CN104130525B - 一种低温增韧pvc排水管材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低温增韧PVC排水管材料及其制备方法和应用，所述PVC排水管材料通过如下制备方法制得：通过乳液聚合法以蒙脱土与甲基丙烯酸甲酯‑丁二烯‑苯乙烯共聚物为原料制备具有核壳结构的复合改性粒子；然后将所述复合改性粒子与PVC熔融共混，制备得到三元纳米复合材料；本发明通过选用特定的纳米粒子与弹性体有机结合，形成以蒙脱土为核、以MBS为壳的核壳结构复合改性粒子，然后将复合改性粒子与PVC树脂熔融共混，使复合改性粒子在PVC基体中良好分散，进而对PVC进行增韧增强改性。
Description
技术领域
本发明涉及塑料管材技术领域，尤其涉及一种低温增韧PVC排水管材料及其制备方法和应用。
背景技术
PVC-U排水管中所用原料聚氯乙烯（PVC）是综合性能优良、价格低廉且原材料来源广泛的通用塑料品种，其产量和用量仅次于聚乙烯，已在各个领域获得了广泛的应用。但是PVC也存在一些性能的缺陷或不足，其中脆性是PVC塑料的最大缺点之一。硬质PVC塑料在常温下韧性差，冲击强度低，在低温下韧性更差，降低温度时迅速变硬变脆，受冲击时极易脆裂，这就限制了PVC材料作为结构材料的应用及在低温环境中的应用。因此，改进PVC的低温韧性具有重要经济和社会意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温增韧PVC排水管材料，通过选用蒙脱土与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物有机结合，形成以二氧化硅为核、以甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物为壳的核壳结构复合改性粒子，并采用此复合改性粒子对PVC进行改性，从而实现对PVC进行增韧增强改性。
本发明的另一目的在于提供上述PVC管材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述PVC管材料在制备PVC排水管中的应用。
本发明的另一目的在于提供上述PVC管材料制备所得的PVC排水管。
为实现上述目的，本发明通过如下技术方案予以实现：
一种低温增韧PVC排水管材料，所述PVC排水管材料通过如下制备方法制得：
通过乳液聚合法以蒙脱土与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物为原料制备具有核壳结构的复合改性粒子；然后将所述复合改性粒子与PVC熔融共混，制备得到三元纳米复合材料；
其中，所述蒙脱土与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的质量配比为10∶1～4；所述复合改性粒子与PVC的质量配比为4～6:100。
本发明通过选用蒙脱土与MBS有机结合，形成以蒙脱土为核、以MBS为壳的核壳结构复合改性粒子，然后将复合改性粒子与PVC熔融共混，使核壳结构的复合改性粒子在PVC基体中良好分散，进而对PVC进行增韧增强改性。
优选地，所述蒙脱土首先经有机改性剂改性后再和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物制备复合改性粒子。
蒙脱土具有亲水疏油性，不利于其在聚合物基体中的分散，通过有机改性剂对蒙脱土进行处理后，可改变蒙脱土表面的高极性，使蒙脱土由亲水性转变为亲油性，降低其表面能，改善分散性，减少了蒙脱土的团聚，这有利于后续步骤中蒙脱土与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的充分混合。
优选地，蒙脱土经有机改性剂改性的具体操作方法为：将蒙脱土与有机改性剂在30～120℃内搅拌均匀；然后加热至50～120℃并进行持续固相搅拌0～10min；冷却即得复合改性粒子。
进一步优选地，所述有机改性剂为长碳链烷基季铵盐。
优选地，步骤S1中所述蒙脱土与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的质量配比为10：3。
优选地，步骤S3中所述复合改性粒子与PVC的质量配比为5∶100。
本发明提供的乳液聚合法具体包括如下步骤：
称取蒙脱土适量置于冷凝装置的反应器中，加入适量去离子水，搅拌均匀，然后加入乳化剂、MBS，加热至80～95℃并搅拌分散均匀，加入引发剂，在80～95℃温度反应2～5h，持续搅拌，反应结束后冷却至室温，即得到以蒙脱土为核以MBS为壳的复合改性粒子。
与现有技术相比，本发明通过粒子的结构设计，形成以蒙脱土为核、以MBS为壳的核壳结构粒子，对PVC进行增韧增强。复合改性粒子兼具蒙脱土和MBS增韧PVC的优点，与单纯的蒙脱土增韧PVC相比，由于壳层为MBS，因此与PVC的相容性更好；与简单的蒙脱土、MBS、PVC共混形成的三元复合材料相比，由于形成了复合改性粒子后再用于PVC的增韧，更有利于复合改性粒子的分散，故采用本发明的复合改性粒子的PVC排水管材料的耐低温韧性得到了显著的增强，本发明在保护PVC原有宝贵性能的同时，有效地提高了PVC排水管材料的韧性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释说明，但具体实施例并不对本发明作任何限定。除非特别说明，实施例中所涉及的试剂、方法均为本领域常用的试剂和方法。
实施例1
使用100重量份蒙脱土与 6重量份长碳链烷基季铵盐在30℃搅拌均匀，得混合物备用；将得到的混合物加热至50℃并进行固相搅拌1min，然后冷却到常温即得到改性蒙脱土；将100重量份的改性蒙脱土与10重量份的MBS采用乳液聚合法，制备出形成以蒙脱土为核、以MBS为壳的核壳结构复合改性粒子，具体操作步骤为：将上述经改性后的蒙脱土置于冷凝装置的反应器中，加入去离子水，搅拌均匀，然后加入乳化剂、MBS，加热至80℃并搅拌分散均匀，加入常规引发剂，在80℃温度反应2h，持续搅拌，反应结束后冷却至室温，即得到以蒙脱土为核以MBS为壳的复合改性粒子。
然后将4重量份复合改性粒子与100重量份PVC熔融共混，使复合改性粒子在PVC基体中良好分散，从而制备出高性能的三元纳米复合材料。
将上述高性能的三元纳米复合材料经双螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得具有高效低温增韧性能的PVC排水管材。
实施例2
使用100重量份蒙脱土与8重量份长碳链烷基季铵盐在50℃搅拌均匀，得混合物备用；将得到的混合物加热至70℃并进行固相搅拌4min，然后冷却到常温即得到改性蒙脱土；将100重量份的改性蒙脱土与15重量份的MBS采用乳液聚合法，制备出形成以蒙脱土为核、以MBS为壳的核壳结构复合改性粒子，具体操作步骤为：将上述经改性后的蒙脱土置于冷凝装置的反应器中，加入去离子水，搅拌均匀，然后加入乳化剂、MBS，加热至85℃并搅拌分散均匀，加入常规引发剂，在85℃温度反应3h，持续搅拌，反应结束后冷却至室温，即得到以蒙脱土为核以MBS为壳的复合改性粒子。
然后将5重量份复合改性粒子与100重量份PVC熔融共混，使复合改性粒子在PVC基体中良好分散，从而制备出高性能的三元纳米复合材料。
将上述高性能的三元纳米复合材料经双螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得具有高效低温增韧性能的PVC排水管材。
实施例3
使用100重量份蒙脱土与10重量份长碳链烷基季铵盐在100℃搅拌均匀，得混合物备用；将得到的混合物加热至100℃并进行固相搅拌8min，然后冷却到常温即得到改性蒙脱土；将100重量份的改性蒙脱土与20重量份的MBS采用乳液聚合法，制备出形成以蒙脱土为核、以MBS为壳的核壳结构复合改性粒子，具体操作步骤为：将上述经改性后的蒙脱土置于冷凝装置的反应器中，加入去离子水，搅拌均匀，然后加入乳化剂、MBS，加热至90℃并搅拌分散均匀，加入常规引发剂，在90℃温度反应3h，持续搅拌，反应结束后冷却至室温，即得到以蒙脱土为核以MBS为壳的复合改性粒子。
然后将6重量份复合改性粒子与100重量份PVC熔融共混，使复合改性粒子在PVC基体中良好分散，从而制备出高性能的三元纳米复合材料。
将上述高性能的三元纳米复合材料经双螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得具有高效低温增韧性能的PVC排水管材。
实施例4
使用100重量份蒙脱土与12重量份长碳链烷基季铵盐在120℃搅拌均匀，得混合物备用；将得到的混合物加热至120℃并进行固相搅拌10min，然后冷却到常温即得到改性蒙脱土；将100重量份的改性蒙脱土与30重量份的MBS采用乳液聚合法，制备出形成以蒙脱土为核、以MBS为壳的核壳结构复合改性粒子，具体操作步骤为：将上述经改性后的蒙脱土置于冷凝装置的反应器中，加入去离子水，搅拌均匀，然后加入乳化剂、MBS，加热至95℃并搅拌分散均匀，加入常规引发剂，在95℃温度反应4h，持续搅拌，反应结束后冷却至室温，即得到以蒙脱土为核以MBS为壳的复合改性粒子。
然后将6重量份复合改性粒子与100重量份PVC熔融共混，使复合改性粒子在PVC基体中良好分散，从而制备出高性能的三元纳米复合材料。
将上述高性能的三元纳米复合材料经双螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得具有高效低温增韧性能的PVC排水管材。
实施例5
使用100重量份蒙脱土与15重量份长碳链烷基季铵盐在100℃搅拌均匀，得混合物备用；将得到的混合物加热至100℃并进行固相搅拌8min，然后冷却到常温即得到改性蒙脱土；将100重量份的改性蒙脱土与40重量份的MBS采用乳液聚合法，制备出形成以蒙脱土为核、以MBS为壳的核壳结构复合改性粒子，具体操作步骤为：将上述经改性后的蒙脱土置于冷凝装置的反应器中，加入去离子水，搅拌均匀，然后加入乳化剂、MBS，加热至90℃并搅拌分散均匀，加入常规引发剂，在90℃温度反应5h，持续搅拌，反应结束后冷却至室温，即得到以蒙脱土为核以MBS为壳的复合改性粒子。
然后将5重量份复合改性粒子与100重量份PVC熔融共混，使复合改性粒子在PVC基体中良好分散，从而制备出高性能的三元纳米复合材料。
将上述高性能的三元纳米复合材料经双螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得具有高效低温增韧性能的PVC排水管材。
对比例1
使用100重量份蒙脱土、6重量份的长碳链烷基季铵盐、10重量份的MBS共混形成混合物，备用；将5重量份的上述混合物与100重量份PVC熔融共混，制备高性能的三元纳米复合材料；
将上述三元纳米复合材料经双螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得PVC排水管材。
对比例2
使用100重量份蒙脱土与10重量份长碳链烷基季铵盐在100℃搅拌均匀，得混合物备用；将得到的混合物加热至100℃并进行固相搅拌8min，然后冷却到常温即得到改性蒙脱土；将100重量份的改性蒙脱土与25重量份的氯化聚乙烯（CPE）采用乳液聚合法，制备出形成以蒙脱土为核、以CPE为壳的核壳结构复合改性粒子，具体操作步骤为：将上述经改性后的蒙脱土置于冷凝装置的反应器中，加入去离子水，搅拌均匀，然后加入乳化剂、CPE，加热至95℃并搅拌分散均匀，加入常规引发剂，在95℃温度反应5h，持续搅拌，反应结束后冷却至室温，即得到以蒙脱土为核以CPE为壳的复合改性粒子。
然后将6重量份复合改性粒子与100重量份PVC熔融共混，使复合改性粒子在PVC基体中良好分散，从而制备出高性能的三元纳米复合材料。
将上述高性能的三元纳米复合材料经双螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得具有高效低温增韧性能的PVC排水管材。
对比例3
使用100重量份纳米碳酸钙与15重量份长碳链烷基季铵盐在100℃搅拌均匀，得混合物备用；将得到的混合物加热至100℃并进行固相搅拌8min，然后冷却到常温即得到改性纳米碳酸钙；将100重量份的改性纳米碳酸钙与40重量份的MBS采用乳液聚合法，制备出形成以纳米碳酸钙为核、以MBS为壳的核壳结构复合改性粒子，具体操作步骤为：将上述经改性后的纳米碳酸钙置于冷凝装置的反应器中，加入去离子水，搅拌均匀，然后加入乳化剂、MBS，加热至85℃并搅拌分散均匀，加入常规引发剂，在85℃温度反应3h，持续搅拌，反应结束后冷却至室温，即得到以纳米碳酸钙为核以MBS为壳的复合改性粒子。
然后将5重量份复合改性粒子与100重量份PVC熔融共混，使复合改性粒子在PVC基体中良好分散，从而制备出高性能的三元纳米复合材料。
将上述高性能的三元纳米复合材料经双螺杆挤出机熔融共混和成型，再经冷却定型制得具有高效低温增韧性能的PVC排水管材。
将实施例1～5与对比例1～3制备所得的PVC排水管材进行韧性测试，测试结果见下表1。
本发明的各实施例与对比例中制备得到的PVC管力学性能按照如下测定方法进行测定：
拉伸强度，按GB/T8804.2-2003标准进行测试；
断裂伸长率，按GB/T5836-1996标准进行测试；
低温冲击强度，按GB/T13525-1992标准进行测试；
常温冲击强度，按GB/T13525-1992标准进行测试。
表1
。
由表1可知，本发明通过乳液聚合法所制备得到的PVC排水管具有高韧性，在-18℃条件下的韧性仍然大于10KJ/㎡，同时本发明具有较高的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度，具有较好的机械强度，能应用于各种场合。
Claims (6)
1.一种低温增韧PVC排水管材料，其特征在于，所述PVC排水管材料通过如下制备方法制得：
通过乳液聚合法以蒙脱土与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物为原料制备具有核壳结构的复合改性粒子；然后将所述复合改性粒子与PVC熔融共混，制备得到三元纳米复合材料；其中，所述蒙脱土与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的质量配比为10∶1～4；所述复合改性粒子与PVC的质量配比为4～6:100；所述蒙脱土首先经有机改性剂改性后再和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物制备复合改性粒子，所述蒙脱土经有机改性剂改性的操作方法为：将蒙脱土与有机改性剂在30～120℃内搅拌均匀；然后加热至50～120℃并进行持续固相搅拌0～10min
所述乳液聚合法包括如下步骤：
S1：称取蒙脱土置于冷凝装置的反应器中，加入去离子水，搅拌均匀；
S2：向上述混合液中加入乳化剂、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，加热至80～95℃并搅拌分散均匀，得混合液备用；
S3：向步骤S2的混合液中加入引发剂，在80～95℃温度反应2～5h，持续搅拌，反应结束后冷却，即得到以蒙脱土为核以甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物为壳的复合改性粒子。
2.根据权利要求1所述的低温增韧PVC排水管材料，其特征在于，所述有机改性剂为长碳链烷基季铵盐。
3.根据权利要求1所述的低温增韧PVC排水管材料，其特征在于，所述蒙脱土与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的质量配比为10∶3。
4.根据权利要求1所述的低温增韧PVC排水管材料，其特征在于，所述复合改性粒子与PVC的质量配比为5∶100。
5.权利要求1～4任一权利要求所述的低温增韧PVC排水管材料在制备PVC排水管中的应用。
6.权利要求1～4任一权利要求所述的低温增韧PVC排水管材料制备所得的PVC排水管。
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