CN112226020B - 一种耐寒透明塑料颗粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及塑料领域，具体公开了一种耐寒透明塑料颗粒及其制备方法，耐寒透明塑料颗粒包括如下重量份数的原料：PVC树脂：50‑100份；对苯DOTP：50‑100份；大豆油：2‑8份；稳定剂：1‑3份；聚烯烃弹性体：20‑25份；氯化聚乙烯：15‑20份。本申请的耐寒透明塑料颗粒具有优异的耐寒性，在低温环境下的抗冲击强度较高；同时，其具有较好的透明度与耐光照老化性能。

Description

一种耐寒透明塑料颗粒及其制备方法
技术领域
本申请涉及塑料领域，更具体地说，它涉及一种耐寒透明塑料颗粒及其制备方法。
背景技术
PVC塑料具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性，是使用最广泛的塑料材料之一。PVC可分为软PVC和硬PVC，其中，软PVC可用于地板、天花板、鞋底以及皮革的表层。
如申请号为CN201610966970.6的中国专利申请中公开了一种纳米PVC透明型材，所述纳米PVC透明型材的原料按质量份数配比如下：PVC100份，纳米氧化锌3-7份，硬脂酸0.5-2.5份，DMP10-30份，邻苯二甲酸丁苄酯20-40份，聚己二酸丙二醇酯为10-30份，DOA20-40份，氯化石蜡10-20份，DIOP15-25份，癸二酸钙1.5-3.5份。
为增加软PVC的可塑性，上述技术方案中在软PVC中添加了邻苯二甲酸丁苄酯与聚己二酸丙二醇酯等增塑剂。然而，增塑剂的加入，导致软PVC在使用过程中出现变脆的现象,抗冲击强度较差，导致及其不易保存；尤其在低温条件下，随着温度的降低，软PVC愈来愈硬而脆，抗冲击强度快速下降。
申请内容
为了提高PVC的耐寒性能，使其在低温下具有良好的抗冲击强度,本申请提供一种耐寒透明塑料颗粒及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种耐寒透明塑料颗粒，采用如下的技术方案：
一种耐寒透明塑料颗粒，包括如下重量份数的原料：
PVC树脂：50-100份；
对苯DOTP：50-100份；
大豆油：2-8份；
稳定剂：1-3份；
聚烯烃弹性体：20-25份；
氯化聚乙烯：15-20份。
通过采用上述技术方案，由于采用聚烯烃弹性体与氯化聚乙烯,使得塑料具有良好的韧性与延展性，进而提高塑料在低温环境下的抗冲击强度，使其具有良好的耐寒性。
聚烯烃弹性体对塑料具有增韧效果，聚烯烃弹性体与聚氯乙烯共混能够提高塑料的韧性与耐寒性；而氯化聚乙烯与聚氯乙烯共混，反而会造成塑料韧性与延展性的下降。然而氯化聚乙烯在与聚烯烃弹性体和聚氯乙烯的共混体系中具有增溶剂的作用，其结构中含氯较高的链段与PVC等极性聚合物的相容性较好，其结构中含氯较低的链段则与聚烯烃等非极性聚合物的相容性较好。因此，氯化聚乙烯与聚烯烃弹性体具有协同作用，能够有效提高PVC塑料的韧性与延展性，从而提高其耐寒性。同时，韧性提高能够缓解塑料的老化分解，提高耐老化性能。
优选的，所述聚烯烃弹性体为粉末状。
通过采用上述技术方案，将聚烯烃弹性体研磨成粉末状，一方面，粉末状分散性好，能够提高其与聚氯乙烯的相容性，进而提高共混后的增强增韧效果；另一方面，聚烯烃弹性体的粒径减小，有利于可见光透过塑料，从而提高PVC塑料的透明度。
优选的，所述耐寒透明塑料的原料还包括重量份数为0.2-0.4份的抗氧剂，所述抗氧剂由重量比为(2-3):1的抗氧剂1010与抗氧剂168组成。
通过采用上述技术方案，抗氧剂能够有效防止光和热引起的黄变作用，提高PVC塑料的耐光照老化性能。抗氧剂1010通过捕获塑料老化降解产生的自由基而持续性发挥抗氧作用，抗氧剂168通过进一步降解老化塑料产生过氧化物实现抗氧作用，两者具有协同效果。
优选的，所述耐寒透明塑料的原料还包括重量份数为0.1-0.3份的紫外线吸收剂。
通过采用上述技术方案，紫外线吸收剂可有效地吸收紫外线，以降低紫外线对PVC塑料的氧化黄变作用，保持PVC塑料长期使用的透明度。且紫外线吸收剂与抗氧剂具有协同作用，两者配合使用，能够明显延缓PVC塑料的黄变，提高其耐光照性能。
优选的，所述耐寒透明塑料的原料还包括重量份数为0.05-0.2份的润滑剂，所述润滑剂包括硬脂酸钙和氧化聚乙烯蜡中的至少一种。
通过采用上述技术方案，润滑剂能够改善熔融物料的润滑性，从而提高物料的分散性，赋予PVC塑料良好的透明性与光泽。尤其是，硬质酸钙与氧化聚乙烯蜡两者皆为白色粉末，有利于可见光透过。
优选的，所述耐寒透明塑料的原料还包括重量份数为7-8份的填料，所述填料包括改性纳米云母粉与超细碳酸钙中的至少一种。
通过采用上述技术方案，添加适量的填料，使其与PVC共混，具有增加PVC塑料韧性的作用，从而改善PVC塑料低温下发脆、低温冲击性能差的缺陷。另外，纳米云母粉不仅具有良好的弹性，具有增强增韧的作用，还能够有效降低紫外线透过率，具有防止黄变，保持长期使用的透明度。超细碳酸钙具有增韧作用，同时，其粒径较小，有利于可见光透过塑料。
优选的，所述改性纳米云母粉按照如下制备工艺制得：
将纳米云母粉加热升温至50-70℃，加入重量为纳米云母粉重量3％-6％的硅烷偶联剂，混合均匀后降温出料。
通过采用上述技术方案，通过硅烷偶联剂对纳米云母粉进行改性，可提高纳米云母粉与PVC聚合物之间的亲和性，在PVC树脂与纳米云母粉两相之间形成界面层，增强树脂与填料之间的粘合强度,有利于提高PVC塑料的抗冲击强度,提高PVC塑料的耐光照性能，保持PVC塑料长期使用后的透明度。
第二方面，本申请提供一种耐寒透明塑料颗粒的制备方法，采用如下的技术方案：
一种耐寒透明塑料颗粒的制备方法，包括如下步骤：
S1:按照重量份数，将PVC树脂、对苯DOTP、大豆油、稳定剂聚烯烃弹性体、氯化聚乙烯、耐寒透明塑料的原料进行混合搅拌，搅拌的同时升温至120-130℃，使原料充分熔融，制得预混料；
S2:将预混料降温至60-70℃,通过螺杆挤出机挤出成型，制得耐寒透明塑料颗粒。
通过采用上述技术方案，在低于130℃下熔融，防止PVC分解；挤出时熔融料受到较大的挤压、摩擦和剪切作用，产生热量较多，温度上升较快，为防止物料分解导致PVC的韧性降低，需要在挤出前进行降温，以提高耐寒透明塑料颗粒的抗冲击强度。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请采用聚烯烃弹性体(POE)与氯化聚乙烯，由于氯化聚乙烯能够聚氯乙烯和聚烯烃弹性体(POE)共混体系其增容作用，因此两者具有协同效果，使得耐寒透明塑料获得良好的韧性与延展性。在同等测试条件下，采用聚烯烃弹性体(POE)与氯化聚乙烯制得的耐寒透明塑料，相比未采用聚烯烃弹性体(POE)与氯化聚乙烯制得的耐寒透明塑料，前者的脆化温度为-48℃，后者的脆化温度为-25℃。说明采用聚烯烃弹性体(POE)与氯化聚乙烯制得的耐寒透明塑料在低温环境下的抗冲击性能优越，耐寒性能显著提高。
2、本申请中优选采用超细碳酸钙与改性纳米云母粉一同配合，两者共同作用对耐寒透明塑料进行增韧，改善耐寒透明塑料的耐寒性。在同等测试条件下，采用超细碳酸钙与改性纳米云母粉制得的耐寒透明塑料，相比未采用超细碳酸钙与改性纳米云母粉制得的耐寒透明塑料，前者的脆化温度为-45℃，后者的脆化温度为-38℃。说明，采用超细碳酸钙与改性纳米云母粉制得的耐寒透明塑料在低温环境下的抗冲击性能优越，耐寒性能显著提高。
3、本申请中采用抗氧剂与紫外吸收剂一同配合，能够明显提高耐寒透明塑料的耐光照性能。在氙灯曝晒光老化试验箱中照射60天后，采用抗氧剂与紫外吸收剂制得的耐寒透明塑料，相比未采用抗氧剂与紫外吸收剂制得的耐寒透明塑料，前者的透光率下降22.5％，后者的透光率下降17.2％.说明，采用抗氧剂与紫外吸收剂，使得耐寒透明塑料的耐光照性能显著提高。
具体实施方式
以下通过实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例1,一种聚烯烃弹性体粉末,按照如下方法制得：
将购买自美国陶氏的聚烯烃弹性体(POE)放入球磨机中，研磨2小时，然后用双层500目的筛网过滤得到聚烯烃弹性体粉末。
制备例2,一种改性纳米云母粉，按照如下方法制得：
将D90为5μm的纳米云母粉放入反应釜内，搅拌并加热升温至70℃，加入纳米云母粉质量5％的硅烷偶联剂，搅拌30min，降温至25℃出料，制得改性纳米云母粉。
实施例1，一种耐寒透明塑料颗粒，按照如下步骤制得：
S1:将PVC树脂、对苯DOTP、大豆油、月桂酸马来酸二丁基锡(稳定剂)、聚烯烃弹性体、氯化聚乙烯加入高速搅拌缸，在480rpm的转速下进行搅拌，搅拌的同时升温至130℃，在130℃的温度下加热使5min，制得预混料；
S2:将预混料投入冷拌缸内，搅拌并冷却至70℃，然后通过异向双螺杆挤出机挤出造粒；挤出时，螺杆一段的温度为90℃，螺杆二段的温度为110℃，螺杆三段的温度为130℃，挤出后的塑料经切粒、筛分制得耐寒透明塑料颗粒。
实施例2-3，一种耐寒透明塑料颗粒，与实施例1的区别在于，各组分及其相应的配比如表1所示。
表1实施例1-3的组分及其相应含量配比表(㎏)
Figure BDA0002741186530000041
Figure BDA0002741186530000051
实施例4，一种耐寒透明塑料颗粒，与实施例1的区别在于，步骤1中添加的聚乙烯弹性体为制备例1中制得的聚乙烯弹性体粉末。
实施例5，一种耐寒透明塑料颗粒，与实施例1的区别在于，步骤S1中还添加有抗氧剂1010与抗氧剂168。
实施例6，一种耐寒透明塑料颗粒，与实施例1的区别在于，步骤S1中还添加有紫外线吸收剂uv329。
实施例7，一种耐寒透明塑料颗粒，与实施例1的区别在于，步骤S1中还添加有抗氧剂1010、抗氧剂168与紫外线吸收剂uv329。
实施例8，一种耐寒透明塑料颗粒，与实施例1的区别在于，步骤S1中还添加有润滑剂硬质酸钙与氧化聚乙烯蜡。
表2实施例5-8的组分及其相应含量配比表(㎏)
Figure BDA0002741186530000052
实施例9，一种耐寒透明塑料颗粒，与实施例1的区别在于，步骤S1中还添加有平均粒径为0.05μm的超细碳酸钙。
实施例10，一种耐寒透明塑料颗粒，与实施例1的区别在于，步骤S1中还添加有制备例2中制得的改性纳米云母粉。
实施例11，一种耐寒透明塑料颗粒，与实施例1的区别在于，步骤S1中还添加有平均粒径为0.1μm的超细碳酸钙与制备例2中制得的改性纳米云母粉。
实施例12，一种耐寒透明塑料颗粒，与实施例11的区别在于，步骤S1中还添加有平均粒径为0.05μm的超细碳酸钙与平均粒径为3μm的纳米云母粉。
实施例13，一种耐寒透明塑料颗粒，与实施例1的区别在于，步骤1中添加的聚乙烯弹性体为制备例1中制得的聚乙烯弹性体粉末，步骤S1中还添加有抗氧剂1010与抗氧剂168、紫外线吸收剂uv329、润滑剂硬质酸钙与氧化聚乙烯蜡、平均粒径为0.1μm的超细碳酸钙与制备例1中制得的改性纳米云母粉。
实施例14，一种耐寒透明塑料颗粒，与实施例1的区别在于，各组分的选择及用量如表3所示。
表3实施例9-14的组分及其相应含量配比表(㎏)
Figure BDA0002741186530000061
对比例1，一种耐寒透明塑料颗粒，与实施例1的区别在于，步骤S1中不添加聚烯烃弹性体。
对比例2，一种耐寒透明塑料颗粒，与实施例1的区别在于，步骤S1中不添加氯化聚乙烯。
对比例3，一种耐寒透明塑料颗粒，与实施例1的区别在于，步骤S1中不添加氯化聚乙烯与制备例1制得的聚烯烃弹性体粉末。
对比例4，一种纳米PVC透明型材，按照质量份数配比称取PVC100㎏，纳米氧化锌3㎏，硬脂酸0.5㎏，DMP10㎏，邻苯二甲酸丁苄酯20㎏，聚己二酸丙二醇酯为10㎏，DOA20㎏，氯化石蜡10㎏，DIOP15㎏，癸二酸钙1.5㎏；然后将PVC投入高速捏合机中，升温至85℃，加入剩余原料，捏合速度1750r/min，捏合5min；捏合后的材料放入双螺杆挤出机中，挤出温度为165℃，制得纳米PVC透明型材。
性能检测试验
试验1：塑料抗冲击强度测试试验样品：参照GB/T1843-2008中的要求，将实施例1-14与对比例1-4中的耐寒透明塑料颗粒制成的缺口试样。
试验方法：参照GB/T1843-2008中测量方法与测试装置测量试样的缺口冲击强度(试验在温度为23℃，湿度为50RH％的环境下进行)，测得的缺口冲击强度越高，则试样的抗冲击强度越高，试验结果如表4所示。
表4各实施例与对比例的抗冲击强度测试结果
Figure BDA0002741186530000071
试验结果分析：
结合实施例1-14和对比例1-4并结合表5可以看出，相比未采用聚烯烃弹性体(POE)与氯化聚乙烯制得的耐寒透明塑料，采用聚烯烃弹性体(POE)与氯化聚乙烯制得的耐寒透明塑料，后者的在常温环境下的抗冲击强度高。由于聚乙烯弹性体具有较好的增韧效果，能够提高塑料的韧性；而聚氯乙烯能够改善聚乙烯弹性体与聚乙烯树脂的相容性，在两者的一同配合下，有效提高耐寒透明塑料的抗冲击强度。
试验2：塑料脆化温度的测定：
试验样品：由实施例1-14与对比例1-4中的耐寒透明塑料颗粒制得的长20mm，宽2.5mm，厚2mm的试样。
试验方法：参照GB/T5470-2008中的测量方法与A型试验机进行性能检测试验，每次试验中，每组试验对象制作十个试样。以200cm/s±20cm/s的试验速度单次摆动冲头冲击试样，用图解法得到其中5个试样出现破损时的温度即为脆化温度，脆化温度越低，则试样的耐温性越好，抗冲击强度越高，试验结果如表5所示。
表5各实施例与对比例的脆化温度测试结果
Figure BDA0002741186530000072
Figure BDA0002741186530000081
试验结果分析：
(1)结合实施例1-14和对比例1-4并结合表5可以看出，相比未采用聚烯烃弹性体(POE)与氯化聚乙烯制得的耐寒透明塑料，采用聚烯烃弹性体(POE)与氯化聚乙烯制得的耐寒透明塑料，后者的脆化温度较低，表明其在低温环境下的抗冲击强度高，耐寒性较好。由于聚乙烯弹性体具有较好的增韧效果，能够有效改善提高塑料的韧性；而聚氯乙烯能够改善聚乙烯弹性体与聚乙烯树脂的相容性，在两者的一同配合下，有效提高耐寒透明塑料的抗冲击强度，从而降低耐寒透明塑料的脆化温度，提高其耐寒性。
(2)结合实施例1和对比例1-3并结合表5可以看出，相比未采用聚烯烃弹性体(POE)与氯化聚乙烯的对比例3，对比例1仅添加氯化聚乙烯，制得的耐寒透明塑料脆化温度由-25℃上升至-20℃，抗冲击强度下降，耐温性较差；而对比例2仅添加聚烯烃弹性体(POE)，制得的耐寒透明塑料脆化温度由-25℃下降至-34℃，抗冲击强度增加，耐寒性较好。实施例1同时采用聚烯烃弹性体(POE)与氯化聚乙烯，制得的耐寒透明塑料的脆化温度为-38℃，低于对比例1-3，表明，同时采用聚烯烃弹性体(POE)与氯化聚乙烯具有协同作用，使得耐寒透明塑料耐寒性显著提高。
(3)结合实施例9-11与表5可以看出，相比实施例1，实施例9与实施例10分别采用超细碳酸钙与改性纳米云母粉，制得的耐寒透明塑料的脆化温度降至-40℃与-42℃，耐寒性提高。而同时采用超细碳酸钙与改性纳米云母粉的实施例11，其脆化温度为-45℃，表明超细碳酸钙与改性纳米云母粉一同配合，使得耐寒透明塑料的耐寒性显著提高。
试验3：塑料透光率测试试验样品：实施例5-13、对比例4中的耐寒透明塑料颗粒制得的半径为50mm，厚度为1.5mm的PVC圆片。
试验方法：参照GB/T2410-2008中的测试方法，采用WGT-S透光率/雾度测试仪。测试装置进行性能检测试验，塑料透光率越高，则透明度越高，测试结果如表6所示。
试验4：塑料耐光照性能测试试验样品：实施例5-13、对比例4中的耐寒透明塑料颗粒制得的半径为50mm，厚度为1.5mm的PVC圆片。
试验方法：参照GB/T16422.2—1999中的测试方法，采用氙灯曝晒光老化试验箱中照射60天；然后再按GB/T2410-2008中的测试方法，采用WGT-S透光率/雾度测试仪。测得塑料透光率(60d)越高，则其透明度越高，耐光照性能越好，测试结果如表6所示。
表6透光率与耐光照性能测试结果(％)
Figure BDA0002741186530000091
试验结果分析：
(1)结合实施例1-13和对比例4并结合表6可以看出，实施例1-13的透光率、在氙灯曝晒光老化试验箱中照射60天后的透光率均高于相关技术中的耐寒透明塑料，说明了本申请中制得的耐寒透明塑料具有较好的透明度，且实施例1-13在同等光照条件照射后的透光率下降值均小于对比例4，说明本申请得的耐寒透明塑料具有优异的耐光照性能。
(1)结合实施例1和实施例5-7并结合表6可以看出，采用抗氧剂与紫外线吸收剂均能够提高的耐光照性能，能够有效防止塑料发生黄变，进而保持塑料的透明度。且同时采用抗氧剂与紫外线吸收剂具有协同作用，使得塑料的耐光照性能显著提高。
(2)结合实施例1和实施例9-11并结合表5和表6可以看出，添加超细碳酸钙与改性纳米云母粉，能够提高耐寒透明塑料的柔韧性，从而减少耐寒透明塑料的分解，进而提高耐寒透明塑料的耐光照性能，延缓透光率的下降速率。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种耐寒透明塑料颗粒，其特征在于，包括如下重量份数的原料：
PVC树脂：50-100份；
对苯DOTP：50-100份；
大豆油：2-8份；
稳定剂：1-3份；
润滑剂：0.05-0.2份；
聚烯烃弹性体：20-25份；
氯化聚乙烯：10-15份；
填料：7-8份；
所述填料包括改性纳米云母粉与超细碳酸钙中的至少一种；
所述润滑剂包括硬脂酸钙和氧化聚乙烯蜡中的至少一种；
所述聚烯烃弹性体为粉末状，且聚烯烃弹性体粉末按照如下方法制得：
将购买自美国陶氏的聚烯烃弹性体放入球磨机中，研磨2小时，然后用双层500目
的筛网过滤即得。
2.根据权利要求1所述的一种耐寒透明塑料颗粒，其特征在于：所述耐寒透明塑料的原料还包括重量份数为0.2-0.4份的抗氧剂，所述抗氧剂由重量比为（2-3）:1的抗氧剂1010与抗氧剂168组成。
3.根据权利要求1所述的一种耐寒透明塑料颗粒，其特征在于：所述耐寒透明塑料的原料还包括重量份数为0.1-0.3份的紫外线吸收剂。
4.根据权利要求1所述的一种耐寒透明塑料颗粒，其特征在于：所述改性纳米云母粉按照如下制备工艺制得：
将纳米云母粉加热升温至50-70℃，加入重量为纳米云母粉重量3%-6%的硅烷偶联剂，混合均匀后降温出料。
5.权利要求1-4任一所述的一种耐寒透明塑料颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:按照重量份数，将PVC树脂、对苯DOTP、大豆油、稳定剂、聚烯烃弹性体、氯化聚乙烯、耐寒透明塑料颗粒的其他原料进行混合搅拌，搅拌的同时升温至120-130℃，使原料充分熔融，制得预混料；
S2:将预混料降温至60-70℃,通过螺杆挤出机挤出成型，制得耐寒透明塑料颗粒。
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