性材料也显得尤为重要。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种高耐油环保PVC改性材料，本发明制得的改性材料耐油性能优良，环保，且强度高，阻燃效果好，压缩性能和韧性强，加工性能优良，综合性能优异。
本发明的另一目的在于提供一种高耐油环保PVC改性材料的制备方法，本发明的制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种高耐油环保PVC改性材料，它由以下重量份的原料组成：
PVC树脂         80~120份
填充剂           30~70份
增塑剂           40~80份
阻燃剂            1~10份
稳定剂            1~10份
抗冲改性剂          5~15份
润滑剂            0.2~2份。     
优选的，所述PVC树脂为SG-5型PVC树脂和/或SG-7型PVC树脂。
SG-5型PVC树脂为台塑S-65、联成US65、大沽DG-1000、东曹TG-1000或东曹TG-1300，白色粉末，平均聚合度为1100~1000，表观密度为0.4~0.6g/mL，可用于生产软质薄膜、人造革、片材、管材、型材、波纹管、电缆保护管、软管、鞋底及各种软质的产品。
SG-7型PVC树脂为台塑S-70或东曹TG-800，为白色粉末或白色微粒状，平均聚合度为590~1500，平均密度为1.40g/mL，可用于聚氯乙烯硬制品、软制品、涂料及粘合剂的生产加工。
优选的，所述填充剂为重质碳酸钙。
重质碳酸钙为2800目，白色粉末，常用的粉状无机填料，具有化学纯度高、惰性大、不易化学反应、热稳定性好、在400℃以下不会分解、白度高、吸油率低、折光率低、质软、干燥、不含结晶水、硬度低磨耗值小、无毒、无味、无臭、分散性好等优点。
优选的，所述增塑剂由偏苯三酸三辛酯25~45份耐油增塑剂15~35份组成。
偏苯三酸三辛酯（TOTM），分子式为C33H54O6，分子量为546.78，密度为0.988±0.003g/mL，具有耐热性、耐久性及迁移性好，相溶性及耐寒性均可，主要用于生产105℃级耐热电线电缆料以及其他要求耐热和耐久性的板材、片材和密封垫等制品。
非移增塑剂PN-1030是一种中分子量的聚酯增塑剂，也是一种耐油增塑剂，具有耐抽出、耐迁移、耐挥发性极佳，耐油、耐高温性能好的特点。非移增塑剂PN-1030与PVC有很好的相容性，加入PVC配方内，都能使PVC塑化时间有不同程度的提前，广泛应用于耐油电缆、煤气管、防水卷材、人造革、鞋料、耐高温线材包覆层、水箱密封条、各种设备的垫片、嵌条，室内高级装饰品，电气胶带，耐油耐汽油的特殊制品等。
偏苯三酸三辛酯和非移增塑剂PN-1030复配使用可以使材料具有耐热、耐寒、难挥发、抗抽出、柔软性和电绝缘性能好等优点。
优选的，所述阻燃剂由五氧化二锑0.5~4份和硼酸锌0.5~6份组成。
五氧化二锑是一种锑系阻燃剂，适用于环氧树脂、聚氨酯、氯丁橡胶、聚苯乙烯、聚氯乙稀、聚酯等，单独使用时用量要大，阻燃效果差（除非阻燃物含卤），当与卤素化物（R.HX）并用时则有良好的协同效应，阻燃效果明显提高。
硼酸锌是一种环保型的非卤素阻燃剂，本产品无毒、低水溶性、高热稳定性、粒度小、比重小、分散性好等特点，作为一种高效阻燃剂被广泛应用在塑料、橡胶、涂料等领域。硼系阻燃剂是最早使用的阻燃剂之一，亦是重要的无机阻燃剂，其特点为热稳定性好，毒性低，消烟，与其它阻燃剂复配效果良好，添加后明显减少材料燃烧烟浓度，与五氧化二锑、三氧化二锑复配效果明显，广泛应用于PVC电缆、PE、EVA、PET、PBT、尼龙、不饱和聚酯、环氧树脂、聚酰亚胺及各种防火涂料中。
五氧化二锑和硼酸锌均为无机环保阻燃剂，复配使用可以达到很好的阻燃效果，还能改善材料的加工性能和机械性能。
优选的，所述稳定剂由有机锡类稳定剂0.5~5份和水滑石类稳定剂0.5~5份组成。有机锡类稳定剂为二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二正辛基锡、二甲基二巯基乙酸异辛酯锡、二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡、马来酸二正辛基锡和马来酸单丁酯二丁基锡中的至少一种；水滑石类稳定剂为水滑石。
有机锡类稳定剂为热稳定剂中最有效的，在透明和无毒制品中应用最广泛的一类，其突出优点为：热稳定性好，透明性好，大多数无毒。
水滑石类稳定剂具有高热稳定性：特有的酸吸收机理，导致了它的热稳定性高于铅基的热稳定性；高透明性：与PVC有相同的折射率；高绝缘性：通过阴离子交换反应，被吸收的氯化物不会释放出来，绝缘性极佳；高安全性：有机锡类稳定剂可应用在聚合物材料的食品包装袋中；良好的耐候性（环境适应性强），不会产生硫化污染：可与各种热稳定剂配合使用。
有机锡类稳定剂和水滑石类稳定剂复配使用可以使材料在加工过程中有很好的分散性、相容性和加工流动性，使材料热稳定性优良，具有高效耐候性。
优选的，所述抗冲改性剂由丁腈橡胶3~8份和氯丁橡胶2~7份组成。
丁腈橡胶（NBR）是丁二烯与丙烯腈经乳液聚合得到的无规共聚物，具有优良的耐低温性能，其改性的软质PVC具有低温弹性好、加工工艺优良等优点，它还具有良好的耐水性、气密性及优良的粘结性能。广泛用于制各种耐油橡胶制品、多种耐油垫圈、垫片、套管、软包装、软胶管、印染胶辊、电缆胶材料等，在汽车、航空、石油、复印等行业中成为必不可少的弹性材料。丁腈橡胶的极性非常强，与其它聚合物的相容性一般不太好，但和顺丁橡胶、改性酚醛树脂、聚氯乙烯等极性强的聚合物，特别是和含氯的聚合物具有较好的相容性。所述丁腈橡胶为丙烯晴单元含量40%~50%的丁腈橡胶，丙烯腈含量越高，耐油性越好,但耐寒性则相应下降。
氯丁橡胶（CR）具有优良的耐低温性能，良好的物理机械性能，耐油，耐热，耐燃，耐日光，耐臭氧，耐酸碱，耐化学试剂。缺点是耐寒性和贮存稳定性较差。氯丁橡胶改性PVC材料具有较高的拉伸强度、伸长率和可逆的结晶性，粘接性好，耐油、耐老化和耐热性优异，耐油性仅次于丁腈橡胶。
丁腈橡胶和氯丁橡胶作为抗冲改性剂复配使用可以改善材料的耐油性能，还可以提高材料的相容性、冲击性和加工性。
优选的，所述润滑剂由饱和烃类润滑剂0.1~1.2份和脂肪醇类润滑剂0.1~0.8份组成。饱和烃类润滑剂为石蜡、氧化石蜡、液体石蜡、聚乙烯蜡、天然石蜡和微晶石蜡中的至少一种；脂肪醇类润滑剂为硬脂醇、软脂醇和十八烷基醇中的至少一种。
聚乙烯蜡（PE蜡），白色固体，密度为0.96~0.98，熔点为92℃，分子量为2000~5000，具有粘度低，软化点高，硬度好等性能，无毒，热稳定性好，高温挥发性低，对颜料的分散性，既有极优的外部润滑性，又有较强的内部润滑作用，可提高塑料加工的生产效率，在常温下抗湿性能好，耐化学药品能力强，电性能优良,可改善成品的外观。
饱和烃类润滑剂是外润滑剂，能降低PVC熔体与模具、机筒的摩擦；脂肪醇类润滑剂是内润滑剂，能降低PVC熔体的分子间摩擦；两种润滑剂复配使用可以使材料在加工过程中改善材料的流动性和制品的脱模性。
一种高耐油环保PVC改性材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）按组成原料的重量份称取PVC树脂、填充剂、增塑剂、阻燃剂、稳定剂、抗冲改性剂和润滑剂混合；
（2）将混合后的原料放入高速共混机中，在100~140℃温度下搅拌15~25min；
（3）将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得高耐油环保PVC改性材料。
优选的，所述双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度138~160℃、二区温度135~160℃、三区温度135~155℃、四区温度132~150℃和五区温度130~148℃。
本发明的有益效果在于：本发明制得的高耐油环保PVC改性材料采用非移增塑剂PN-1030作为耐油增塑剂可以提高材料的耐油性能，非移增塑剂PN-1030和偏苯三酸三辛酯复配使用还可以使材料具有耐热、耐寒、难挥发、抗抽出、柔软性和电绝缘性能好等优点；采用丁腈橡胶和氯丁橡胶作为抗冲改性剂复配使用可以改善材料的耐油性能，还可以提高材料的相容性、冲击性和加工性；采用重质碳酸钙作为填充剂复配使用可以提高材料的硬度和耐热性，还可以提高材料的表面光泽和表面平整性；采用有机锡类稳定剂和水滑石类稳定剂复配使用可以使材料在加工过程中有很好的分散性、相容性和加工流动性，使材料热稳定性优良，具有高效耐候性；采用五氧化二锑和硼酸锌作为阻燃剂均为无机环保阻燃剂，复配使用可以达到很好的阻燃效果，还能改善材料的加工性能和机械性能；采用饱和烃类润滑剂和脂肪醇类润滑剂复配使用可以使材料在加工过程中改善材料的流动性和制品的脱模性。
本发明制得的耐低温PVC改性材料的各项性能都超出了国家标准，耐油性能优良，环保，且强度高，阻燃效果好，压缩性能和韧性强，加工性能优良，综合性能优异；本发明采用多种高环保材料制得的高耐油环保PVC改性材料外观光滑，不含邻苯二甲酸盐，不含多环芳烃，不含游离酚，不含卤素阻燃剂，无硼化合物，环保优于欧盟ROHS、DEHP、ATBC等国际标准，可广泛应用于汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域。
本发明的制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
具体实施方式：
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
称取原料SG-5型PVC树脂80Kg，重质碳酸钙30Kg，偏苯三酸三辛酯25Kg，非移增塑剂PN-1030 15Kg，五氧化二锑0.5Kg、硼酸锌0.5Kg，二月桂酸二丁基锡0.5Kg、水滑石0.5Kg，丁腈橡胶3Kg、氯丁橡胶2Kg，石蜡0.1Kg、硬脂醇0.1Kg混合；将混合后的原料放入高速共混机中，在100℃温度下搅拌25min；将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得高耐油环保PVC改性材料；所述双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度138℃、二区温度135℃、三区温度135℃、四区温度132℃和五区温度130℃。本实施例制得的高耐油环保PVC改性材料的机械物理性能如表1所示。
实施例2
称取原料SG-7型PVC树脂90Kg，重质碳酸钙38Kg，偏苯三酸三辛酯30Kg，非移增塑剂PN-1030 20Kg，五氧化二锑1Kg、硼酸锌2Kg，二月桂酸二正辛基锡1Kg、水滑石1Kg，丁腈橡胶4Kg、氯丁橡胶3Kg，氧化石蜡0.3Kg、软脂醇0.2Kg混合；将混合后的原料放入高速共混机中，在140℃温度下搅拌15min；将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得高耐油环保PVC改性材料；所述双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度140℃、二区温度140℃、三区温度135℃、四区温度135℃和五区温度135℃。本实施例制得的高耐油环保PVC改性材料的机械物理性能如表1所示。
实施例3
称取原料SG-5型PVC树脂100Kg，重质碳酸钙46Kg，偏苯三酸三辛酯35Kg，非移增塑剂PN-1030 25Kg，五氧化二锑2Kg、硼酸锌3Kg，二甲基二巯基乙酸异辛酯锡2Kg、水滑石2Kg，丁腈橡胶5Kg、氯丁橡胶4Kg，液体石蜡0.5Kg、十八烷基醇0.4Kg混合；将混合后的原料放入高速共混机中，在120℃温度下搅拌20min；将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得高耐油环保PVC改性材料；所述双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度160℃、二区温度160℃、三区温度155℃、四区温度150℃和五区温度148℃。本实施例制得的高耐油环保PVC改性材料的机械物理性能如表1所示。
实施例4
称取原料SG-5型PVC树脂50Kg、SG-7型PVC树脂50Kg，重质碳酸钙54Kg，偏苯三酸三辛酯35Kg，非移增塑剂PN-1030 25Kg，五氧化二锑2.5Kg、硼酸锌4Kg，二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡3Kg、水滑石3Kg，丁腈橡胶6Kg、氯丁橡胶5Kg，聚乙烯蜡0.7Kg、硬脂醇0.6Kg混合；将混合后的原料放入高速共混机中，在120℃温度下搅拌20min；将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得高耐油环保PVC改性材料；所述双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度155℃、二区温度155℃、三区温度150℃、四区温度148℃和五区温度145℃。本实施例制得的高耐油环保PVC改性材料的机械物理性能如表1所示。
实施例5
称取原料SG-7型PVC树脂100Kg，重质碳酸钙62Kg，偏苯三酸三辛酯40Kg，非移增塑剂PN-1030 30Kg，五氧化二锑3Kg、硼酸锌5Kg，马来酸二正辛基锡4Kg、水滑石4Kg，丁腈橡胶7Kg、氯丁橡胶6Kg，天然石蜡0.9Kg、软脂醇0.8Kg混合；将混合后的原料放入高速共混机中，在100℃温度下搅拌25min；将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得高耐油环保PVC改性材料；所述双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度150℃、二区温度150℃、三区温度145℃、四区温度140℃和五区温度140℃。本实施例制得的高耐油环保PVC改性材料的机械物理性能如表1所示。
实施例6
称取原料SG-5型PVC树脂60Kg、SG-7型PVC树脂60Kg，重质碳酸钙70Kg，偏苯三酸三辛酯45Kg，非移增塑剂PN-1030 35Kg，五氧化二锑4Kg、硼酸锌6Kg，马来酸单丁酯二丁基锡5Kg、水滑石5Kg，丁腈橡胶8Kg、氯丁橡胶7Kg，微晶石蜡1.2Kg、十八烷基醇0.8Kg混合；将混合后的原料放入高速共混机中，在140℃温度下搅拌15min；将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得高耐油环保PVC改性材料；所述双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度145℃、二区温度145℃、三区温度140℃、四区温度135℃和五区温度135℃。本实施例制得的高耐油环保PVC改性材料的机械物理性能如表1所示。
表1 实施例1~6制得的高耐油环保PVC改性材料的机械物理性能
从表1可以看出，本发明制得的耐低温PVC改性材料由于采用了非移增塑剂PN-1030作为耐油增塑剂、丁腈橡胶和氯丁橡胶作为抗冲改性剂，使得该改性材料耐油性能优良；本发明制得的耐低温PVC改性材料的各项性能都超出了国家标准，强度高，阻燃效果好，压缩性能和韧性强，加工性能优良，综合性能优异；本发明采用多种高环保材料制得的高耐油环保PVC改性材料外观光滑，不含邻苯二甲酸盐，不含多环芳烃，不含游离酚，不含卤素阻燃剂，无硼化合物，环保优于欧盟ROHS、DEHP、ATBC等国际标准，可广泛应用于汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域。
本发明的制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高耐油环保PVC改性材料，其特征在于：它由以下重量份的原料组成：
PVC树脂         80~120份
填充剂           30~70份
增塑剂           40~80份
阻燃剂            1~10份
稳定剂            1~10份
抗冲改性剂          5~15份
润滑剂            0.2~2份；
其中，所述增塑剂由偏苯三酸三辛酯25~45份和非移增塑剂PN-1030 15~35份组成；
所述阻燃剂由五氧化二锑0.5~4份和硼酸锌0.5~6份组成；
所述稳定剂由有机锡类稳定剂0.5~5份和水滑石类稳定剂0.5~5份组成；
所述抗冲改性剂由丁腈橡胶3~8份和氯丁橡胶2~7份组成；
所述润滑剂由饱和烃类润滑剂0.1~1.2份和脂肪醇类润滑剂0.1~0.8份组成；
上述高耐油环保PVC改性材料的制备方法包括如下步骤：
（1）按组成原料的重量份称取PVC树脂、填充剂、增塑剂、阻燃剂、稳定剂、抗冲改性剂和润滑剂混合；
（2）将混合后的原料放入高速共混机中，在100~140℃温度下搅拌15~25min；
（3）将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得高耐油环保PVC改性材料；
其中，所述双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度138~160℃、二区温度135~160℃、三区温度135~155℃、四区温度132~150℃和五区温度130~148℃。
2.根据权利要求1所述的一种高耐油环保PVC改性材料，其特征在于：所述PVC树脂为SG-5型PVC树脂和/或SG-7型PVC树脂。
3.根据权利要求1所述的一种高耐油环保PVC改性材料，其特征在于：所述填充剂为重质碳酸钙。
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