CN112321963A - 一种耐黄变型塑料合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐黄变型塑料合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐黄变型塑料合金材料及其制备方法，涉及塑料合金材料技术领域，所述耐黄变型塑料合金材料包括以下重量份数的组分：PVC 60‑80份、PC 20‑40份、填料20‑40份、增塑剂10‑30份、耐黄变剂0.5‑5份、热稳定剂0.5‑5份。本发明以PVC和PC作为主料，并添加填料、增塑剂、耐黄变剂和热稳定剂制备得到新型PVC/PC合金材料，该合金材料不仅兼容了PVC和PC的突出特性，还优化了PVC和PC的耐黄变性能，扩大了应用范围，保证了应用质量。

Description

一种耐黄变型塑料合金材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及塑料合金材料技术领域，具体涉及一种耐黄变型塑料合金材料及其制备方法。
背景技术：
聚氯乙烯，英文简称PVC，是氯乙烯单体在引发剂或在光、热作用下聚合而成的聚合物。PVC具有较高的硬度和力学性能，并随分子量的增大而提高，但随温度的升高而降低。PVC的热稳定性差，纯PVC在140℃就开始分解，到180℃就加速分解，而PVC的熔融温度为160℃，因此纯PVC很难用热塑性的方法加工。并且，PVC不耐光、氧、热，极易发生降解，引起制品颜色变化。
聚碳酸酯，英文简称PC，是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型，其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。仅有芳香族聚碳酸酯获得了工业化生产，由于聚碳酸酯结构上的特殊性，已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。聚碳酸酯具有突出的冲击韧性、透明性和尺寸稳定性，并具有优良的电绝缘性。但聚碳酸酯的熔融体黏度大，流动性差，并且耐磨性差。
结合PVC和PC的优缺点，本发明旨在制备一种PVC/PC合金，通过辅料和助剂的添加来优化合金的应用性能，尤其是耐黄变性能。耐黄变性能直接影响材料制品的外观质量和使用寿命，因此需要优化材料的耐黄变性能。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种耐黄变型塑料合金材料及其制备方法，先制备新型耐黄变剂，并在PVC和PC的基料中添加增塑剂、耐黄变剂和热稳定剂制得PVC/PC合金材料，所制材料具有突出的耐黄变性能。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种耐黄变型塑料合金材料，包括以下重量份数的组分：
PVC 60-80份、PC 20-40份、填料20-40份、增塑剂10-30份、耐黄变剂0.5-5份、热稳定剂0.5-5份；
所述耐黄变剂由D-硫代脯氨酸和4,4'-二羟基苯甲酮制成，反应方程式为：
Figure BDA0002701404550000021
所述耐黄变剂由酰氯化反应和取代反应组成，先将D-硫代脯氨酸溶于四氢呋喃中，滴加氯化亚砜进行反应，待D-硫代脯氨酸反应完全后停止反应，减压蒸馏除去四氢呋喃和氯化亚砜，加四氢呋喃溶解蒸馏剩余物，再加入4,4'-二羟基苯甲酮进行反应，并滴加缚酸剂，待4,4'-二羟基苯甲酮反应完全后停止反应，减压蒸馏除去四氢呋喃，加水打浆蒸馏剩余物，过滤，烘干，破碎成粉体。
所述D-硫代脯氨酸、氯化亚砜、4,4'-二羟基苯甲酮、缚酸剂的摩尔比为2:5:1:2。
所述缚酸剂为吡啶。以吡啶作为缚酸剂，可以即时与取代反应生成的氯化氢进行中和反应。
所述填料为粉煤灰、高岭土、滑石粉、碳酸钙中的一种或几种。通过填料的添加可以减少PVC和PC的用量，从而降低加工成本，并且填料的添加也可以优化材料的力学强度。
所述增塑剂为环氧大豆油、环氧亚麻油、环氧油酸丁酯、环氧油酸辛酯、环氧油酸癸酯中的一种或几种。增塑剂的添加可以优化PVC/PC的加工成型性，提高合金材料的柔韧性。
所述热稳定剂为钙锌稳定剂。钙锌稳定剂的添加可以提高PVC的热稳定性，在加工过程中有效减缓PVC的降解，并且钙锌稳定剂无毒无害，成本相对较低。
所述耐黄变型塑料合金材料的制备方法，向高速混合机中加入PVC、PC、填料、增塑剂、耐黄变剂、热稳定剂，混合均匀，并加入双螺杆挤出机中，加热塑化，挤出，冷却，得到PVC/PC合金材料。
所述双螺杆挤出机的螺杆转速为15-35rpm，各区温度控制在：机筒段一区150-160℃，二区160-170℃，三区170-180℃；模头一区170-180℃，二区180-190℃。
本发明所述PVC/PC合金材料的原料配方可以降低塑化加工的温度，进一步减少PVC降解反应的发生。
本发明还从填料入手，通过对填料的改性处理来进一步优化材料的耐黄变性能，具体选择以粉煤灰作为填料，以1-(2-((三异丙基甲硅烷基)氧代)苯基)乙酮作为改性剂，通过加热熔融将1-(2-((三异丙基甲硅烷基)氧代)苯基)乙酮插层到粉煤灰的层间，形成粉煤灰-1-(2-((三异丙基甲硅烷基)氧代)苯基)乙酮复合物。
所述填料为改性粉煤灰，先将粉煤灰烘干至恒重，再加入1-(2-((三异丙基甲硅烷基)氧代)苯基)乙酮，以5-10℃/min的升温速度加热至完全熔融后保温研磨，自然冷却，破碎成粉体，得到改性粉煤灰。
所述粉煤灰、1-(2-((三异丙基甲硅烷基)氧代)苯基)乙酮的质量比为10:5-10。
本发明的有益效果是：本发明以PVC和PC作为主料，并添加填料、增塑剂、耐黄变剂和热稳定剂制备得到新型PVC/PC合金材料，该合金材料不仅兼容了PVC和PC的突出特性，还优化了PVC和PC的耐黄变性能，扩大了应用范围，保证了应用质量。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
耐黄变剂的合成：先将8.70g D-硫代脯氨酸溶于四氢呋喃中，滴加17.85g氯化亚砜进行反应，反应温度为65℃，待D-硫代脯氨酸反应完全后停止反应，减压蒸馏除去四氢呋喃和氯化亚砜，加四氢呋喃溶解蒸馏剩余物，再加入6.42g 4,4'-二羟基苯甲酮进行反应，反应温度为85℃，并滴加4.74g吡啶，待4,4'-二羟基苯甲酮反应完全后停止反应，减压蒸馏除去四氢呋喃，加水打浆蒸馏剩余物，过滤，烘干，破碎成粉体。1H NMR(DMSO-d6,400MHz),δ:7.75(d,4H),7.43(d,4H),7.06(s,2H),3.52(m,2H),2.96-2.86(m,4H),2.59-2.34(m,4H)；ESI-MS:m/z＝470.08[M+2]+.
实施例1
PVC/PC合金材料的制备：向高速混合机中加入68份PVC、32份PC、22份粉煤灰、25份环氧油酸辛酯、4份耐黄变剂、3份热稳定剂CZ963，混合均匀，并加入双螺杆挤出机中，加热塑化，螺杆转速为25rpm，各区温度控制在：机筒段一区160℃，二区170℃，三区180℃；模头一区170℃，二区180℃，挤出，冷却，得到PVC/PC合金材料。
实施例2
PVC/PC合金材料的制备：向高速混合机中加入60份PVC、40份PC、25份粉煤灰、25份环氧油酸辛酯、5份耐黄变剂、3份热稳定剂CZ963，混合均匀，并加入双螺杆挤出机中，加热塑化，螺杆转速为25rpm，各区温度控制在：机筒段一区160℃，二区170℃，三区180℃；模头一区170℃，二区180℃，挤出，冷却，得到PVC/PC合金材料。
实施例3
将实施例1中的粉煤灰替换为改性粉煤灰，得到实施例3。
改性粉煤灰的制备：先将20g粉煤灰在110℃烘箱中烘干至恒重，再加入12g 1-(2-((三异丙基甲硅烷基)氧代)苯基)乙酮，以10℃/min的升温速度加热至完全熔融后保温研磨1h，自然冷却，破碎成粉体，得到改性粉煤灰。
PVC/PC合金材料的制备：向高速混合机中加入68份PVC、32份PC、22份粉煤灰、25份环氧油酸辛酯、4份耐黄变剂、3份热稳定剂CZ963，混合均匀，并加入双螺杆挤出机中，加热塑化，螺杆转速为25rpm，各区温度控制在：机筒段一区160℃，二区170℃，三区180℃；模头一区170℃，二区180℃，挤出，冷却，得到PVC/PC合金材料。
对比例1
将实施例1中的耐黄变剂替换为N-(乙氧基羰基苯基)-N'-甲基-N'-苯基脒，得到对比例1。
对比例2
将实施例1中的耐黄变剂替换为硫代二丙酸双十八酯，得到对比例2。
将实施例1-3、对比例1-2制备的PVC/PC合金材料进行耐黄变性能测试。
按照GB/T 16422.2-2014进行氙灯暴晒试验，并标准GB/T 2409-1980测定黄色指数。
测试结果见表1。
表1 PVC/PC合金材料的耐黄变性能
氙灯照射1000h黄变指数△YI 氙灯照射2000h黄变指数△YI
实施例1 0.40 0.68
实施例2 0.31 0.53
实施例3 0.25 0.41
对比例1 0.63 1.17
对比例2 0.74 1.42
由实施例1和实施例2的数据可知，可以通过改性粉煤灰的制备与添加来提高材料的耐黄变性能。并且，由实施例1、对比例1和对比例2的数据可知，可以通过所述耐黄变剂的制备与添加来提高材料的耐黄变性能，并且所述耐黄变剂的作用效果明显优于现有耐黄变剂N-(乙氧基羰基苯基)-N'-甲基-N'-苯基脒和硫代二丙酸双十八酯。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种耐黄变型塑料合金材料，其特征在于：包括以下重量份数的组分：
PVC 60-80份、PC 20-40份、填料20-40份、增塑剂10-30份、耐黄变剂0.5-5份、热稳定剂0.5-5份；
所述耐黄变剂由D-硫代脯氨酸和4,4'-二羟基苯甲酮制成，反应方程式为：
Figure FDA0002701404540000011
2.根据权利要求1所述的耐黄变型塑料合金材料，其特征在于：所述耐黄变剂由酰氯化反应和取代反应组成，先将D-硫代脯氨酸溶于四氢呋喃中，滴加氯化亚砜进行反应，待D-硫代脯氨酸反应完全后停止反应，减压蒸馏除去四氢呋喃和氯化亚砜，加四氢呋喃溶解蒸馏剩余物，再加入4,4'-二羟基苯甲酮进行反应，并滴加缚酸剂，待4,4'-二羟基苯甲酮反应完全后停止反应，减压蒸馏除去四氢呋喃，加水打浆蒸馏剩余物，过滤，烘干，破碎成粉体。
3.根据权利要求2所述的耐黄变型塑料合金材料，其特征在于：所述D-硫代脯氨酸、氯化亚砜、4,4'-二羟基苯甲酮、缚酸剂的摩尔比为2:5:1:2。
4.根据权利要求2所述的耐黄变型塑料合金材料，其特征在于：所述缚酸剂为吡啶。
5.根据权利要求1所述的耐黄变型塑料合金材料，其特征在于：所述填料为粉煤灰、高岭土、滑石粉、碳酸钙中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的耐黄变型塑料合金材料，其特征在于：所述增塑剂为环氧大豆油、环氧亚麻油、环氧油酸丁酯、环氧油酸辛酯、环氧油酸癸酯中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的耐黄变型塑料合金材料，其特征在于：所述热稳定剂为钙锌稳定剂。
8.权利要求1-7任意一项所述的耐黄变型塑料合金材料的制备方法，其特征在于：向高速混合机中加入PVC、PC、填料、增塑剂、耐黄变剂、热稳定剂，混合均匀，并加入双螺杆挤出机中，加热塑化，挤出，冷却，得到PVC/PC合金材料。
9.根据权利要求8所述的耐黄变型塑料合金材料的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的螺杆转速为15-35rpm，各区温度控制在：机筒段一区150-160℃，二区160-170℃，三区170-180℃；模头一区170-180℃，二区180-190℃。
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