CN111019263A - 一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及喷雾器技术领域，尤其是涉及一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料及其制备方法。所述高韧性阻燃的喷雾器壳体材料，包括以下重量份的组分：PVC 60‑70份、玄武岩纤维20‑25份、硅烷偶联剂5‑8份、复合稳定剂3‑5份、UV‑9 2‑3份、硬脂酸钙3‑5份、碳酸钙10‑15份，其能够在长时间暴露在阳光下仍保持较高的韧性，具有优异的韧性、阻燃性能、抗老化性和加工性能。本申请的壳体材料通过混料和挤出造粒的工序制备而得，具有工序简单、操作方便的特点，便于壳体材料的批量生产。

Description

一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及喷雾器技术领域，尤其是涉及一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料及其制备方法。
背景技术
喷雾器是利用空吸作用将药水或其他液体变成雾状，均匀地喷射到其他物体上的器具，在农村喷雾器是防治病虫害不可缺少的重要农具。喷雾器壳体是喷雾器中重要组成部分之一，用于盛装需要喷洒的液体。
现有的喷雾器壳体为达到重量轻、韧性高、阻燃性能好的目的，通常采用PVC(聚氯乙烯)加以制备。在农作时，喷雾器需要长时间暴露在阳光下。而PVC在100℃以上或经长时间阳光暴晒，就会发生分解而产生氯化氢有毒气体，并进一步自动催化分解，引起变色，其机械性能也随之迅速下降，使得喷雾器壳体难以承受药水等液体的重量而发生开裂等现象。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料，其长时间暴露在阳光下仍具有优异的韧性。
本发明的目的之二是提供一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料的制备方法，其工序简单、操作方便，便于喷雾器壳体材料的批量生产。
本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：
一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料，包括以下重量份的组分：PVC 60-70份、玄武岩纤维20-25份、硅烷偶联剂5-8份、复合稳定剂3-5份、UV-9 2-3份、硬脂酸钙3-5份、碳酸钙10-15份。
通过采用上述技术方案，本申请中，PVC和玄武岩纤维本身的阻燃等级达到UL94-V0，碳酸钙为不可燃盐，而其他加工助剂的添加量相对较小，由此使得其制得的壳体材料具有优异的阻燃性能。
另外，玄武岩纤维是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁、二氧化钛等氧化物组成，不仅强度高，而且具有优异的耐腐蚀、耐高温的特点，其能与碳酸钙一同作用，有效提高壳体材料的韧性和抗老化性。倘若PVC因老化而出现机械性能下降的情况，玄武岩纤维依旧能够对其起到牵扯的作用，有效降低壳体发生开裂的概率。
硅烷偶联剂能够对玄武岩纤维加以改性，在其分子表面增加纳米二氧化硅离子，有效提高玄武岩纤维的表面粗糙度和化学稳定性。此外，硅烷偶联剂能够同时与玄武岩纤维和PVC基体反应，作为中间桥梁更好的连接玄武岩纤维和PVC，以此保证玄武岩纤维能够有效发挥其增韧、改善抗老化以及阻燃的性能，提高壳体材料的整体性能。
复合稳定剂和UV-9(抗紫外剂)能够直接作用于PVC，对PVC的高温稳定性和光稳定性加以改善，有效减缓PVC的老化。
硬脂酸钙能够改善混有玄武岩纤维的PVC的流动性；碳酸钙在补强的同时，还能便于壳体材料的脱模；两者协同作用，改善壳体材料的加工性能。
由此，本申请通过在PVC中同时添加玄武岩纤维、复合稳定剂和UV-9，有效增加了PVC分子间以及分子本身的稳定性，再配合其他加工助剂，使其制得的壳体材料能够在长时间暴露在阳光下仍保持较高的韧性，具有优异的韧性、阻燃性能、抗老化性和加工性能。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述玄武岩纤维为经过表面处理的改性玄武岩纤维。
通过采用上述技术方案，玄武岩纤维表面较为光滑，经过表面处理的改性玄武岩纤维其表面的纳米二氧化碳能够有效增加，以此具有较大的表面积和粗糙度，在硅烷偶联剂的作用下能够稳定粘结于PVC分子中，进一步提高壳体材料的韧性和抗老化性。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述改性玄武岩纤维的制备方法，包括以下步骤：
①、预热干燥：将玄武岩纤维放入干燥箱中，于250℃的温度下加热30min；
②、低温等离子处理：将干燥后的玄武岩纤维放入低温等离子处理器中，控制等离子功率为250W，离子柄移动速度为10mm/s，得到纤维处理料；
③、浸泡处理：将纤维处理料用0.6wt％的硅烷偶联剂浸泡3h，得到纤维浸泡料；
④、干燥固定：取出纤维浸泡料并沥干硅烷偶联剂，于100℃的温度下干燥10min，即得最终的改性玄武岩纤维。
通过采用上述技术方案，本申请通过预热干燥先对玄武岩纤维中水分去除，有效提高硅烷偶联剂的吸附效率。相对于酸碱处理玄武岩纤维的方式，低温等离子体能够给玄武岩纤维表面增加或引入-COOH、-C＝O、-OH等性的活性基团，改善玄武岩纤维的浸润性，从而使得其与PVC反应程度增大。另一方面，低温等离子体对玄武岩纤维表面产生轻微腐蚀，使得玄武岩纤维的比表面积提高，有利于玄武岩纤维与PVC更好的结合。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：步骤①中，所述玄武岩纤维的直径为2-7μm，干燥后所述玄武岩纤维的含水率≤0.1％。
通过采用上述技术方案，玄武岩纤维的改性效果较为优异，由此制得的改性玄武岩纤维能够有效改善壳体材料的韧性和抗老化性。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述硅烷偶联剂为KH550和KH580的混合物。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述KH550和KH580的重量比为1:1。
通过采用上述技术方案，KH550为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，能够有效促进PVC与玄武岩纤维的粘结，提高壳体材料的韧性。KH580为γ-巯丙基三乙氧基硅烷，能对玄武岩纤维的表面加以改性，增加玄武岩纤维在PVC中的分散性。本申请中KH550和KH580相互配合，且当其重量比为1:1时，能够有效增加PVC与玄武岩纤维的粘结效果，进而进一步提高壳体材料的韧性和抗老化性。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述复合稳定剂为稀土稳定剂与季戊四醇的混合物。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述稀土稳定剂与季戊四醇的重量比为2:1。
通过采用上述技术方案，稀土稳定剂与季戊四醇为无毒热稳定剂，能够减少壳体材料对环境的污染。其中，稀土稳定剂与氯元素之间有较强的吸引力，可起到控制游离氯元素的作用，从而阻止或延缓氯化氢的自动氧化连锁反应。此外，稀土稳定剂可对PVC加工中的氧和PVC本身含有的离子型杂质进行物理吸附，并进入稀土多功能稳定性的晶格穴中，避免了杂质对PVC中C-Cl键的冲击振动，提高PVC脱HCl的活化能。季戊四醇中含有四个端位羟基，其能够与稀土稳定剂发生协同作用，吸收PVC降解时产生的HCl，对PVC具有优异的长期热稳定性。其中，当两者的重量比为2:1时，其达到的热稳定性效果达到最优，因此将其作为优选。
与此同时，稀土稳定剂还能与碳酸钙具有独特的欧联作用，同时促进PVC的塑化效果，进而可以增加碳酸钙的用量而减少硬脂酸钙的用量，降低壳体材料的生产成本。
本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：
一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料的制备方法，包括以下步骤：
a、混料：将PVC、复合稳定剂、UV-9投入搅拌机中，200-250r/min搅拌2-3min，依次加入玄武岩纤维、硅烷偶联剂、硬脂酸钙和碳酸钙，升温至100-103℃预热，继续搅拌5-8min，得到混合料；
b、挤出造粒：将预混料投入双螺杆挤出机中，设置一段温度为185-190℃、二段温度为175-180℃、三段温度为160-165℃、四段温度为150-155℃、机头温度为190-195℃、螺杆转速为5-8r/min、牵引速度为1-1.5m/min，挤出后造粒，得到喷雾器壳体材料。
通过采用上述技术方案，本申请先将PVC、复合稳定剂和UV-9进行混合，以此减少PVC的老化，为后续其他原料加入后的加热搅拌做好准备，保证PVC优良的机械性能。按照上述制备方法能够制得高韧性、抗老化优异的壳体材料，具有工序简单、操作方便的特点，便于壳体材料的批量生产。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请通过在PVC中同时添加玄武岩纤维、复合稳定剂和UV-9，有效增加了PVC分子间以及分子本身的稳定性，再配合其他加工助剂，使其制得的壳体材料能够在长时间暴露在阳光下仍保持较高的韧性，具有优异的韧性、阻燃性能、抗老化性和加工性能；
2.本申请玄武岩纤维经过低温等离子表面处理，其能够更加稳定的粘结于PVC分子中，进一步提高壳体材料的韧性和抗老化性；
3.本申请的硅烷偶联剂为KH550和KH580的混合物，复合稳定剂选用稀土稳定剂与季戊四醇的混合物，由此制得的壳体材料具有更为优异的抗老化性能；
4.本申请的壳体材料通过混料和挤出造粒的工序制备而得，具有工序简单、操作方便的特点，便于壳体材料的批量生产。
附图说明
图1是制备改性玄武岩纤维的工艺流程图；
图2是制备喷雾器壳体材料的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
1、原料
1.1、PVC：以宁波奥科聚合物新材料有限公司、牌号为TAK75的PVC材料为例；
1.2、玄武岩纤维：
纤维原料购自深圳市天之途科技有限公司，长度为12mm、直径为2-7μm；本申请具体以改性玄武岩纤维和玄武岩纤维原料为例。
上述改性玄武岩纤维的制备方法，参见图1，包括以下步骤：
①、预热干燥：将玄武岩纤维原料放入干燥箱中，于250℃的温度下加热30min，至玄武岩纤维的含水率为0.09％；
②、低温等离子处理：将干燥后的玄武岩纤维放入低温等离子处理器中，控制等离子功率为250W，离子柄移动速度为10mm/s，得到纤维处理料；
③、浸泡处理：将纤维处理料用0.6wt％的硅烷偶联剂KH580浸泡3h，得到纤维浸泡料；
④、干燥固定：取出纤维浸泡料并沥干硅烷偶联剂，于100℃的温度下干燥10min，即得最终的改性玄武岩纤维。
1.3、稀土稳定剂：以稀土稳定剂XT-1为例，购自山东优索化工，货号为I91819115。
其他原料均为市售产品，其参数差异对本申请壳体材料的性能影响可以忽略不计，因此不再进一步展开。
2、实施例
2.1、实施例1
一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料，包括以下重量份的组分：PVC 65份、玄武岩纤维22份、硅烷偶联剂6份、复合稳定剂4份、UV-9 2份、硬脂酸钙4份、碳酸钙15份。
上述高韧性阻燃的喷雾器壳体材料的制备方法，参见图2，包括以下步骤：
a、混料：将PVC、复合稳定剂(XT-1与季戊四醇按重量比为2:1的混合物)、UV-9投入搅拌机中，220r/min搅拌3min，依次加入玄武岩纤维(改性玄武岩纤维)、硅烷偶联剂(KH550和KH580按重量比为1:1的混合物)、硬脂酸钙和碳酸钙，升温至102℃预热，继续搅拌6min，得到混合料；
b、挤出造粒：将预混料投入双螺杆挤出机中，设置一段温度为185℃、二段温度为180℃、三段温度为165℃、四段温度为152℃、机头温度为192℃、螺杆转速为6r/min、牵引速度为1.2m/min，挤出后造粒，得到喷雾器壳体材料。
2.2、实施例2-4
实施例2-4均在实施例1的方法基础上，对组分及其工艺参数进行调整，具体调整情况参见下表一。
表一实施例1-4的组分及工艺参数表
Figure BDA0002333209050000071
2.3、实施例5
实施例5在实施例1的方法基础上，将改性玄武岩纤维改为玄武岩纤维原料。
2.4、实施例6-8
实施例6-8在实施例1的方法基础上，对硅烷偶联剂进行调整，其中实施例6的硅烷偶联剂为KH550，实施例7的硅烷偶联剂为KH580，实施例8的硅烷偶联剂为重量比为1:2的KH550和KH580的混合物。
2.5、实施例9-10
实施例9-10在实施例1的方法基础上，对复合稳定剂进行调整，其中实施例9的复合稳定剂为重量比为1:1的稀土稳定剂XT-1和季戊四醇的混合物，实施例10的复合稳定剂为重量比为1:2的稀土稳定剂XT-1和钙锌稳定剂。
3、对比例
3.1、对比例1
对比例1在实施例1的方法基础上，未添加改性玄武岩纤维。
3.2、对比例2
对比例2在实施例1的方法基础上，未添加复合稳定剂。
4、性能检测
将上述实施例1-10以及对比例1-2的壳体材料进行如下性能检测，检测结果参见下表二。
4.1、阻燃性：按照UL94阻燃等级测试方法测定；
4.2、低温冲击性能(-18℃)：按照GB/T 1843/A-2008的标准进行测定；
4.3、弯曲性能：按照GB/T 9341-2008的标准进行测定；
4.4、抗老化性：按照ASTM D5028-2009的标准进行测定，置于100℃、340nm紫外线的环境中72h，测定样品的低温冲击性能和弯曲性能的下降率；
4.5、加工性能：目测。
表二实施例1-10以及对比例1-2的检测结果
Figure BDA0002333209050000081
参见表二，将实施例1-10与对比例1-2的检测结果进行比较，可以看出，本申请通过在PVC中同时添加玄武岩纤维、复合稳定剂和UV-9，有效增加了PVC分子间以及分子本身的稳定性，再配合其他加工助剂，使其制得的壳体材料能够在长时间暴露在阳光下仍保持较高的韧性，具有优异的韧性、阻燃性能、抗老化性和加工性能。
将实施例1与实施例5的检测结果进行比较，可以看出，本申请使用经过表面处理的改性玄武岩纤维，该纤维其能够更加稳定的粘结于PVC分子中，进一步提高壳体材料的韧性和抗老化性。
将实施例1与实施例6-8的检测结果进行比较，可以看出，本申请使用的硅烷偶联剂为KH550和KH580的混合物，且KH550和KH580的重量比为1:1时，能够有效增加PVC与玄武岩纤维的粘结效果，进而进一步提高壳体材料的韧性和抗老化性。
将实施例1与实施例9-10的检测结果进行比较，可以看出，本申请使用的复合稳定剂为稀土稳定剂与季戊四醇的混合物，且稀土稳定剂与季戊四醇的重量比为2:1时，其达到的热稳定性效果达到最优，能对PVC具有优异的长期热稳定性，因此将其作为优选。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：PVC 60-70份、玄武岩纤维20-25份、硅烷偶联剂5-8份、复合稳定剂3-5份、UV-9 2-3份、硬脂酸钙3-5份、碳酸钙10-15份。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料，其特征在于，所述玄武岩纤维为经过表面处理的改性玄武岩纤维。
3.根据权利要求2所述的一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料，其特征在于，所述改性玄武岩纤维的制备方法，包括以下步骤：
①、预热干燥：将玄武岩纤维放入干燥箱中，于250℃的温度下加热30min；
②、低温等离子处理：将干燥后的玄武岩纤维放入低温等离子处理器中，控制等离子功率为250W，离子柄移动速度为10mm/s，得到纤维处理料；
③、浸泡处理：将纤维处理料用0.6wt％的硅烷偶联剂浸泡3h，得到纤维浸泡料；
④、干燥固定：取出纤维浸泡料并沥干硅烷偶联剂，于100℃的温度下干燥10min，即得最终的改性玄武岩纤维。
4.根据权利要求1所述的一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料，其特征在于，步骤①中，所述玄武岩纤维的直径为2-7μm，干燥后所述玄武岩纤维的含水率≤0.1％。
5.根据权利要求1所述的一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH550和KH580的混合物。
6.根据权利要求5所述的一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料，其特征在于，所述KH550和KH580的重量比为1:1。
7.根据权利要求1所述的一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料，其特征在于，所述复合稳定剂为稀土稳定剂与季戊四醇的混合物。
8.根据权利要求7所述的一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料，其特征在于，所述稀土稳定剂与季戊四醇的重量比为2:1。
9.权利要求1-8中任意一项所述的一种高韧性阻燃的喷雾器壳体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、混料：将PVC、复合稳定剂、UV-9投入搅拌机中，200-250r/min搅拌2-3min，依次加入玄武岩纤维、硅烷偶联剂、硬脂酸钙和碳酸钙，升温至100-103℃继续搅拌5-8min，得到混合料；
b、挤出造粒：将预混料投入双螺杆挤出机中，设置一段温度为185-190℃、二段温度为175-180℃、三段温度为160-165℃、四段温度为150-155℃、机头温度为190-195℃、螺杆转速为5-8r/min、牵引速度为1-1.5m/min，挤出后造粒，得到喷雾器壳体材料。
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