CN107286533B - 一种采用纳米碳酸钙填料改性的高耐热pvc/abs合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种采用纳米碳酸钙填料改性的高耐热pvc/abs合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用纳米碳酸钙填料改性的高耐热PVC/ABS合金材料及其制备方法，碳酸钙(CaCO3)是聚氯乙烯常见的添加剂和耐热改性剂之一，但是碳酸钙添加量过高会造成力学性能下降，PVC流动性变差，加工性能变差，本发明针对现有技术的不足，提出了一种采用纳米碳酸钙填料改性的高耐热PVC/ABS合金材料及其制备方法，采用邻苯二甲酸二辛脂和单硬脂酸甘油酯的复合改性，大幅度的降低体系加工粘度，提升纳米碳酸钙与PVC的相容性，并采用两步法加工，先由模压法混合处理，再由注塑工艺成型，进一步解决纳米碳酸钙与PVC的均匀共混问题，本发明高耐热PVC/ABS合金材料的优点在于：纳米碳酸钙含量高，塑化峰与平衡扭矩均高，冲击强度高，韧性高，耐热性优异等。

Description

一种采用纳米碳酸钙填料改性的高耐热PVC/ABS合金材料及 其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子材料技术领域，特别涉及一种采用纳米碳酸钙填料改性的高耐热PVC/ABS合金材料及其制备方法。
背景技术
聚氯乙烯(PVC)曾是世界产量最大的通用塑料之一，综合性能优异，应用非常广泛。在建筑材料、工业制品、日用品、管材、包装膜、发泡材料等方面均有广泛应用。
其中，碳酸钙（CaCO3）是聚氯乙烯加工过程中最常用的填充剂之一，可以大大降低制品成本，同时碳酸钙可以有效吸收聚氯乙烯加工过程中产生的氯化氢气体，能够有效减少聚氯乙烯热成型过程中的降解问题，此外碳酸钙具有优异的耐热性能，是制备耐热耐高温PVC材料的常见添加剂。
但是在聚氯乙烯中添加大量的碳酸钙，往往会造成力学性能大幅下降，尤其是拉伸强度和冲击强度的影响尤为明显，主要原因就是聚氯乙烯树脂跟碳酸钙相容性差导致。纳米碳酸钙的出现，使得提高碳酸钙添加份数增强聚氯乙烯成为可能，但是提升依然非常有限，如中国专利CN104877263A公布的“一种超强耐高温PVC供水管材”，仅含纳米碳酸钙3-6份，根据一般的科技文献报道，添加超过这个范围，会导致机械性能的快速下降，使得产品不可行。此外，在聚氯乙烯中添加大量的碳酸钙，会使得PVC流动性变差，塑化峰和平衡扭矩提高，最明显的结果就是加工性能变差，产品表面没有光泽度。因此通过纳米碳酸钙改性增强PVC材料的耐热性，存在严重的应用瓶颈。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种采用纳米碳酸钙填料改性的高耐热PVC/ABS合金材料及其制备方法。其技术改进在于，采用邻苯二甲酸二辛脂和单硬脂酸甘油酯的复合改性，可大幅度的降低体系加工粘度，提升纳米碳酸钙与PVC的相容性，并采用两步法加工，先由模压法混合处理，再由注塑工艺成型，进一步解决纳米碳酸钙与PVC的均匀共混问题，与现有技术相比，本发明高耐热PVC/ABS合金材料的优点在于：纳米碳酸钙含量高（最高可达75份），塑化峰与平衡扭矩均高，冲击强度高，韧性高，耐热性优异等。
为实现上述目的，本发明采用以下方案：
一种采用纳米碳酸钙填料改性的高耐热PVC/ABS合金材料，由以下质量份的原料制备而成：
PVC 20~85份，ABS 5~20份；纳米碳酸钙5~75份；抗氧剂：0.2~0.3份；热稳定剂1~4份；偶联剂1~2份；硬脂酸1~2份；增塑剂2~8份；内润滑剂 2~8份。
所述的纳米碳酸钙粒径为40-60纳米。
所述热稳定剂为钙锌复合稳定剂，铅盐复合稳定剂，OBS有机基稳定剂，有机锡类稳定剂，或液体复合稳定剂。
所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的混合物。具体地，受阻酚类抗氧剂为2,8-二叔丁基-4-甲基苯酚；亚磷酸酯类抗氧剂为二亚磷酸季戊四醇酯。
所述的偶联剂为环氧基硅烷，氨基硅烷，甲氧基硅烷或乙烯基硅烷。
所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂。
所述内润滑剂为单硬脂酸甘油酯。
为实现本发明的目的，本发明提供了高耐热PVC/ABS合金材料的制备方法，采用两步法加工，先由模压法混合处理，再由注塑工艺成型，包括以下步骤：
（1）将所述质量份的PVC在70-85 ℃下经过1-2小时的干燥处理；
（2）将所述质量份的ABS在70-80 ℃下经过2-6小时的干燥处理；
（3）将干燥好的PVC/ABS与所述质量份的纳米碳酸钙、热稳定剂、抗氧剂、内润滑剂，增塑剂机械搅拌混合10-30 min，搅拌速率2000-5000 rpm；
（4）将步骤（3）中的混合料经与所述质量份的硅烷偶联剂加入转矩流变仪进行模压，所述转矩流变仪加工工艺如下：所述转矩流变仪加热区分为三个区域，三个加热区的温度均控制在180±2 ℃；螺杆转速为30-40 rpm；混合物料模压时间为3-6分钟。
（5）将步骤（4）所得的产物进行拉条、切粒、干燥等后处理，即得复合材料颗粒料，加入注塑机，经注塑工艺成型，注射压力80-120 MPa，注射温度160-180 ℃。
本发明所提供的高耐热PVC/ABS合金材料具有以下优点，结合附图说明如下：
1. 附图一为DOP的含量对PVC/ABS合金扭矩的影响，附图二为GSM的含量对PVC/ABS合金扭矩的影响，由图中可见DOP和GSM可起到降粘作用。尤其是DOP，增加其含量能大幅度的降低体系加工粘度，加入GSM会推迟PVC/ABS的塑化时间。
2. 附图三为扭矩随碳酸钙含量的变化，附图四为拉伸强度随碳酸钙含量的变化，由图中可见，随着纳米碳酸钙含量增加，塑化峰扭矩和平衡扭矩均显著增大，PVC/ABS合金拉伸强度有所提高。
3. 附图五为PVC/ABS合金的维卡软化温度随碳酸钙含量的变化，附图六为PVC/ABS合金的缺口冲击强度随碳酸钙含量的变化，由图中可见，维卡软化温度与缺口冲击强度均随碳酸钙含量而提高，本发明所提出的纳米碳酸钙改性方案。可延缓PVC分解，在碳酸钙含量为48份时，复合材料的维卡软化温度超过90 ℃，韧性提高1倍。
具体实施方式
为进一步了解本发明的特征、技术手段、所达到的目的以及所能实现的具体功能，通过以下具体实施方式对本发明进行详细阐述。
实施例1
（1）将原料按如下质量份配置：PVC 78份，ABS 10份；纳米碳酸钙6份； 二亚磷酸季戊四醇酯0.2份；钙锌复合稳定剂1份；甲氧基硅烷1份；邻苯二甲酸二辛脂2份；单硬脂酸甘油酯 2份。
（2）将所述质量份的PVC在80 ℃下经过1小时的干燥处理；
（3）将所述质量份的ABS在80 ℃下经过3小时的干燥处理；
（4）将干燥好的PVC/ABS与所述质量份的纳米碳酸钙、热稳定剂、抗氧剂、内润滑剂，增塑剂机械搅拌混合20min，搅拌速率5000 rpm；
（5）将步骤（4）中的混合料经与所述质量份的硅烷偶联剂加入转矩流变仪进行模压，所述转矩流变仪加工工艺如下：所述转矩流变仪加热区分为三个区域，三个加热区的温度均控制在180±2 ℃；螺杆转速为30rpm；混合物料模压时间为3分钟。
（6）将步骤（5）所得的产物进行拉条、切粒、干燥等后处理，即得复合材料颗粒料，加入注塑机，经注塑工艺成型，注射压力100 MPa，注射温度160℃。
性能测试结果：性能测试结果：1）缺口冲击强度（GB/T 1843-2008）：3.3 kJ/m2；
2）拉伸强度（GB/T 1040-2006）：61.2 M Pa；
3）扭矩（ASTM D2396-1994(2012)）：23.3 N/m；
4）维卡软化点：80℃。
实施例2
（1）将原料按如下质量份配置：PVC 60份，ABS 7份；纳米碳酸钙20份； 2,8-二叔丁基-4-甲基苯酚0.3份；铅盐复合稳定剂2份；环氧基硅烷 1份；邻苯二甲酸二辛脂5份；单硬脂酸甘油酯5份。
（2）将所述质量份的PVC在75 ℃下经过2小时的干燥处理；
（3）将所述质量份的ABS在80 ℃下经过3小时的干燥处理；
（4）将干燥好的PVC/ABS与所述质量份的纳米碳酸钙、热稳定剂、抗氧剂、内润滑剂，增塑剂机械搅拌混合30 min，搅拌速率5000 rpm；
（5）将步骤（4）中的混合料经与所述质量份的硅烷偶联剂加入转矩流变仪进行模压，所述转矩流变仪加工工艺如下：所述转矩流变仪加热区分为三个区域，三个加热区的温度均控制在180±2 ℃；螺杆转速为40 rpm；混合物料模压时间为5分钟。
（6）将步骤（5）所得的产物进行拉条、切粒、干燥等后处理，即得复合材料颗粒料，加入注塑机，经注塑工艺成型，注射压力110 MPa，注射温度170 ℃。
性能测试结果：1）缺口冲击强度（GB/T 1843-2008）：4.4 kJ/m2；
2）拉伸强度（GB/T 1040-2006）：57.4 M Pa；
3）扭矩（ASTM D2396-1994(2012)）：28.6 N/m；
4）维卡软化点：85℃。
实施例3
（1）将原料按如下质量份配置：PVC 28份，ABS 5份；纳米碳酸钙48份； 2,8-二叔丁基-4-甲基苯酚0.3份；OBS有机基稳定剂1份；氨基硅烷，2份；邻苯二甲酸二辛脂8份；单硬脂酸甘油酯 8份。
（2）将所述质量份的PVC在85 ℃下经过2小时的干燥处理；
（3）将所述质量份的ABS在75 ℃下经过4小时的干燥处理；
（4）将干燥好的PVC/ABS与所述质量份的纳米碳酸钙、热稳定剂、抗氧剂、内润滑剂，增塑剂机械搅拌混合25 min，搅拌速率3000 rpm；
（5）将步骤（4）中的混合料经与所述质量份的硅烷偶联剂加入转矩流变仪进行模压，所述转矩流变仪加工工艺如下：所述转矩流变仪加热区分为三个区域，三个加热区的温度均控制在180±2 ℃；螺杆转速为35 rpm；混合物料模压时间为6分钟。
（6）将步骤（5）所得的产物进行拉条、切粒、干燥等后处理，即得复合材料颗粒料，加入注塑机，经注塑工艺成型，注射压力100 MPa，注射温度180 ℃。
性能测试结果：1）缺口冲击强度（GB/T 1843-2008）：5.2 kJ/m2；
2）拉伸强度（GB/T 1040-2006）：53.8 M Pa；
3）扭矩（ASTM D2396-1994(2012)）：19.3 N/m；
4）维卡软化点：91℃。

Claims (1)

1.一种制备高耐热PVC/ABS合金材料的方法，其特征在于两步法加工，先由模压法混合处理，再由注塑工艺成型；
该复合材料由以下质量份的原料制备而成：
PVC 20～85份，ABS 5～20份；纳米碳酸钙5～75份；抗氧剂：0.2～0.3份；热稳定剂1～4份；偶联剂1～2份；硬脂酸1～2份；增塑剂2～8份；内润滑剂2～8份；
所述热稳定剂为钙锌复合稳定剂，铅盐复合稳定剂，OBS有机基稳定剂，有机锡类稳定剂，或液体复合稳定剂；
所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的混合物；
所述偶联剂为硅烷；
所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂；
所述内润滑剂为单硬脂酸甘油酯；
所述的纳米碳酸钙粒径为40-60纳米；
包括以下步骤：
(1)将所述20～85质量份的PVC在70-85℃下经过1-2小时的干燥处理；
(2)将所述5～20质量份的ABS在70-80℃下经过2-6小时的干燥处理；
(3)将干燥好的PVC/ABS与所述5～75质量份的纳米碳酸钙、1～4质量份的热稳定剂、0.2～0.3质量份的抗氧剂、2～8质量份的内润滑剂、2～8质量份的增塑剂机械搅拌混合10-30min，搅拌速率2000-5000rpm；
(4)将步骤(3)中的混合料经与所述1～2质量份的硅烷偶联剂加入转矩流变仪进行模压；
所述转矩流变仪加工工艺如下：所述转矩流变仪加热区分为三个区域，三个加热区的温度均控制在180±2℃，螺杆转速为30-40rpm，混合物料模压时间为3-6分钟；
(5)将步骤(4)所得的产物进行拉条、切粒、干燥处理，即得复合材料颗粒料，加入注塑机，经注塑工艺成型，注射压力80-120MPa，注射温度160-180℃。
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