CN109096644A - 一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用pvc树脂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂。PVC树脂的组分包括：PVC、ACR加工助剂、填料、耐寒增韧剂、聚乙烯蜡、复合稳定剂、紫外线吸收剂和抗氧剂。其中，耐寒增韧剂是一种由多种弹性体材料和高硬度填料等复合制备而成的新型材料；填料为钛白粉和轻质碳酸钙的混合物；复合稳定剂中含有钙锌稳定剂和二月桂酸二正丁基锡；紫外线吸收剂为紫外线吸收剂RMB、紫外线吸收剂UV‑9或紫外线吸收剂UVP‑327；抗氧剂为抗氧剂164、抗氧剂1076或抗氧剂TNP；该型PVC树脂材料的韧性好，耐低温性能突出，在低温状态下不容易脆化；抗冲击性能好，不容易开裂。

Description

一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂。
背景技术
门窗按其所处的位置不同分为围护构件或分隔构件，是建筑物围护结构系统中重要的组成部分。依据材质种类的不同，今天市场上的门窗大致可以分为以下几类：木门窗、钢门窗、塑钢门窗、铝合金门窗、玻璃钢门窗、不锈钢门窗、铁花门窗。人民生活水平不断提高，门窗及其衍生产品的种类还在不断增多，档次逐步上升，例如隔热断桥铝门窗、木铝复合门窗、铝木复合门窗、实木门窗、阳光房、玻璃幕墙、木质幕墙等等。众所周知塑钢复合门窗以其良好的保温、隔热、隔音及其耐腐蚀性能成为钢、木窗的替代品。
塑钢门窗是以聚氯已烯(UPVC)树脂为主要原料，加上一定比例的稳定剂、着色剂、填充剂、紫外线吸收剂等，经挤出成型材，然后通过切割、焊接或螺接的方式制成门窗框扇，配装上密封胶条、毛条、五金件等，同时为增强型材的刚性，超过一定长度的型材空腔内需要填加钢衬(加强筋)，这样制成的门户窗，称之为塑钢门窗。目前塑钢门窗的种类很多，按开启方式分类：平开窗、平开门、推拉窗、推拉门、固定窗、旋窗等。
塑钢门窗中最重要的材料是聚氯乙烯，即PVC树脂；聚氯乙烯的加工特性好，机械性能突出，但是材料的韧性和耐低温、耐高温性能较差，在低温状态下，PVC树脂容易发生脆化变形，材料的韧性大大降低，在这种状态下，受到冲击作用后，聚氯乙烯非常容易开裂，失去支撑作用。
就聚氯乙烯来说，为了提高其韧性和耐低温性能，可以在材料中添加部分弹性体材料，但是弹性体材料在提高聚氯乙烯韧性和耐低温性能的同时，会导致其刚度和硬度显著下降，使得材料的机械强度受到影响；这样的材料就很难用于门窗型材这类支撑结构的制造了。
因此，如何提高聚氯乙烯的韧性和耐低温性能，是提高塑钢门窗耐寒、防裂性能的关键，另外，在提高韧性和耐低温性能的同时还要尽量降低对材料强度和刚度的影响。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂，该型PVC树脂材料的韧性好，耐低温性能突出，在低温状态下不容易脆化；抗冲击性能好，不容易开裂。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂，按照质量份数，PVC树脂的组分包括：PVC 100-120份，ACR加工助剂4-7份，填料18-25份，耐寒增韧剂6-9份，聚乙烯蜡0.5-1.2份，复合稳定剂1-3份，紫外线吸收剂0.4-0.8份，抗氧剂0.2-0.5份。
优选地，按照质量份数，PVC树脂的组分包括：PVC 107-115份，ACR加工助剂5-6份，填料19-23份，耐寒增韧剂7-8份，聚乙烯蜡0.8-1.1份，复合稳定剂1.7-2.4份，紫外线吸收剂0.5-0.7份，抗氧剂0.3-0.4份。
进一步优选地，按照质量份数，PVC树脂的组分包括：PVC 110份，ACR加工助剂5.5份，填料21份，耐寒增韧剂7份，聚乙烯蜡0.9份，复合稳定剂2.2份，紫外线吸收剂0.6份，抗氧剂0.4份。
本发明中，耐寒增韧剂的制备方法包括如下步骤：
(1)按照质量份数，将反应釜内的温度升高至150-180℃，然后充入氮气气氛进行保护，将100份己二酸、73份二甘醇和0.5g氟钛酸钾催化剂加入到反应釜中，升高反应釜内温度至200-205℃，保温并酯化反应7-8h，将产物蒸馏纯化，向纯化后的产物中加入0.8份钛酸异丙酯，在225-230℃，65-70Pa气压条件下缩聚反应5-7h，得到预聚体，然再向反应釜内加入2.5g扩链剂，以260-270℃的温度搅拌8-10h，得到所需弹性体A；
(2)将天然胶乳、羟基化丁苯胶乳和丙烯酸胶乳按照3:5:1的质量比混合，然后向胶乳中加入0.5wt％的酪蛋白和2wt％的变性淀粉，分散均匀，得到所需固含量为50％的复合胶乳，将双(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇加入到2倍质量的去离子水中分散，得到成核剂乳液，将20份成核剂乳液和80份复合胶乳混合搅拌，然后将混合物乳液，通过喷雾干燥器喷雾干燥处理得到橡胶粉B；
(3)将聚氟化碳以350-400℃的温度预热处理15-20min，然后降低至室温；按照8:4:1:1:1的质量比将二氧化硅、硫酸钡、氮化铝、硼化钛和聚氟化碳混合，然后向混合料中加入酒精，在行星球磨机中湿磨4-5h，球磨后的粉体以80-82℃的温度烘干，得到所需填料；
(4)将55份弹性体A，20份橡胶粉B，15份偏氟醚橡胶，9.5份苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物，70份填料和6份交联剂加入到密炼机中，以160-165℃的温度密炼15-20min，然后再将混合料送入到烘箱中，在紫外线照射下，以180-185℃的温度交联反应1.5-2h，出炉后再塑化造粒并冷却，得到所需耐寒增韧剂。
其中，步骤(1)中使用的扩链剂为乙二胺或三羟甲基丙烷。
步骤(4)中使用的交联剂为对氨基苯酚、双-3,4-二氨基苯基甲烷或四苯基锡。
优选地，填料为钛白粉和轻质碳酸钙按照6:1混合的混合物。
优选地，复合稳定剂中含有钙锌稳定剂和二月桂酸二正丁基锡。
优选地，紫外线吸收剂为紫外线吸收剂RMB、紫外线吸收剂UV-9或紫外线吸收剂UVP-327；抗氧剂为抗氧剂164、抗氧剂1076或抗氧剂TNP。
本发明提供的PVC树脂的制备方法为：
按照质量份数，将PVC、ACR加工助剂、填料、耐寒增韧剂、聚乙烯蜡、复合稳定剂、紫外线吸收剂、抗氧剂加入到双螺杆挤出机中共混塑化、挤出造粒；其中，双螺杆挤出机料筒的一区温度为170-180℃，二区温度为180-190℃，三区温度为190-195℃，四区温度为175-185℃；模头温度为200-210℃。
本发明具有如下的有益效果：
本发明的PVC树脂材料中添加了一种特殊的耐寒增韧剂，该组分是由多种弹性体材料和高硬度填料等复合制备而成的新型材料，这种耐寒增韧剂不仅可以改善PVC树脂的抗拉强度和耐低温性能，使得PVC树脂在极低温度下依然可以保持良好的韧性和稳定性，不发生脆化变性；而且对于PVC树脂的机械强度和材料硬度的影响较小，不会影响树脂材料制备的塑钢型材的结构强度和支撑性能。因此利用这种PVC树脂制备的塑钢材料的强度高、耐寒性能突出，不容易开裂。
此外，PVC树脂材料组分中使用的聚乙烯蜡是一种由乙烯聚合橡胶加工剂而形成的化工材料，聚乙烯蜡与聚氯乙烯和耐寒增韧剂的相容性好，能改善聚氯乙烯流动性，添加在原料中可以作为润滑剂，能够改善填料和功能助剂在PVC树脂中的分散性；提高PVC树脂材料的化学稳定性和耐候性能。抗氧化剂和紫外线吸收剂可以发挥协同作用，提升PVC树脂材料的抗老化性能，提高生产的塑钢型材的使用寿命。ACR加工助剂和复合稳定剂能够提高PVC树脂材料的加工特性和热稳定性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
以下实施例中，耐寒增韧剂的制备方法包括如下步骤：
(1)按照质量份数，将反应釜内的温度升高至170℃，然后充入氮气气氛进行保护，将100份己二酸、73份二甘醇和0.5g氟钛酸钾催化剂加入到反应釜中，升高反应釜内温度至200-205℃，保温并酯化反应7.5h，将产物蒸馏纯化，向纯化后的产物中加入0.8份钛酸异丙酯，在230℃，65Pa气压条件下缩聚反应6h，得到预聚体，然再向反应釜内加入2.5g扩链剂，以270℃的温度搅拌9h，得到所需弹性体A；
(2)将天然胶乳、羟基化丁苯胶乳和丙烯酸胶乳按照3:5:1的质量比混合，然后向胶乳中加入0.5wt％的酪蛋白和2wt％的变性淀粉，分散均匀，得到所需固含量为50％的复合胶乳，将双(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇加入到2倍质量的去离子水中分散，得到成核剂乳液，将20份成核剂乳液和80份复合胶乳混合搅拌，然后将混合物乳液，通过喷雾干燥器喷雾干燥处理得到橡胶粉B；
(3)将聚氟化碳以380℃的温度预热处理17min，然后降低至室温；按照8:4:1:1:1的质量比将二氧化硅、硫酸钡、氮化铝、硼化钛和聚氟化碳混合，然后向混合料中加入酒精，在行星球磨机中湿磨5h，球磨后的粉体以80℃的温度烘干，得到所需填料；
(4)将55份弹性体A，20份橡胶粉B，15份偏氟醚橡胶，9.5份苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物，70份填料和6份交联剂加入到密炼机中，以160℃的温度密炼15min，然后再将混合料送入到烘箱中，在紫外线照射下，以180℃的温度交联反应2h，出炉后再塑化造粒并冷却，得到所需耐寒增韧剂。
其中，步骤(1)中使用的扩链剂为三羟甲基丙烷。
步骤(4)中使用的交联剂为四苯基锡。
实施例1
一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂，按照质量份数，PVC树脂的组分包括：PVC 100份，ACR加工助剂4份，填料18份，耐寒增韧剂6份，聚乙烯蜡0.5份，复合稳定剂1份，紫外线吸收剂0.4份，抗氧剂0.2份。
其中，填料为钛白粉和轻质碳酸钙按照6:1混合的混合物。
复合稳定剂中含有钙锌稳定剂和二月桂酸二正丁基锡。
紫外线吸收剂为紫外线吸收剂RMB；抗氧剂为抗氧剂164。
本实施例提供的PVC树脂的制备方法为：
按照质量份数，将PVC、ACR加工助剂、填料、耐寒增韧剂、聚乙烯蜡、复合稳定剂、紫外线吸收剂、抗氧剂加入到双螺杆挤出机中共混塑化、挤出造粒；其中，双螺杆挤出机料筒的一区温度为170-180℃，二区温度为180-190℃，三区温度为190-195℃，四区温度为175-185℃；模头温度为200-210℃。
实施例2
一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂，按照质量份数，PVC树脂的组分包括：PVC 120份，ACR加工助剂7份，填料25份，耐寒增韧剂9份，聚乙烯蜡1.2份，复合稳定剂3份，紫外线吸收剂0.8份，抗氧剂0.5份。
其中，填料为钛白粉和轻质碳酸钙按照6:1混合的混合物。
复合稳定剂中含有钙锌稳定剂和二月桂酸二正丁基锡。
紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-9；抗氧剂为抗氧剂1076。
本实施例提供的PVC树脂的制备方法为：
按照质量份数，将PVC、ACR加工助剂、填料、耐寒增韧剂、聚乙烯蜡、复合稳定剂、紫外线吸收剂、抗氧剂加入到双螺杆挤出机中共混塑化、挤出造粒；其中，双螺杆挤出机料筒的一区温度为170-180℃，二区温度为180-190℃，三区温度为190-195℃，四区温度为175-185℃；模头温度为200-210℃。
实施例3
一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂，按照质量份数，PVC树脂的组分包括：PVC 110份，ACR加工助剂5.5份，填料21份，耐寒增韧剂7份，聚乙烯蜡0.9份，复合稳定剂2.2份，紫外线吸收剂0.6份，抗氧剂0.4份。
其中，填料为钛白粉和轻质碳酸钙按照6:1混合的混合物。
复合稳定剂中含有钙锌稳定剂和二月桂酸二正丁基锡。
紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UVP-327；抗氧剂为抗氧剂TNP。
本实施例提供的PVC树脂的制备方法为：
按照质量份数，将PVC、ACR加工助剂、填料、耐寒增韧剂、聚乙烯蜡、复合稳定剂、紫外线吸收剂、抗氧剂加入到双螺杆挤出机中共混塑化、挤出造粒；其中，双螺杆挤出机料筒的一区温度为170-180℃，二区温度为180-190℃，三区温度为190-195℃，四区温度为175-185℃；模头温度为200-210℃。
性能测试
测试本实施例中PVC树脂的机械性能和耐低温性能，同时设置盛泰佳塑料源头厂家销售的硬质阻燃高光泽环保PVC颗粒作为对照组进行性能对比，得到如下测试结果：
表1：本实施例与对照组中PVC颗粒的性能测试结果
分析以上试验数据发现，本发明中的PVC树脂颗粒，与对照组相比，拉伸强度和断裂伸长率更高，因此可以判断该型树脂具有更好的韧性，不容易断裂。此外，数据还表明，在低温状态下，本发明提供的树脂颗粒的性能稳定性更好，其断裂伸长率和拉伸强度和变化率更低，因此该材料在低温状态脆化程度更低，能够很好的保持材料的强度，不容易开裂。此外，本发明的PVC树脂材料的维卡软化温度更高，耐热性较好，抗冲击性能更好，材料的强度更加优秀，适合用于门窗塑钢型材的制备。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂，其特征在于，按照质量份数，所述PVC树脂的组分包括：PVC 100-120份，ACR加工助剂4-7份，填料18-25份，耐寒增韧剂6-9份，聚乙烯蜡0.5-1.2份，复合稳定剂1-3份，紫外线吸收剂0.4-0.8份，抗氧剂0.2-0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂，其特征在于：按照质量份数，所述PVC树脂的组分包括：PVC 107-115份，ACR加工助剂5-6份，填料19-23份，耐寒增韧剂7-8份，聚乙烯蜡0.8-1.1份，复合稳定剂1.7-2.4份，紫外线吸收剂0.5-0.7份，抗氧剂0.3-0.4份。
3.根据权利要求2所述的一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂，其特征在于：按照质量份数，所述PVC树脂的组分包括：PVC 110份，ACR加工助剂5.5份，填料21份，耐寒增韧剂7份，聚乙烯蜡0.9份，复合稳定剂2.2份，紫外线吸收剂0.6份，抗氧剂0.4份。
4.根据权利要求1所述的一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂，其特征在于：所述耐寒增韧剂的制备方法包括如下步骤：
（1）按照质量份数，将反应釜内的温度升高至150-180℃，然后充入氮气气氛进行保护，将100份己二酸、73份二甘醇和0.5g氟钛酸钾催化剂加入到反应釜中，升高反应釜内温度至200-205℃，保温并酯化反应7-8h，将产物蒸馏纯化，向纯化后的产物中加入0.8份钛酸异丙酯，在225-230℃，65-70Pa气压条件下缩聚反应5-7h，得到预聚体，然再向反应釜内加入2.5g扩链剂，以260-270℃的温度搅拌8-10h，得到所需弹性体A；
（2）将天然胶乳、羟基化丁苯胶乳和丙烯酸胶乳按照3:5:1的质量比混合，然后向胶乳中加入0.5wt%的酪蛋白和2wt%的变性淀粉，分散均匀，得到所需固含量为50%的复合胶乳，将双(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇加入到2倍质量的去离子水中分散，得到成核剂乳液，将20份成核剂乳液和80份复合胶乳混合搅拌，然后将混合物乳液，通过喷雾干燥器喷雾干燥处理得到橡胶粉B；
（3）将聚氟化碳以350-400℃的温度预热处理15-20min，然后降低至室温；按照8:4:1:1:1的质量比将二氧化硅、硫酸钡、氮化铝、硼化钛和聚氟化碳混合，然后向混合料中加入酒精，在行星球磨机中湿磨4-5h，球磨后的粉体以80-82℃的温度烘干，得到所需填料；
（4）将55份弹性体A，20份橡胶粉B，15份偏氟醚橡胶，9.5份苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物，70份填料和6份交联剂加入到密炼机中，以160-165℃的温度密炼15-20min，然后再将混合料送入到烘箱中，在紫外线照射下，以180-185℃的温度交联反应1.5-2h，出炉后再塑化造粒并冷却，得到所需耐寒增韧剂。
5.根据权利要求4所述的一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂，其特征在于：所述步骤（1）中使用的扩链剂为乙二胺或三羟甲基丙烷。
6.根据权利要求4所述的一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂，其特征在于：所述步骤（4）中使用的交联剂为对氨基苯酚、双-3,4-二氨基苯基甲烷或四苯基锡。
7.根据权利要求1所述的一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂，其特征在于：所述填料为钛白粉和轻质碳酸钙按照6:1混合的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂，其特征在于：所述复合稳定剂中含有钙锌稳定剂和二月桂酸二正丁基锡。
9.根据权利要求1所述的一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂，其特征在于：所述紫外线吸收剂为紫外线吸收剂RMB、紫外线吸收剂UV-9或紫外线吸收剂UVP-327；抗氧剂为抗氧剂164、抗氧剂1076或抗氧剂TNP。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种耐寒防裂的门窗塑钢型材用PVC树脂，其特征在于，所述PVC树脂的制备方法为：
按照质量份数，将PVC、ACR加工助剂、填料、耐寒增韧剂、聚乙烯蜡、复合稳定剂、紫外线吸收剂、抗氧剂加入到双螺杆挤出机中共混塑化、挤出造粒；其中，双螺杆挤出机料筒的一区温度为170-180℃，二区温度为180-190℃，三区温度为190-195℃，四区温度为175-185℃；模头温度为200-210℃。
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