CN109096658A - 一种改性pvc粒料及其制备方法 - Google Patents

一种改性pvc粒料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种改性PVC粒料及其制备方法，按重量计使用以下原料制备：PVC树脂50‑60份、增塑剂3‑5份、抗老化剂0.8‑1份、改性二氧化硅气凝胶12‑15份；本申请中在PVC粒料制备过程中加入增塑剂、抗老化剂，为了进一步提升PVC的阻燃效果及耐高温效果，本申请在原料中加入了改性二氧化硅气凝胶，加入后，通过对二氧化硅气凝胶进行改性处理，显著提升了二氧化硅气凝胶与PVC树脂材料的相容性，提升了材料的阻燃及耐高温性能。

Description

一种改性PVC粒料及其制备方法
技术领域
本发明属于环保新材料领域，具体涉及一种改性PVC粒料及其制备方法。
背景技术
聚氯乙烯可由乙烯、氯和催化剂经取代反应制成。由于其防火耐热作用，聚氯乙烯被广泛用于各行各业各式各样产品： 电线外皮、光纤外皮、鞋、手袋、袋、饰物、招牌与广告牌、建筑装潢用品、门帘、卷门、辅助医疗用品、手套、某些食物的保鲜纸、某些时装等，但是，PVC在使用时需要加入各种填料来提升树脂的性能。
气凝胶，又称为干凝胶。当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。如明胶、阿拉伯胶、硅胶、毛发、指甲等。气凝胶也具凝胶的性质，即具膨胀作用、触变作用、离浆作用。二氧化硅气凝胶可以作为有机物材料加工的填料，但是，直接使用虽然具有一定的增强作用，但是，会对其他性能造成较大的损害，而且效果不十分明显。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性PVC粒料，通过加入改性二氧化硅气凝胶填料，提升PVC粒料的综合性能。
本发明通过以下技术方案实现：
一种改性PVC粒料，按重量计使用以下原料制备：
PVC树脂50-60份、增塑剂3-5份、抗老化剂0.8-1份、改性二氧化硅气凝胶12-15份；
所述改性二氧化硅气凝胶制备方法包括以下步骤：
（1）、将凹凸棒土加入其重量3-5倍的质量分数为5%的硝酸溶液浸泡处理10-15min，然后使用去离子水清洗3-4遍，然后在420-425℃下处理2-3h，将处理后的凹凸棒土加入其重量4倍的去离子水中，搅拌15-20min使凹凸棒土分散，形成悬浊液；
（2）、制备改性沥青，将沥青破碎，过200目筛，将沥青与质量分数1%的草酸溶液按重量比1:2的比例混合，然后加入沥青重量2.5%的十六烷基三甲基溴化铵，在450-520r/min转速下搅拌20-25min，然后升温至120-125℃，在1200-1500r/min的转速下搅拌10-15min，得到乳化沥青；
（3）、将正硅酸乙酯15份、无水乙醇20份、硅烷偶联剂KH550 1.2份、质量分数5%的盐酸6份混合，搅拌均匀，得到溶液A；
（4）、将步骤（1）得到的悬浊液、步骤（2）得到的乳化沥青、步骤（3）得到的溶液A、玻璃纤维按重量比10-12:1-2:22-25：2-5的比例混合，搅拌处理1-2h，然后向混合液中滴加质量分数5%的氨水溶液，得到混合凝胶；
（5）、将步骤（4）得到的混合凝胶在18-22℃下静置保温处理1-1.5h，然后在300-350r/min的转速下搅拌处理2-3h；
（6）、将步骤（5）处理好的混合凝胶使用疏水剂进行疏水处理22-25h，然后干燥处理1-1.2h，得到改性二氧化硅气凝胶。
由于直接在PVC合成过程中加入二氧化硅气凝胶对于PVC阻燃性能的提升较小，而且不易在树脂中分散，所以，本申请对对二氧化硅气凝胶进行改性，在改性过程中，利用凹凸棒土、玻璃纤维及改性沥青对二氧化硅气凝胶进行改性，本申请中在二氧化硅气凝胶制备过程中使用硅烷偶联剂，在二氧化硅气凝胶表面接枝出C=C和C=O在双键，双键的引入可以提升二氧化硅气凝胶、改性沥青和凹凸棒土表面的活性，提升其复合的强度。在PVC与二氧化硅气凝胶复合过程中，由于改性后的二氧化硅气凝胶经过处理具有良好的表面活性，使得二氧化硅气凝胶能够在PVC体系中更好的分散，提升分散效果，也可以提升PVC的性能的均匀性，由于改性二氧化硅气凝胶表面也带有活性双键，在PVC合成时，能够起到接枝的效果，使PVC与二氧化硅气凝胶键合，提升材料性能。
本申请改性二氧化硅气凝胶使用了凹凸棒土，具有多孔性和超大比表面积，结合使用了多孔材料，使得PVC具有良好的隔热保温效果，也提升了PVC阻燃效果。
加入改性后的沥青后，能进一步提升材料的阻燃性能，而且沥青经过改性处理，能够更好的分散在凹凸棒土/二氧化硅气凝胶体系中，对于改性凹凸棒土在PVC体系中的性能有很好的保持，在PVC经受高温处理时，沥青能够发生形态的改变，吸收大量的热量，而且受热后，沥青不会发生脆断等情况，反而使得改性二氧化硅气凝胶能够在PVC体系中良好的相容，提升PVC高温下的性能，而且在高温下能提升PVC弹性体的弹性。
所述玻璃纤维经过改性处理，（1）、将玻璃纤维使用质量分数15%的硝酸溶液浸泡处理30min，然后将玻璃纤维使用去离子水清洗，烘干至恒重；
（2）、将氧化石墨加入其重量20倍的去离子水中，然后超声处理1-2h，得到氧化石墨水溶胶；
（3）、将步骤（1）处理好的玻璃纤维与步骤（2）中氧化石墨水溶胶按重量比1:2-3比例混合搅拌均匀，超声分散处理1-2h，烘干，得到改性玻璃纤维。
所述疏水剂按重量计由以下原料制成：正己烷8份、聚乙二醇5份、硬脂酸钠6.2份、六甲基二硅氮烷1.1份、甲基三乙氧基硅烷9份、水55份。
改性过程中使用玻璃纤维，能够提升各成分连接的强度，作为二氧化硅气凝胶、凹凸棒土等成分的支撑连接的桥梁，提升连接的强度；经过改性后的玻璃纤维由于表面复合有氧化石墨，大大改善了玻璃纤维分散性差的缺陷，使各成分在使用时能分散均匀。
在沥青破碎时，将沥青在-25℃下冷冻，然后进行破碎处理。
所述聚乙二醇为聚乙二醇2000。
所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。
所述抗老化剂为防老剂364。
一种改性PVC粒料的制备方法，包括以下步骤：（1）将PVC树脂、增塑剂、抗老化剂、改性二氧化硅气凝胶按相应比例称取，烘干；
（2）将上述烘干的原料混合，搅拌处理50-60min；
（3）将混合后的原料使用双螺杆挤出机挤出、造粒，得到改性PVC粒料。
挤出机挤出温度为138-186℃。
本发明的有益效果：本申请中在PVC粒料制备过程中加入增塑剂、抗老化剂，为了进一步提升PVC的阻燃效果及耐高温效果，本申请在原料中加入了改性二氧化硅气凝胶，加入后，通过对二氧化硅气凝胶进行改性处理，显著提升了二氧化硅气凝胶与PVC树脂材料的相容性，在加工时，既可以显著提升树脂的阻燃性能，又能保证材料的加工性能，在二氧化硅气凝胶复合时，加入沥青、凹凸棒土、玻璃纤维使体系成为一体，提升了二氧化硅气凝胶在树脂中的分散性能，同时，在作为阻燃剂或者填料使用时，本申请中的改性二氧化硅气凝胶安全无毒，环保型高。由于凹凸棒土和二氧化硅气凝胶均多孔，但是孔径存在明显的区别，利于与树脂的结合和分散，提升处理的效果。
具体实施方式
实施例1
一种改性PVC粒料，按重量计使用以下原料制备：
PVC树脂55份、增塑剂3.8份、抗老化剂0.8份、改性二氧化硅气凝胶13份；
所述改性二氧化硅气凝胶制备方法包括以下步骤：
（1）、将凹凸棒土加入其重量3-5倍的质量分数为5%的硝酸溶液浸泡处理10-15min，然后使用去离子水清洗3-4遍，然后在425℃下处理2.5h，将处理后的凹凸棒土加入其重量4倍的去离子水中，搅拌18-20min使凹凸棒土分散，形成悬浊液；
（2）、制备改性沥青，将沥青破碎，过200目筛，将沥青与质量分数1%的草酸溶液按重量比1:2的比例混合，然后加入沥青重量2.5%的十六烷基三甲基溴化铵，在480-500r/min转速下搅拌22min，然后升温至124℃，在1350r/min的转速下搅拌15min，得到乳化沥青；
（3）、将正硅酸乙酯15份、无水乙醇20份、硅烷偶联剂KH550 1.2份、质量分数5%的盐酸6份混合，搅拌均匀，得到溶液A；
（4）、将步骤（1）得到的悬浊液、步骤（2）得到的乳化沥青、步骤（3）得到的溶液A、玻璃纤维按重量比11:1.5:23：3.5，搅拌处理1.5h，然后向混合液中滴加质量分数5%的氨水溶液，得到混合凝胶；
（5）、将步骤（4）得到的混合凝胶在20-22℃下静置保温处理1.5h，然后在330r/min的转速下搅拌处理2.5h；
（6）、将步骤（5）处理好的混合凝胶使用疏水剂进行疏水处理24h，然后干燥处理1h，得到改性凹凸棒土。
所述玻璃纤维经过改性处理，（1）、将玻璃纤维使用质量分数15%的硝酸溶液浸泡处理30min，然后将玻璃纤维使用去离子水清洗，烘干至恒重；
（2）、将氧化石墨加入其重量20倍的去离子水中，然后超声处理1-2h，得到氧化石墨水溶胶；
（3）、将步骤（1）处理好的玻璃纤维与步骤（2）中氧化石墨水溶胶按重量比1:2-3比例混合搅拌均匀，超声分散处理1-2h，烘干，得到改性玻璃纤维。
所述疏水剂按重量计由以下原料制成：正己烷8份、聚乙二醇5份、硬脂酸钠6.2份、六甲基二硅氮烷1.1份、甲基三乙氧基硅烷9份、水55份。
在沥青破碎时，将沥青在-25℃下冷冻，然后进行破碎处理。
所述聚乙二醇为聚乙二醇2000。
实施例2
一种改性PVC粒料，按重量计使用以下原料制备：
PVC树脂55份、增塑剂4.2份、抗老化剂0.9份、改性二氧化硅气凝胶12份。
实施例3
一种改性PVC粒料，按重量计使用以下原料制备：
PVC树脂58份、增塑剂4.5份、抗老化剂0.9份、改性二氧化硅气凝胶14份；
对比例1
与实施例1相比，二氧化硅气凝胶直接使用步骤（3）的方式制备。
对比例2
与实施例1相比，在二氧化硅气凝胶改性时不添加沥青。
对比例3
与实施例1相比，在二氧化硅气凝胶改性过程中，添加的沥青不经过改性处理。
对比例4
与实施例1相比，使用凹凸棒土代替改性二氧化硅气凝胶。
对比例5
与实施例1相比，在二氧化硅气凝胶改性时不复配凹凸棒土。
对比例6
与实施例1相比，在二氧化硅气凝胶改性时，不使用玻璃纤维。
对比例7
与实施例1相比，二氧化硅气凝胶制备时不对玻璃纤维进行改性。
对比例8
为不添加其他添加剂的PVC作为对照组。
本申请为了验证各实施例及对比例制备的PVC材料的性能，进行了如下测试，实验结果如表1；拉伸强度使用GB/T528-1998测定；
表1
由表1可知，本申请中的实施例制备的PVC弹性体具有更好的阻燃效果，而且，本申请中方法制备的PVC弹性体能够保持良好的加工性能。说明本申请对于二氧化硅气凝胶进行改性的效果显著，但是，在对二氧化硅气凝胶的改性方式改变后，改性的效果显著降低，本申请的效果显著降低，说明本申请通过对原料进行配比，并且对原料进行特殊处理，达到了意料不到的技术效果。
实验2
为了验证各实施例中方法制备的二氧化硅气凝胶的性能，对气凝胶性能进行测试，实验结果如表2
表2
由表2可知，本申请中的方法制备的二氧化硅气凝胶具有更大的比表面积，说明其吸附及在PVC中的附着能力更好，而且证明了加入改性沥青后能提升材料的隔热效果。

Claims (9)

1.一种改性PVC粒料，其特征在于，按重量计使用以下原料制备：
PVC树脂50-60份、增塑剂3-5份、抗老化剂0.8-1份、改性二氧化硅气凝胶12-15份；
所述改性二氧化硅气凝胶制备方法包括以下步骤：
（1）、将凹凸棒土加入其重量3-5倍的质量分数为5%的硝酸溶液浸泡处理10-15min，然后使用去离子水清洗3-4遍，然后在420-425℃下处理2-3h，将处理后的凹凸棒土加入其重量4倍的去离子水中，搅拌15-20min使凹凸棒土分散，形成悬浊液；
（2）、制备改性沥青，将沥青破碎，过200目筛，将沥青与质量分数1%的草酸溶液按重量比1:2的比例混合，然后加入沥青重量2.5%的十六烷基三甲基溴化铵，在450-520r/min转速下搅拌20-25min，然后升温至120-125℃，在1200-1500r/min的转速下搅拌10-15min，得到乳化沥青；
（3）、将正硅酸乙酯15份、无水乙醇20份、硅烷偶联剂KH550 1.2份、质量分数5%的盐酸6份混合，搅拌均匀，得到溶液A；
（4）、将步骤（1）得到的悬浊液、步骤（2）得到的乳化沥青、步骤（3）得到的溶液A、玻璃纤维按重量比10-12:1-2:22-25：2-5的比例混合，搅拌处理1-2h，然后向混合液中滴加质量分数5%的氨水溶液，得到混合凝胶；
（5）、将步骤（4）得到的混合凝胶在18-22℃下静置保温处理1-1.5h，然后在300-350r/min的转速下搅拌处理2-3h；
（6）、将步骤（5）处理好的混合凝胶使用疏水剂进行疏水处理22-25h，然后干燥处理1-1.2h，得到改性二氧化硅气凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种改性PVC粒料，其特征在于，所述玻璃纤维经过改性处理，（1）、将玻璃纤维使用质量分数15%的硝酸溶液浸泡处理30min，然后将玻璃纤维使用去离子水清洗，烘干至恒重；
（2）、将氧化石墨加入其重量20倍的去离子水中，然后超声处理1-2h，得到氧化石墨水溶胶；
（3）、将步骤（1）处理好的玻璃纤维与步骤（2）中氧化石墨水溶胶按重量比1:2-3比例混合搅拌均匀，超声分散处理1-2h，烘干，得到改性玻璃纤维。
3.根据权利要求1所述的一种改性PVC粒料，其特征在于，所述疏水剂按重量计由以下原料制成：正己烷8份、聚乙二醇5份、硬脂酸钠6.2份、六甲基二硅氮烷1.1份、甲基三乙氧基硅烷9份、水55份。
4.根据权利要求1所述的一种改性PVC粒料，其特征在于，在沥青破碎时，将沥青在-25℃下冷冻，然后进行破碎处理。
5.根据权利要求3所述的一种改性PVC粒料，其特征在于，所述聚乙二醇为聚乙二醇2000。
6.根据权利要求1所述的一种改性PVC粒料，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。
7.根据权利要求1所述的一种改性PVC粒料，其特征在于，所述抗老化剂为防老剂364。
8.一种权利要求1-7之一所述的改性PVC粒料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将PVC树脂、增塑剂、抗老化剂、改性二氧化硅气凝胶按相应比例称取，烘干；
（2）将上述烘干的原料混合，搅拌处理50-60min；
（3）将混合后的原料使用双螺杆挤出机挤出、造粒，得到改性PVC粒料。
9.根据权利要求8所述的改性PVC粒料的制备方法，其特征在于，挤出机挤出温度为138-186℃。
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