CN107033389B - 专用于聚氯乙烯发泡材料的钙基功能型填料及其制备方法 - Google Patents

专用于聚氯乙烯发泡材料的钙基功能型填料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及复合材料的添加剂，具体涉及一种聚氯乙烯发泡材料专用钙基功能型填料及其制备方法。解决本发明技术问题的方案是：一种聚氯乙烯发泡材料专用钙基功能型填料，由包括以下重量份配比原料制备而成：天然无水石膏10‑90份，硅灰石1‑10份。本发明的钙基功能型填料应用到PVC发泡材料中，可以在制备复合材料过程中对润滑和发泡起更好的促进作用，促进PVC均匀发泡，同时还能有效地稳定温度，使链式反应顺利进行，反应过程不断链，得到更加均匀的产品。

Description

专用于聚氯乙烯发泡材料的钙基功能型填料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料的添加剂，具体涉及一种专用于聚氯乙烯发泡材料的钙基功能型填料及其制备方法。
背景技术
PVC木塑材料属于环保产品，加工工艺非常成熟，通过模具和共挤等方式可设计形状及外观新颖的产品，且外观与木材非常接近，有的甚至比木材更美观。该材料可回收再利用，在促进资源循环、节能减排、经济可持续发展等方面带来较好的经济效益和社会效应。但现有PVC木塑材料还存在生产成本压力过大、材料机械性能及耐候性差、耐腐蚀性差、生产能耗高等缺点，从而限制了其应用领域。我国是一个木材资源需求大国，但森林资料缺乏，现已禁止滥砍滥伐，而建筑和家居市场对木材的需求在逐年增加，要缓解这个凸显的矛盾，以塑代木是必然趋势，新型PVC木塑材料如能降低生产成本、提高机械性能、改善特殊性能将会使这一矛盾得以解决。目前PVC发泡体系中填充材料应用较多的是轻质碳酸钙或重质碳酸钙，而碳酸钙的加入仅能部分降低成本，会使产品增重，体系粘度增加，影响加工。如公开号为CN105001555A的中国发明专利申请公开了一种高抗冲耐老化的PVC-M管材，该文献公开了利用PVC、轻质碳酸钙、MBS、硫酸钙晶须、碳黑等原料，通过2，6－叔丁基对丙酚和乙硫醇的协同作用，制成耐老化的PVC塑料制品，但是，该技术制备过程操作复杂，并且使用轻质碳酸钙和碳酸钙晶须，在制造过程中，电流较高，能耗较大，碳酸钙形成的加强筋不规则。公开号为102010552A的中国发明专利申请公开了一种PVC/晶须硫酸钙复合材料及其制备方法，利用PVC和晶须硫酸钙等组合制得复合材料，增加了PVC的强度，但是采用的组分组合所形成的复合材料发泡不规则，从而在强度上难以达到更高要求，并且现有技术的PVC材料还存在韧性差、加工温度范围窄、耐腐蚀性不强的问题。也有人曾经尝试使用天然硬石膏与轻质碳酸钙配合来制备更高强度的聚氯乙烯管材，如公开号为CN103740015A的中国发明专利申请公开一种高强度聚氯乙烯管材，但是该天然硬石膏与轻质碳酸钙和丙烯酸树脂发泡效果较差，无法得到光滑发泡均匀的高强度型材。
发明内容
本发明的目的在于提供一种专用于聚氯乙烯(PVC)发泡材料的钙基功能型填料及其制备工艺，属于新材料在PVC发泡领域的应用，解决现有技术生产的PVC发泡材料加工温度范围窄、添加助剂较多、成本高、生产能耗高等问题。
本发明解决上述技术问题的方案是：
一种专用于聚氯乙烯发泡材料的钙基功能型填料，由包括以下重量份配比原料制备而成：
天然无水石膏10-90份，硅灰石1-10份。
本发明的另一优选方案是，在以上方案基础上，其原料还包括以下重量份配比的组分：滑石1-20份。
本发明的另一优选方案是，在以上方案基础上，其原料还包括以下重量份配比的组分：蒙脱土1-10份。
本发明的另一优选方案是，在以上方案基础上，其原料还包括以下重量份配比的组分：云母1-5份。
本发明的另一优选方案是，在以上方案基础上，其原料还包括以下重量份配比的组分：高岭土1-20份。
本发明的另一优选方案是，在以上方案基础上，由包括以下重量份配比原料制备而成：
天然无水石膏50-60份，硅灰石4－6份，蒙脱土4－6份，滑石8－12份，云母3－4份，高岭土8－12份。
本发明还提供所述专用于聚氯乙烯发泡材料的钙基功能型填料的制备方法，其包括以下步骤：
1)将无水石膏破碎碾磨后过筛，170～190℃油浴去除无水石膏部分表面吸附水或夹带二水石膏中的结晶水，控制水分0.5％-1.0％；
2)将各原料粉末烘干，过400目筛；
3)将各原料粉末通过高速混合机混合均匀，在混合物温度达到100-120℃时加入偶联剂0.5％-15％，高速混合3-5分钟，转入冷混低速混合，待物料温度达到20℃-50℃时放料，得到的混合料即为PVC发泡材料专用钙基功能型填料。
本发明的另一优选方案是，在以上方案基础上，步骤(3)中加入偶联剂的量为步骤(2)各原料粉末质量的1％－3％。
本发明的另一优选方案是，在以上方案基础上，步骤(3)中加入的偶联剂的细度为过200目筛。
本发明的另一优选方案是，在以上方案基础上，步骤(1)170～190℃油浴去除无水石膏部分表面吸附水或夹带二水石膏中的结晶水时，控制水分0.7％-0.8％。
无水石膏经破碎碾磨干燥后控制粒径在过200目-1000目筛，优选400目-1000目，水分控制在0.5％-1.0％；
蒙脱土，滑石，云母，硅灰石，高岭土，氧化硅粉末的粒径为过400目筛，优选1250-3000目；
偶联剂马来酸酐与甲基丙烯酸甲酯共聚物分子量10000-50000，优选30000-50000，熔点110℃-120℃；
使用本发明的聚氯乙烯发泡材料专用钙基功能型填料，可以在制备复合材料过程中对润滑和发泡起更好的促进作用，促进PVC均匀发泡，同时还能有效地稳定复合材料温度，使链式反应顺利进行，反应过程不断链，得到更加均匀的产品。
PVC是一种非结晶、极性的高分子聚合物，软化温度和熔融温度较高，纯PVC一般须在160—210℃时才可塑化加工，而PVC分子链含有氯原子，当温度达到120℃时，纯PVC即开始出现脱HCl反应，会导致PVC热降解；PVC树脂硬而脆，流动性差，粘度高，因此在加工时须加入大量的稳定剂、润滑剂、增塑剂、增韧剂等助剂对PVC进行加工改性，这些助剂的添加一方面会明显增加材料的成本，并且会破坏PVC材料的一些机械性能。本发明将无水石膏与粘土及无机补强剂混合，经过表面处理，应用于PVC发泡材料。硫酸钙中少量结晶水，吸热分解温度在160℃左右，有利于PVC稳定。蒙脱土是一类重要无机填料，具有较好的触变性和塑性，在发泡材料中可增强发泡时泡膜强度和气密性；滑石粉、硅灰石、云母和氧化硅是一类补强效果好且对加工设备损耗小的填料。在人们日益关注绿色产品的今天，为了拓宽PVC材料的应用领域，减少PVC加工中对人体有毒有害的助剂，提高材料性价比，是本发明的优势之处。
除此之外，本发明其他的优点及有益效果是：
1、本发明所提供的PVC发泡材料专用钙基功能型填料，因无水石膏含0.5％-1.0％的水，加工过程中能吸收部分热量而脱水，使PVC发泡材料体系稳定，能减少润滑剂、发泡剂、稳定剂的添加量；
2、本发明所提供的PVC发泡材料专用钙基功能型填料，因无水石膏含0.5％-1.0％的水，在加工过程中吸热逐步脱水，脱出来的水以气态形式被PVC材料包裹，充当发泡剂，这种逐步释放的形式使PVC材料的发泡更均匀，更充分，从而能减少发泡剂及调节剂的添加量；
3、本发明所提供的PVC发泡材料专用钙基功能型填料，因添加了适量的蒙脱土、高岭土，具有较好的触变性和塑性，在发泡材料中可增强发泡时泡膜强度和气密性，有利于增加PVC材料机械性能；
4、本发明所提供的PVC发泡材料专用钙基功能型填料，因添加了滑石粉、云母、硅灰石、氧化硅有利于增加PVC材料机械性能；
5、本发明所提供的PVC发泡材料专用钙基功能型填料，因添加了偶联剂马来酸酐与甲基丙烯酸甲酯共聚物，能明显提高填料在PVC材料中的分散性，和填料与PVC的界面作用力，从而使得本发明的填料在PVC材料中的添加比例比碳酸钙或滑石粉要增加40％到80％而不破坏材料的相应性能。
具体实施方式
以下提供本发明的一些优选实施例，以助于进一步理解本发明，但本发明的保护范围并不仅限于这些优选实施例。
实施例1
将天然无水石膏(硫酸钙)破碎碾磨，干燥，取含水量为0.5％的1000目粉末90公斤投入200L的高混机中，然后分别投入800目的硅灰石9公斤，蒙脱土9公斤，滑石15公斤，云母6公斤，高岭土15公斤高速搅拌，温度达到110℃加入3.5公斤的偶联剂马来酸酐与甲基丙烯酸甲酯共聚物，继续搅拌3分钟，将混合料转入低混锅中冷混，当物料温度降到42℃，得到PVC发泡材料专用钙基功能型填料。
实施例2
将天然无水石膏(硫酸钙)破碎碾磨，干燥，取含水量为0.7％的800目粉末85公斤投入200L的高混机中，然后分别投入1000目的硅灰石7.8公斤，蒙脱土7.5公斤，滑石7.5公斤，云母7.2公斤，高岭土15公斤高速搅拌，温度达到110℃加入2.8公斤的偶联剂马来酸酐与甲基丙烯酸甲酯共聚物，继续搅拌3分钟，将混合料转入低混锅中冷混，当物料温度降到36℃，得到PVC发泡材料专用钙基功能型填料。
实施例3
将天然无水石膏(硫酸钙)破碎碾磨，干燥，取含水量为0.8％的600目粉末70公斤投入200L的高混机中，然后分别投入1500目的硅灰石5.5公斤，蒙脱土5.0公斤，滑石5.5公斤，云母3.8公斤，高岭土9公斤高速搅拌，温度达到110℃加入1.8公斤的偶联剂马来酸酐与甲基丙烯酸甲酯共聚物，继续搅拌3分钟，将混合料转入低混锅中冷混，当物料温度降到20℃，得到PVC发泡材料专用钙基功能型填料。
实施例4
将天然无水石膏(硫酸钙)破碎碾磨，干燥，取含水量为1.0％的400目粉末50公斤投入200L的高混机中，然后分别投入600目的硅灰石4公斤，蒙脱土4公斤，滑石6公斤，云母3.2公斤，高岭土8.5公斤高速搅拌，温度达到100℃加入1公斤的偶联剂马来酸酐与甲基丙烯酸甲酯共聚物，继续搅拌3分钟，将混合料转入低混锅中冷混，当物料温度降到30℃，得到PVC发泡材料专用钙基功能型填料。
本发明的钙基功能型填料在使用中可以根据需要添加，一般添加量在PVC树脂用量的0.5至2倍之间。
将上述方法制备的PVC发泡材料专用钙基功能型填料进行相关试验：
应用实施例5－8：PVC树脂75份，稳定剂2份，复合发泡剂1.5，发泡助剂8份，木粉3份，增韧剂3份，润滑剂0.4份，本发明钙基功能型填料按例1到例4分别添加75份，90份，100份，120份四个配方。
对比例：PVC树脂75份，稳定剂4份，复合发泡剂1.5，发泡助剂8份，木粉3份，增韧剂3份，润滑剂1份，碳酸钙2000目75份。
将上述五个配方的材料在65型异向锥形双螺杆挤出((主机转数和喂料转数一致，记录工艺参数)得到相应的PVC发泡产品，产品放置于恒温恒湿的标准环境中调节24小时，然后再从产品中制作标准样条，样条在恒温恒湿环境中再调节24小时检测机械性能(按GB/T24137-2009执行)：
Figure BDA0000986235620000081
取样品放置鼓风式干燥箱中做热稳定性对比：
Figure BDA0000986235620000082
Figure BDA0000986235620000091
由对比可见，本发明的型材相对比现有技术的型材在外观质量、弯曲强度、热变形温度上具有明显的优势。并且在添加量较大的情况下，可以达到产品米重基本不变的效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种专用于聚氯乙烯发泡材料的钙基功能型填料的制备方法，其特征在于，原料重量份配比如下：
天然无水石膏50-60份，硅灰石4－6份，蒙脱土4－6份，滑石8－12份，云母3－4份，高岭土8－12份；
步骤如下：
1)将无水石膏破碎碾磨后过筛，170～190℃油浴去除无水石膏部分表面吸附水或夹带二水石膏中的结晶水，控制水分0.7％-0.8％；
2)将各原料粉末烘干，过400目筛；
3)将各原料粉末通过高速混合机混合均匀，在混合物温度达到100-120℃时加入偶联剂1％-3％，高速混合3-5分钟，转入冷混低速混合，待物料温度达到20℃-50℃时放料，得到的混合料即为PVC发泡材料专用钙基功能型填料。
2.根据权利要求1所述专用于聚氯乙烯发泡材料的钙基功能型填料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中加入的偶联剂的细度为过200目筛。
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