CN105802068A - 一种pvc纳米塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种PVC纳米塑料及其制备方法，原料为PVC、DOA、纳米碳酸钙、铝酸酯、纳米二氧化硅、钛酸酯、纳米二氧化钛、ACR、纳米莫来石、纳米氧化锌、纳米三氧化二铝和玻璃纤维，产品强度高，拉伸强度55‑95MPa，邵氏硬度100‑120D；无缺口简支梁冲击强度25‑45kJ/m2，维卡软化点135‑155℃；氧指数23‑27%，弯曲强度25‑45MPa，拉伸弹性模量2000‑4000MPa；摩擦系数0.05‑0.15，断裂伸长率45‑85%，摩擦磨损性最佳，成本低廉，操作简单，可以广泛生产并不断代替现有材料。

Description

一种PVC纳米塑料及其制备方法
技术领域
本申请属于PVC材料领域，尤其涉及一种PVC纳米塑料及其制备方法。
背景技术
纳米材料学是近年来刚刚兴起的一个完全崭新的科学领域，它涉及到聚集态物理、化学、材料、生物学等多领域的知识。“纳米技术”的核心内容是如何解决纳米粒子的团聚问题，由于纳米粒子本身极易团聚，要得到单个分散的纳米粒子非常困难，如何使纳米粒子均匀地分散到基体中去是“纳米技术”的关键技术。
目前从“纳米技术”的应用研究报导中分析，能实行产业化的方法有二种：1、纳米插层化技术,即通过插层化处理的n-MMT , 制成有一定密实程度，尺寸均匀的母粒，再将这种母粒经过拌和共混和造粒，解决纳米材料在基体中分散不均匀的难题,制成纳米复合材料。2、利用振动磨分散法可使纳米粒子在基体中均匀分散，基本不产生团聚,真正做到了纳米级分散。
“纳米塑料”是指基体为高分子聚合物，通过纳米粒子在塑料树脂中的充分分散,有效地提高了塑料的耐热、耐候、耐磨等性能。“纳米塑料”能使普通塑料具有象陶瓷材料一样的刚性和耐热性，同时又保留了塑料本身所具备的韧性、耐冲击性和易加工性。目前，能实行产业化的有通过纳米粒子改性的NPE、NPET和NPA6(即纳米聚乙烯、纳米PET聚脂、纳米尼龙6）利用纳米粒子，将银（Ag+）设计到粒子表面的微孔中并稳定，就能制成纳米栽银抗菌材料，将这种材料加入到塑料中去就能使塑料具有抗菌防霉，自洁等优良性能，使其成为绿色环保产品。目前，已在ABS、SPVC、HIPS、PP塑料中得到应用。
“纳米塑料”是一种高科技的新材料，具有很好的发展前景，由于国内对这种新材料还缺乏认识，没有完整的质量保证体系和严密的生产管理，正处于一种“一哄而上”的形势，鱼目混珠，真假难辩，使“纳米塑料”一开始便面临“夭折”的危险，所以笔者迫切希望国家有关部门能通过相应的标准和法规来保护这一新材料，促进它的健康成长。
“纳米”是一个长度的计量单位，它的尺度是10亿分之1米（10-9m)。一般来说，纳米材料是指两相显微结构中至少有一相的一维尺度达到纳米级。纳米粒子粒径很小，表面能很大，极易团聚，所以如何制取纳米粒子本身就是一个非常复杂的技术问题。目前能制作和利用的纳米粒子多为无机纳米粒子，能有效地对塑料进行改性的纳米粒子是SiO2、TiO2、CaCO3 ， 蒙拓土（MMT）等。而随着人性化理念的普及，及新型和谐社会的构成，设计一种强度高、耐冲击的PVC纳米塑料及其制备方法是非常必要的。
聚氯乙烯塑料制品应用非常广泛，但在七十年代中期，人们认识到聚氯乙烯树脂及制品中残留的单体氯乙烯（VCM）是一种严重的致癌物质，无疑在一定程度会影响聚氯乙烯的发展。不过人们已成功地通过汽车等途径降低残留的VCM，使聚氯乙烯树脂中VCM会含量小于10ppm，达到卫生级树脂要求，扩大了聚氯乙烯的应用范围。甚至可使树脂中的VCM含量小于5ppm，加工后残留的VCM极少。对人体基本无害，可用作食品药包装和儿童玩具等。
有着特殊要求的PVC材料，一般都需要从国外进口，在国外比较有名的有美国联合碳化公司和北欧化工公司，随着我国各大科研院所和生产单位的不断研发和技术积累，国内PVC改性材料的配方设计、制造已经达到国际先进水平，涌现了以徐州汉永新材料有限公司等拥有自主知识产权的公司，已经完全取代国外进口材料，有不少产品已出口国外。
发明内容
解决的技术问题：
本申请针对上述技术问题，提供一种PVC纳米塑料及其制备方法，解决现有纳米塑料拉伸强度低、硬度低和冲击强度低等技术问题。
技术方案：
一种PVC纳米塑料，所述PVC纳米塑料的原料按重量份数配比如下：PVC100份；DOA80-120份；纳米碳酸钙1-20份；铝酸酯1-10份；纳米二氧化硅2-8份；钛酸酯1-5份；纳米二氧化钛3-7份；ACR6-10份；纳米莫来石1.5-5.5份；纳米氧化锌为1.5-3.5份；玻璃纤维6-10份；纳米三氧化二铝0.5-4.5份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述PVC纳米塑料的原料按重量份数配比如下：PVC100份；DOA90-110份；纳米碳酸钙5-15份；铝酸酯2-8份；纳米二氧化硅3-7份；钛酸酯2-4份；纳米二氧化钛4-6份；ACR7-9份；纳米莫来石2.5-4.5份；纳米氧化锌为2-3份；玻璃纤维7-9份；纳米三氧化二铝1.5-3.5份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述PVC纳米塑料的原料按重量份数配比如下：PVC100份；DOA90份；纳米碳酸钙5份；铝酸酯2份；纳米二氧化硅3份；钛酸酯2份；纳米二氧化钛4份；ACR7份；纳米莫来石2.5份；纳米氧化锌为2份；玻璃纤维7份；纳米三氧化二铝1.5份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述PVC纳米塑料的原料按重量份数配比如下：PVC100份；DOA110份；纳米碳酸钙15份；铝酸酯8份；纳米二氧化硅7份；钛酸酯4份；纳米二氧化钛6份；ACR9份；纳米莫来石4.5份；纳米氧化锌为3份；玻璃纤维9份；纳米三氧化二铝3.5份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述PVC纳米塑料的原料按重量份数配比如下：PVC100份；DOA100份；纳米碳酸钙10份；铝酸酯5份；纳米二氧化硅5份；钛酸酯3份；纳米二氧化钛5份；ACR8份；纳米莫来石3.5份；纳米氧化锌为2.5份；玻璃纤维8份；纳米三氧化二铝2.5份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述PVC纳米塑料的制备方法，包括如下步骤：
第一步：按照重量份数配比称取PVC、DOA、纳米碳酸钙、铝酸酯、纳米二氧化硅、钛酸酯、纳米二氧化钛、ACR、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米三氧化二铝和玻璃纤维；
第二步：将纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米莫来石、纳米三氧化二铝和玻璃纤维在70-90℃下烘干10-30min后用铝酸酯和钛酸酯处理，采用超身波分散方式操作，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至50-70℃，混合10-20min；
第三步：混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度150-160℃、160-170℃、170-190℃、170-190℃、170-180℃，螺杆温度175-185℃，机头温度180-190℃，螺杆转速80-100r/min，投料转速30-80 r/min。
有益效果：
本发明所述一种PVC纳米塑料及其制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、产品强度高，拉伸强度55-95MPa，邵氏硬度100-120D；2、无缺口简支梁冲击强度25-45kJ/m2，维卡软化点135-155℃；3、氧指数23-27%，弯曲强度25-45MPa，拉伸弹性模量2000-4000MPa；4、摩擦系数0.05-0.15，断裂伸长率45-85%，摩擦磨损性最佳，成本低廉，操作简单，可以广泛生产并不断代替现有材料。
具体实施方式
实施例 1:
按照重量份数配比称取PVC100份；DOA80份；纳米碳酸钙1份；铝酸酯1份；纳米二氧化硅2份；钛酸酯1份；纳米二氧化钛3份；ACR6份；纳米莫来石1.5份；纳米氧化锌为1.5份；玻璃纤维6份；纳米三氧化二铝0.5份。
将纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米莫来石、纳米三氧化二铝和玻璃纤维在70℃下烘干10min后用铝酸酯和钛酸酯处理，采用超身波分散方式操作，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至50℃，混合10min。
混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度150℃、160℃、170℃、170℃、170℃，螺杆温度175℃，机头温度180℃，螺杆转速80r/min，投料转速30r/min。
产品强度高，拉伸强度55MPa，邵氏硬度100D；无缺口简支梁冲击强度25kJ/m2，维卡软化点135℃；氧指数23%，弯曲强度25MPa，拉伸弹性模量2000MPa；摩擦系数0.15，断裂伸长率45%，摩擦磨损性最佳。
实施例 2:
按照重量份数配比称取PVC100份；DOA120份；纳米碳酸钙20份；铝酸酯10份；纳米二氧化硅8份；钛酸酯5份；纳米二氧化钛7份；ACR10份；纳米莫来石5.5份；纳米氧化锌为3.5份；玻璃纤维10份；纳米三氧化二铝4.5份。
将纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米莫来石、纳米三氧化二铝和玻璃纤维在90℃下烘干30min后用铝酸酯和钛酸酯处理，采用超身波分散方式操作，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至70℃，混合20min。
混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度160℃、170℃、190℃、190℃、180℃，螺杆温度185℃，机头温度190℃，螺杆转速100r/min，投料转速80 r/min。
产品强度高，拉伸强度65MPa，邵氏硬度105D；无缺口简支梁冲击强度30kJ/m2，维卡软化点140℃；氧指数25%，弯曲强度30MPa，拉伸弹性模量2500MPa；摩擦系数0.11，断裂伸长率55%，摩擦磨损性最佳。
实施例 3:
按照重量份数配比称取PVC100份；DOA90份；纳米碳酸钙5份；铝酸酯2份；纳米二氧化硅3份；钛酸酯2份；纳米二氧化钛4份；ACR7份；纳米莫来石2.5份；纳米氧化锌为2份；玻璃纤维7份；纳米三氧化二铝1.5份。
将纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米莫来石、纳米三氧化二铝和玻璃纤维在70℃下烘干10min后用铝酸酯和钛酸酯处理，采用超身波分散方式操作，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至50℃，混合10min。
混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度150℃、160℃、170℃、170℃、170℃，螺杆温度175℃，机头温度180℃，螺杆转速80r/min，投料转速30 r/min。
产品强度高，拉伸强度75MPa，邵氏硬度110D；无缺口简支梁冲击强度35kJ/m2，维卡软化点145℃；氧指数25%，弯曲强度35MPa，拉伸弹性模量3000MPa；摩擦系数0.1，断裂伸长率65%，摩擦磨损性最佳。
实施例 4:
按照重量份数配比称取PVC100份；DOA110份；纳米碳酸钙15份；铝酸酯8份；纳米二氧化硅7份；钛酸酯4份；纳米二氧化钛6份；ACR9份；纳米莫来石4.5份；纳米氧化锌为3份；玻璃纤维9份；纳米三氧化二铝3.5份。
将纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米莫来石、纳米三氧化二铝和玻璃纤维在90℃下烘干30min后用铝酸酯和钛酸酯处理，采用超身波分散方式操作，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至70℃，混合20min。
混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度160℃、170℃、190℃、190℃、180℃，螺杆温度185℃，机头温度190℃，螺杆转速100r/min，投料转速80 r/min。
产品强度高，拉伸强度85MPa，邵氏硬度115D；无缺口简支梁冲击强度40kJ/m2，维卡软化点150℃；氧指数26%，弯曲强度40MPa，拉伸弹性模量3500MPa；摩擦系数0.09，断裂伸长率75%，摩擦磨损性最佳。
实施例 5:
按照重量份数配比称取PVC100份；DOA100份；纳米碳酸钙10份；铝酸酯5份；纳米二氧化硅5份；钛酸酯3份；纳米二氧化钛5份；ACR8份；纳米莫来石3.5份；纳米氧化锌为2.5份；玻璃纤维8份；纳米三氧化二铝2.5份。
将纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米莫来石、纳米三氧化二铝和玻璃纤维在80℃下烘干20min后用铝酸酯和钛酸酯处理，采用超身波分散方式操作，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至60℃，混合15min。
混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度155℃、165℃、180℃、180℃、175℃，螺杆温度180℃，机头温度185℃，螺杆转速90r/min，投料转速50 r/min。
产品强度高，拉伸强度95MPa，邵氏硬度120D；无缺口简支梁冲击强度45kJ/m2，维卡软化点155℃；氧指数27%，弯曲强度45MPa，拉伸弹性模量4000MPa；摩擦系数0.05，断裂伸长率85%，摩擦磨损性最佳。
以上实施例中的组合物所有组分均可以商业购买。
上述实施例只是用于对本发明的内容进行阐述，而不是限制，因此在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应该认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.一种PVC纳米塑料，其特征在于所述PVC纳米塑料的原料按重量份数配比如下：PVC100份；DOA80-120份；纳米碳酸钙1-20份；铝酸酯1-10份；纳米二氧化硅2-8份；钛酸酯1-5份；纳米二氧化钛3-7份；ACR6-10份；纳米莫来石1.5-5.5份；纳米氧化锌为1.5-3.5份；玻璃纤维6-10份；纳米三氧化二铝0.5-4.5份。
2.根据权利要求1所述的一种PVC纳米塑料，其特征在于所述PVC纳米塑料原料按重量份数配比如下：PVC100份；DOA90-110份；纳米碳酸钙5-15份；铝酸酯2-8份；纳米二氧化硅3-7份；钛酸酯2-4份；纳米二氧化钛4-6份；ACR7-9份；纳米莫来石2.5-4.5份；纳米氧化锌为2-3份；玻璃纤维7-9份；纳米三氧化二铝1.5-3.5份。
3.根据权利要求1所述的一种PVC纳米塑料，其特征在于所述PVC纳米塑料的原料按重量份数配比如下：PVC100份；DOA90份；纳米碳酸钙5份；铝酸酯2份；纳米二氧化硅3份；钛酸酯2份；纳米二氧化钛4份；ACR7份；纳米莫来石2.5份；纳米氧化锌为2份；玻璃纤维7份；纳米三氧化二铝1.5份。
4.根据权利要求1所述的一种PVC纳米塑料，其特征在于所述PVC纳米塑料的原料按重量份数配比如下：PVC100份；DOA110份；纳米碳酸钙15份；铝酸酯8份；纳米二氧化硅7份；钛酸酯4份；纳米二氧化钛6份；ACR9份；纳米莫来石4.5份；纳米氧化锌为3份；玻璃纤维9份；纳米三氧化二铝3.5份。
5.根据权利要求1所述的一种PVC纳米塑料，其特征在于：所述PVC纳米塑料的原料按重量份数配比如下：PVC100份；DOA100份；纳米碳酸钙10份；铝酸酯5份；纳米二氧化硅5份；钛酸酯3份；纳米二氧化钛5份；ACR8份；纳米莫来石3.5份；纳米氧化锌为2.5份；玻璃纤维8份；纳米三氧化二铝2.5份。
6.一种权利要求1所述PVC纳米塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：按照重量份数配比称取PVC、DOA、纳米碳酸钙、铝酸酯、纳米二氧化硅、钛酸酯、纳米二氧化钛、ACR、纳米莫来石、纳米氧化锌、纳米三氧化二铝和玻璃纤维；
第二步：将纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米莫来石、纳米三氧化二铝和玻璃纤维在70-90℃下烘干10-30min后用铝酸酯和钛酸酯处理，采用超身波分散方式操作，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至50-70℃，混合10-20min；
第三步：混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度150-160℃、160-170℃、170-190℃、170-190℃、170-180℃，螺杆温度175-185℃，机头温度180-190℃，螺杆转速80-100r/min，投料转速30-80 r/min。
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