CN112457609A - 一种聚氯乙烯复合材料及其制备方法和制备系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种聚氯乙烯复合材料及其制备方法和制备系统。本发明提供的聚氯乙烯复合材料包括：PVC改性粉煤灰、PVC和辅料；所述PVC改性粉煤灰由亲油改性粉煤灰、引发剂、氯乙烯和PVC改性用分散剂在水中混合反应制成；所述亲油改性粉煤灰由粉煤灰原料、偶联剂、乳化剂和亲油改性用分散剂在水中混合反应制成。本发明采用粉煤灰替代石粉作为PVC复合材料的填料，实现了工业固废的资源化利用；同时，通过采用诱导聚合的方式在粉煤灰表面预先聚合一层PVC，使得后续加入的PVC主料能够在粉煤灰颗粒表面均匀附着，并形成较强的亲和力，从而使材料表现出极为优异的热稳定性和力学性能。

Description

一种聚氯乙烯复合材料及其制备方法和制备系统
技术领域
本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种聚氯乙烯复合材料及其制备方法和制备系统。
背景技术
聚氯乙烯(PVC)复合地板是由无机填料和高分子PVC组成一种轻体地材。该地板生产本低，无甲醛释放，而且防火、防水、耐磨和防潮性能均十分突出。PVC地板厚度一般为3～6mm，通常由五层组成，从上到依次是UV贴层、耐磨层、彩饰层、基层和静音垫。其中，基层是PVC复合地板最关键的部分，决定着PVC复合地板的性能。
在基层板的生产过程中，无机填料和PVC加热共混是最为重要的工艺。由于无机粒子和PVC分子极性差异大，难以均匀混合，因此需要通过表面处理提高无机粉体和有机高分子直接的相容性，防止两者易于脱粘。传统工艺仅通过偶联剂对无机填料颗粒表面改性来增加无机填料和PVC分子之间的相容性；但这种方式的效果较差，并不能有效改善无机填料和PVC的相容性。
此外，传统PVC复合地板中采用的无机填料大多为石粉(碳酸钙)，由于近年来矿石开采受限，石粉的供应量将逐步减少，价格也逐渐上升，导致PVC地板的生产成本不断升高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种聚氯乙烯复合材料及其制备方法和制备系统，本发明提供的聚氯乙烯复合材料以粉煤灰替代石粉作为无机填料，降低了原料成本；同时该复合材料中的粉煤灰和PVC相容性好，从而使材料表现出极为优异的热稳定性和力学性能。
本发明提供了一种聚氯乙烯复合材料，其成分包括：PVC改性粉煤灰、PVC和辅料；
所述PVC改性粉煤灰由亲油改性粉煤灰、引发剂、氯乙烯和PVC改性用分散剂在水中混合反应制成；
所述亲油改性粉煤灰由粉煤灰原料、偶联剂、乳化剂和亲油改性用分散剂在水中混合反应制成。
优选的，所述粉煤灰原料的D90粒径≤50μm；所述偶联剂包括烷基磷酸、硬脂酸钙和硬脂酸锌中的一种或多种；所述乳化剂包括十二烷基硫酸钠和吐温-80；所述亲油改性用分散剂包括聚乙烯醇；
所述粉煤灰原料、偶联剂、乳化剂和亲油改性用分散剂的质量比为200：(10～30)：(10～40)：(20～50)。
优选的，所述引发剂包括过氧化二碳酸二(2-乙基)己酯；所述PVC改性用分散剂包括聚乙烯醇和/或纤维素醚；
以所述粉煤灰原料计的亲油改性粉煤灰与引发剂、氯乙烯和PVC改性用分散剂的质量比为200：(3～10)：(30～80)：(3～15)。
优选的，所述辅料包括PVC加工助剂、聚乙烯蜡、氯化聚乙烯和稳定剂；
所述PVC的牌号包括SG-5和/或S-1000；
所述PVC加工助剂的牌号包括PA-21和/或MC603；
所述聚乙烯蜡的牌号包括W110、J-1100P和J-1060中的一种或多种；
所述氯化聚乙烯的牌号包括135A；
所述稳定剂包括钙锌稳定剂和/或有机锡稳定剂；
以所述粉煤灰原料计的PVC改性粉煤灰与PVC、PVC加工助剂、聚乙烯蜡、氯化聚乙烯和稳定剂的质量比为200：(100～300)：(0.5～5)：(0.5～5)：(0.5～5)：(5～30)。
本发明提供了一种聚氯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a)将粉煤灰原料、偶联剂、乳化剂和亲油改性用分散剂在水中混合反应，固液分离，得到亲油改性粉煤灰；
b)将所述亲油改性粉煤灰、引发剂、氯乙烯和PVC改性用分散剂在水中混合反应，固液分离，干燥，得到PVC改性粉煤灰；
c)将所述PVC改性粉煤灰、PVC和辅料进行热混，得到聚氯乙烯复合材料。
优选的，步骤a)中，所述混合反应的温度为30～70℃；所述混合反应的时间为1～2h。
优选的，步骤b)中，所述混合反应的温度为50～60℃；所述混合反应的时间为30～60min。
优选的，步骤c)中，所述热混的升温速率为1～2℃/min；所述热混的终点温度为100～125℃。
本发明提供了一种聚氯乙烯复合材料的制备系统，包括：
混合过滤机，所述混合过滤机设置有粉煤灰原料进料口、偶联剂进料口、乳化剂进料口、亲油改性用分散剂进料口、加水口、改性粉煤灰出口和滤液出口；
聚合反应釜，所述聚合反应釜设置有改性粉煤灰进料口、改性粉煤灰进料口、引发剂进料口、氯乙烯进料口、PVC改性用分散剂进料口、加水口和出料口，所述聚合反应釜的改性粉煤灰进料口与所述混合过滤机的改性粉煤灰出口相连；
固液分离装置，所述固液分离装置设置有进料口、液料出口和固料出口，所述固液分离装置的进料口与所述聚合反应釜的出料口相连；
干燥装置，所述干燥装置设置有进料口和出料口，所述干燥装置的进料口与所述固液分离装置的固料出口相连；
热混机，所述热混机设置有改性粉煤灰进料口、PVC进料口、辅料进料口和出料口，所述热混机的改性粉煤灰进料口与所述干燥装置的出料口相连。
优选的，还包括滤液箱，所述滤液箱的进口与所述混合过滤机的滤液出口相连，所述滤液箱的出口与所述混合过滤机的滤液回流口相连。
与现有技术相比，本发明提供了一种聚氯乙烯复合材料及其制备方法和制备系统。本发明提供的聚氯乙烯复合材料的成分包括：PVC改性粉煤灰、PVC和辅料；所述PVC改性粉煤灰由亲油改性粉煤灰、引发剂、氯乙烯和PVC改性用分散剂在水中混合反应制成；所述亲油改性粉煤灰由粉煤灰原料、偶联剂、乳化剂和亲油改性用分散剂在水中混合反应制成。本发明采用粉煤灰替代石粉作为PVC复合材料的填料，实现了工业固废的资源化利用，降低了生产成本；同时，通过采用诱导聚合的方式在粉煤灰表面预先聚合一层PVC，使得后续加入的PVC主料能够在粉煤灰颗粒表面均匀附着，并形成较强的亲和力，从而大幅提升复合材料中的粉煤灰和PVC相容性，进而使材料表现出极为优异的热稳定性和力学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的聚氯乙烯复合材料的制备系统流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种聚氯乙烯复合材料，其成分包括：PVC改性粉煤灰、PVC和辅料；
所述PVC改性粉煤灰由亲油改性粉煤灰、引发剂、氯乙烯和PVC改性用分散剂在水中混合反应制成；
所述亲油改性粉煤灰由粉煤灰原料、偶联剂、乳化剂和亲油改性用分散剂在水中混合反应制成。
在本发明提供的聚氯乙烯复合材料中，所述粉煤灰原料的D90粒径优选为≤50μm，具体可为5μm、15μm、20μm、25μm、27.8μm、30μm、35μm、37.1μm、40μm、45μm、45.3μm或50μm；所述偶联剂优选包括烷基磷酸、硬脂酸钙和硬脂酸锌中的一种或多种，所述烷基磷酸具体可为十二烷基磷酸；所述乳化剂优选包括十二烷基硫酸钠和/或吐温-80，更优选为十二烷基硫酸钠和吐温-80的混合物，所述十二烷基硫酸钠和吐温-80的质量比优选为1：(1～2.5)，具体可为1:1、1:1.2、1:1.5、1:1.7、1:2、1:2.3或1:2.5；所述亲油改性用分散剂优选包括聚乙烯醇，所述聚乙烯醇的聚合度优选为2000～3000，具体可为2000、2100、2200、2300、2400、2500、2600、2700、2800、2900或3000；所述聚乙烯醇的醇解度优选为87～89％(摩尔分数)；所述聚乙烯醇的粘度优选为40～50cP(25℃)。在本发明中，所述粉煤灰原料、偶联剂、乳化剂和亲油改性用分散剂的质量比优选为200：(10～30)：(10～40)：(20～50)，更优选为200：(15～25)：(20～30)：(30～40)，其中，所述粉煤灰原料与偶联剂的质量比具体可为200:10、200:15、200:20、200:25或200:30，所述粉煤灰原料与乳化剂的质量比具体可为200:10、200:15、200:20、200:25、200:30、200:35或200:40，所述粉煤灰原料与亲油改性用分散剂的质量比具体可为200:20、200:25、200:30、200:35、200:40、200:45或200:50。在本发明中，所述粉煤灰原料与水的质量比优选为200：(300～700)，更优选为200：(400～500)，具体可为200:300、200:350、200:400、200:450、200:500、200:550、200:600、200:650或200:700。
在本发明提供的聚氯乙烯复合材料中，所述粉煤灰原料、偶联剂、乳化剂和亲油改性用分散剂在水中混合反应的搅拌速率优选为300～600r/min，更优选为400～550r/min，具体可为300r/min、350r/min、400r/min、450r/min、500r/min、550r/min或600r/min；所述混合反应的温度优选为30～70℃，具体可为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃或70℃；所述混合反应的时间优选为1～2h，具体可为1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2h。
在本发明提供的聚氯乙烯复合材料中，所述引发剂优选包括过氧化二碳酸二(2-乙基)己酯(EHP)；所述PVC改性用分散剂优选包括聚乙烯醇和/或纤维素醚；所述聚乙烯醇的聚合度优选为2000～3000，具体可为2000、2100、2200、2300、2400、2500、2600、2700、2800、2900或3000；所述聚乙烯醇的醇解度优选为87～89％(摩尔分数)；所述聚乙烯醇的粘度优选为40～50cP(25℃)；所述纤维素醚优选为羟丙基甲基纤维素(HPMC)，所述纤维素醚的粘度优选为20～40mPa.s(25℃)；所述PVC改性用分散剂优选为聚乙烯醇和纤维素醚的混合物，所述聚乙烯醇和纤维素醚的质量比优选为1：(1～1.5)，具体可为1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4或1:1.5。在本发明中，以所述粉煤灰原料计的亲油改性粉煤灰与引发剂、氯乙烯(VC)和PVC改性用分散剂的质量比优选为200：(3～10)：(30～80)：(3～15)，更优选为200：(5～8)：(50～60)：(6～12)，其中，以所述粉煤灰原料计的亲油改性粉煤灰与引发剂的质量比具体可为200:3、200:4、200:5、200:6、200:7、200:8、200:9或200:10，以所述粉煤灰原料计的亲油改性粉煤灰与氯乙烯的质量比具体可为200:30、200:35、200:40、200:45、200:50、200:55、200:60、200:65、200:70、200:75或200:80，以所述粉煤灰原料计的亲油改性粉煤灰与PVC改性用分散剂的质量比具体可为200:3、200:4、200:5、200:6、200:7、200:8、200:9、200:10、200:11、200:12、200:13、200:14或200:15。在本发明中，以所述粉煤灰原料计的亲油改性粉煤灰与水的质量比优选为200：(50～200)，具体可为200:50、200:70、200:100、200:120、200:150、200:170或200:200。
在本发明提供的聚氯乙烯复合材料中，所述亲油改性粉煤灰、引发剂、氯乙烯和PVC改性用分散剂在水中混合反应的温度优选为50～60℃，具体可为50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃或60℃；所述混合反应的时间优选为30～60min，具体可为30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min。
在本发明提供的聚氯乙烯复合材料中，所述辅料优选包括PVC加工助剂、聚乙烯蜡(PE蜡)、氯化聚乙烯(CPE)和稳定剂；所述PVC的牌号优选包括SG-5和/或S-1000；所述PVC加工助剂优选为丙烯酸类高聚物(ACR)，其牌号优选包括PA-21和/或MC603；所述聚乙烯蜡的牌号优选包括W110、J-1100P和J-1060中的一种或多种；所述氯化聚乙烯的牌号优选包括135A；所述稳定剂优选包括钙锌稳定剂和/或有机锡稳定剂；所述钙锌稳定剂的牌号优选为WD-3；所述有机锡稳定剂优选为二月桂酸二丁基锡。在本发明中，以所述粉煤灰原料计的PVC改性粉煤灰与PVC、PVC加工助剂、聚乙烯蜡、氯化聚乙烯和稳定剂的质量比优选为200：(100～300)：(0.5～5)：(0.5～5)：(0.5～5)：(5～30)，更优选为200：(150～200)：(1～2)：(1～2)：(1～2)：(10～20)，其中，以所述粉煤灰原料计的PVC改性粉煤灰与PVC的质量比具体可为200:100、200:110、200:120、200:130、200:140、200:150、200:160、200:170、200:180、200:190、200:200、200:210、200:220、200:230、200:240、200:250、200:260、200:270、200:280、200:290或200:300，以所述粉煤灰原料计的PVC改性粉煤灰与PVC加工助剂的质量比具体可为200:0.5、200:1、200:1.5、200:2、200:2.5、200:3、200:3.5、200:4、200:4.5或200:5，以所述粉煤灰原料计的PVC改性粉煤灰与聚乙烯蜡的质量比具体可为200:0.5、200:1、200:1.5、200:2、200:2.5、200:3、200:3.5、200:4、200:4.5或200:5，以所述粉煤灰原料计的PVC改性粉煤灰与氯化聚乙烯的质量比具体可为200:0.5、200:1、200:1.5、200:2、200:2.5、200:3、200:3.5、200:4、200:4.5或200:5，以所述粉煤灰原料计的PVC改性粉煤灰与稳定剂的质量比具体可为200:5、200:10、200:15、200:20、200:25或200:30。
在本发明提供的聚氯乙烯复合材料中，所述复合材料由PVC改性粉煤灰、PVC和辅料热混制成；所述热混的升温速率优选为1～2℃/min，具体可为1℃/min、1.1℃/min、1.2℃/min、1.3℃/min、1.4℃/min、1.5℃/min、1.6℃/min、1.7℃/min、1.8℃/min、1.9℃/min或2℃/min；所述热混的起点温度优选为室温；所述热混的终点温度优选为100～125℃，具体可为100℃、105℃、110℃、115℃、120℃或125℃。
本发明提供的聚氯乙烯复合材料采用粉煤灰替代石粉作为PVC复合材料的填料，实现了工业固废的资源化利用，降低了生产成本；同时，通过采用诱导聚合的方式在粉煤灰表面预先聚合一层PVC，使得后续加入的PVC主料能够在粉煤灰颗粒表面均匀附着，并形成较强的亲和力，从而大幅提升复合材料中的粉煤灰和PVC相容性，进而使材料表现出极为优异的热稳定性和力学性能。
本发明还提供了一种聚氯乙烯复合材料的制备系统，包括：
混合过滤机，所述混合过滤机设置有粉煤灰原料进料口、偶联剂进料口、乳化剂进料口、亲油改性用分散剂进料口、加水口、改性粉煤灰出口和滤液出口；
聚合反应釜，所述聚合反应釜设置有改性粉煤灰进料口、改性粉煤灰进料口、引发剂进料口、氯乙烯进料口、PVC改性用分散剂进料口、加水口和出料口，所述聚合反应釜的改性粉煤灰进料口与所述混合过滤机的改性粉煤灰出口相连；
固液分离装置，所述固液分离装置设置有进料口、液料出口和固料出口，所述固液分离装置的进料口与所述聚合反应釜的出料口相连；
干燥装置，所述干燥装置设置有进料口和出料口，所述干燥装置的进料口与所述固液分离装置的固料出口相连；
热混机，所述热混机设置有改性粉煤灰进料口、PVC进料口、辅料进料口和出料口，所述热混机的改性粉煤灰进料口与所述干燥装置的出料口相连。
参见图1，图1是本发明实施例提供的聚氯乙烯复合材料的制备系统流程图。其中，1为粉煤灰仓，2为亲油改性用分散剂仓，3为偶联剂仓，4为乳化剂仓、5为滤液箱，6为混合过滤机，7为PVC改性用分散剂仓，8为氯乙烯仓，9为引发剂仓，10为清水箱，11为聚合反应釜，12为固液分离装置，13为干燥装置，14为热混机，15为PVC仓，16为加工助剂仓，17为PE蜡仓，18为CPE仓，19为稳定剂仓。
本发明提供的聚氯乙烯复合材料制备系统包括：混合过滤机6、聚合反应釜11、固液分离装置12、干燥装置13和热混机14。其中，混合过滤机6用于进行粉煤灰原料、偶联剂、乳化剂和亲油改性用分散剂在水中的混合反应和产物过滤，得到亲油改性粉煤灰；其上设置有粉煤灰原料进料口、偶联剂进料口、乳化剂进料口、亲油改性用分散剂进料口、加水口、改性粉煤灰出口和滤液出口，优选还设置有滤液回流口。
在本发明提供的制备系统中，聚合反应釜11用于进行亲油改性粉煤灰、引发剂、氯乙烯和PVC改性用分散剂在水中的混合反应，得到PVC改性粉煤灰；其上设置有改性粉煤灰进料口、引发剂进料口、氯乙烯进料口、PVC改性用分散剂进料口、加水口和出料口；聚合反应釜11的改性粉煤灰进料口与混合过滤机6的改性粉煤灰出口相连。
在本发明提供的制备系统中，固液分离装置12用于对聚合反应釜11制备的PVC改性粉煤灰进行固液分离，其上设置有进料口、液料出口和固料出口；固液分离装置12的进料口与聚合反应釜11的出料口相连。在本发明中，固液分离装置12具体可为过滤器。
在本发明提供的制备系统中，干燥装置13用于对固液分离装置12产出的固料进行干燥，其上设置有进料口和出料口；干燥装置13的进料口与固液分离装置12的固料出口相连。在本发明中，干燥装置13具体可为烘干机。
在本发明提供的制备系统中，热混机14用于进行PVC改性粉煤灰、PVC和辅料的热混，得到聚氯乙烯复合材料；其上设置有改性粉煤灰进料口、PVC进料口、辅料进料口和出料口；热混机14的改性粉煤灰进料口与干燥装置13的出料口相连。在本发明中，热混机14内优选安装有螺旋搅拌器。在本发明中，所述辅料进料口优选包括PVC加工助剂进料口、聚乙烯蜡进料口、氯化聚乙烯进料口和稳定剂进料口。
在本发明提供的制备系统中，所述制备系统优选还包括粉煤灰仓1，粉煤灰仓1用于对粉煤灰原料进行储存，其上设置有进料口和出料口；煤灰仓1的出料口与混合过滤机6的粉煤灰原料进料口相连。
在本发明提供的制备系统中，所述制备系统优选还包括亲油改性用分散剂仓2，亲油改性用分散剂仓2用于对亲油改性用分散剂进行储存，其上设置有进料口和出料口；亲油改性用分散剂仓2的出料口与混合过滤机6的亲油改性用分散剂进料口相连。
在本发明提供的制备系统中，所述制备系统优选还包括偶联剂仓3，偶联剂仓3用于对偶联剂进行储存，其上设置有进料口和出料口；偶联剂仓3的出料口与混合过滤机6的偶联剂进料口相连。
在本发明提供的制备系统中，所述制备系统优选还包括乳化剂仓4，乳化剂仓4用于对乳化剂进行储存，其上设置有进料口和出料口；乳化剂仓4的出料口与混合过滤机6的乳化剂进料口相连。
在本发明提供的制备系统中，所述制备系统优选还包括滤液箱5，滤液箱5为混合过滤机6外排滤液的缓存装置，其上设置有进口和出口；滤液箱5的进口与混合过滤机6的滤液出口相连，滤液箱5的出口与混合过滤机6的滤液回流口相连。
在本发明提供的制备系统中，所述制备系统优选还包括PVC改性用分散剂仓7，PVC改性用分散剂仓7用于对PVC改性用分散剂进行储存，其上设置有进料口和出料口；PVC改性用分散剂仓7的出料口与聚合反应釜11的PVC改性用分散剂进料口相连。
在本发明提供的制备系统中，所述制备系统优选还包括氯乙烯仓8，氯乙烯仓8用于对氯乙烯进行储存，其上设置有进料口和出料口；氯乙烯仓8的出料口与聚合反应釜11的氯乙烯进料口相连。
在本发明提供的制备系统中，所述制备系统优选还包括引发剂仓9，引发剂仓9用于对引发剂进行储存，其上设置有进料口和出料口；引发剂仓9的出料口与聚合反应釜11的引发剂进料口相连。
在本发明提供的制备系统中，所述制备系统优选还包括清水箱10，清水箱10用于对水进行储存，其上设置有进料口和出料口；清水箱10的出料口分别与混合过滤机6的加水口和聚合反应釜11的加水口相连。
在本发明提供的制备系统中，所述制备系统优选还包括PVC仓15，PVC仓15用于对PVC进行储存，其上设置有进料口和出料口；PVC仓15的出料口与热混机14的PVC进料口相连。
在本发明提供的制备系统中，所述制备系统优选还包括加工助剂仓16，加工助剂仓16用于对PVC加工助剂进行储存，其上设置有进料口和出料口；加工助剂仓16的出料口与热混机14的PVC加工助剂进料口相连。
在本发明提供的制备系统中，所述制备系统优选还包括PE蜡仓17，PE蜡仓17用于对聚乙烯蜡进行储存，其上设置有进料口和出料口；PE蜡仓17的出料口与热混机14的聚乙烯蜡进料口相连。
在本发明提供的制备系统中，所述制备系统优选还包括CPE仓18，CPE仓18用于对氯化聚乙烯进行储存，其上设置有进料口和出料口；CPE仓18的出料口与热混机14的氯化聚乙烯进料口相连。
在本发明提供的制备系统中，所述制备系统优选还包括稳定剂仓19，稳定剂仓19用于对稳定剂进行储存，其上设置有进料口和出料口；稳定剂仓19的出料口与热混机14的稳定剂进料口相连。
本发明还提供了一种聚氯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a)将粉煤灰原料、偶联剂、乳化剂和亲油改性用分散剂在水中混合反应，固液分离，得到亲油改性粉煤灰；
b)将所述亲油改性粉煤灰、引发剂、氯乙烯和PVC改性用分散剂在水中混合反应，固液分离，干燥，得到PVC改性粉煤灰；
c)将所述PVC改性粉煤灰、PVC和辅料进行热混，得到聚氯乙烯复合材料。
在本发明提供的制备方法中，首先将粉煤灰原料、偶联剂、乳化剂和亲油改性用分散剂在水中混合反应。其中，所述粉煤灰原料、偶联剂、乳化剂和亲油改性用分散剂的具体选择，以及粉煤灰原料、偶联剂、乳化剂、亲油改性用分散剂和水的用量配比在上文中已经介绍，在此不再赘述；所述混合反应的搅拌速率优选为300～600r/min，更优选为400～550r/min，具体可为300r/min、350r/min、400r/min、450r/min、500r/min、550r/min或600r/min；所述混合反应的温度优选为30～70℃，具体可为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃或70℃；所述混合反应的时间优选为1～2h，具体可为1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2h。混合反应结束后，对反应产物进行固液分离，得到亲油改性粉煤灰。在本发明中，所述混合反应和固液分离优选在上文介绍的混合过滤机中进行。
在本发明提供的制备方法中，得到亲油改性粉煤灰后，将所述亲油改性粉煤灰、引发剂、氯乙烯和PVC改性用分散剂在水中混合反应。其中，所述引发剂、氯乙烯和PVC改性用分散剂的具体选择，以及亲油改性粉煤灰、引发剂、氯乙烯、PVC改性用分散剂和水的用量配比在上文中已经介绍，在此不再赘述；所述混合反应的温度优选为50～60℃，具体可为50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃或60℃；所述混合反应的时间优选为30～60min，具体可为30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min。混合反应结束后，对反应产物进行固液分离和干燥，得到PVC改性粉煤灰。在本发明中，所述混合反应优选在上文介绍的聚合反应釜中进行；所述固液分离优选在上文介绍的固液分离装置中进行；所述干燥优选在上文介绍的干燥装置中进行。
在本发明提供的制备方法中，得到PVC改性粉煤灰后，将所述PVC改性粉煤灰、PVC和辅料进行热混。其中，所述PVC改性粉煤灰、PVC和辅料的具体选择，以及PVC改性粉煤灰、PVC和辅料的用量配比在上文中已经介绍，在此不再赘述；所述热混的搅拌方式优选为螺旋搅拌；所述热混的升温速率优选为1～2℃/min，具体可为1℃/min、1.1℃/min、1.2℃/min、1.3℃/min、1.4℃/min、1.5℃/min、1.6℃/min、1.7℃/min、1.8℃/min、1.9℃/min或2℃/min；所述热混的起点温度优选为室温；所述热混的终点温度优选为100～125℃，具体可为100℃、105℃、110℃、115℃、120℃或125℃。达到热混终点温度后，热混结束，得到本发明提供的聚氯乙烯复合材料。在本发明中，所述热混优选在上文介绍的热混机中进行。
本发明提供的聚氯乙烯复合材料制备系统和方法首先以粉煤灰作为无机填料，利用偶联剂对其表面进行改性，增加粉煤灰颗粒的亲油性；再通过原位水相悬浮聚合的方式诱导氯乙烯(VC)分子在粉煤灰表面聚合，在粉煤灰表面形成PVC包覆层；最后通过热混，使处理后的粉煤灰与PVC均匀混合。本发明采用粉煤灰替代石粉作为PVC复合材料的填料，实现了工业固废的资源化利用，降低了生产成本；同时，通过采用诱导聚合的方式在粉煤灰表面预先聚合一层PVC，使得后续加入的PVC主料能够在粉煤灰颗粒表面均匀附着，并形成较强的亲和力，从而大幅提升粉煤灰和PVC相容性，进而使制备的复合材料表现出极为优异的热稳定性和力学性能。此外，在本发明提供的优选技术方法中，在热混工艺中用螺旋搅拌的方式代替传统的叶片搅拌，能够取得更佳的混合效果。
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
在图1所示的制备系统中生产聚氯乙烯复合材料，具体过程如下：
将200kg粉煤灰(D90＝45.3μm)、400kg水、20kg硬脂酸钙、10kg十二烷基硫酸钠、10kg吐温-80、35kg聚乙烯醇(醇解度87～89％(摩尔分数)，粘度40～50cP(25℃)，聚合度2400)加入混合过滤机6中，在转速400r/min、温度45℃的条件下搅拌反应1.5h；反应结束后，通过混合过滤机6内置的过滤机构对反应产物进行过滤，过滤后得到的亲油改性粉煤灰颗粒输送至聚合反应釜11中，滤液通过管道输送至滤液箱5中储存并循环使用；在聚合反应釜11中再加入5kg EHP、50kg氯乙烯单体、50kg水、3kg聚乙烯醇(醇解度87～89％(摩尔分数)，粘度40～50cP(25℃)，聚合度2400)和3kg HPMC(粘度20～40mPa.s(25℃))，搅拌20min，再倒入100kg水后继续搅拌10min，升温至55℃反应35min；反应结束后，得到含有PVC改性粉煤灰颗粒的固液混合物，先通过固液分离装置12(具体为过滤器)进行固液分离，分离得到的固相(PVC改性粉煤灰颗粒)再经干燥装置13(具体为烘干机)96℃干燥1h后输送至热混机14中；在热混机14中再加入150kg SG-5型PVC、1kg日本钟渊PA-21加工助剂ACR、1kgPE蜡(W110，杭州冠嘉塑化有限公司)、1kg 135A CPE以及10kg钙锌稳定剂(WD-3，青岛佳百特新材料科技有限公司)，并且以1℃/min的升温速度匀速升至120℃，得到粉煤灰/聚氯乙烯复合材料。
实施例2
在图1所示的制备系统中生产聚氯乙烯复合材料，具体过程如下：
将200kg粉煤灰(D90＝27.8μm)、450kg水、15kg硬脂酸锌、15kg十二烷基硫酸钠、15kg吐温-80、40kg聚乙烯醇(醇解度87～89％(摩尔分数)，粘度40～50cP(25℃)，聚合度2400)加入混合过滤机6中，在转速450r/min、温度40℃的条件下搅拌反应1h；反应结束后，通过混合过滤机6内置的过滤机构对反应产物进行过滤，过滤后得到的亲油改性粉煤灰颗粒输送至聚合反应釜11中，滤液通过管道输送至滤液箱5中储存并循环使用；在聚合反应釜11中再加入8kg EHP、60kg氯乙烯单体、50kg水、5kg聚乙烯醇(醇解度87～89％(摩尔分数)，粘度40～50cP(25℃)，聚合度2400)和5kg HPMC(粘度20～40mPa.s(25℃))，搅拌15min，再倒入100kg水后继续搅拌10min，升温至50℃反应30min；反应结束后，得到含有PVC改性粉煤灰颗粒的固液混合物，先通过固液分离装置12(具体为过滤器)进行固液分离，分离得到的固相(PVC改性粉煤灰颗粒)再经干燥装置13(具体为烘干机)96℃干燥1h后输送至热混机14中；在热混机14中再加入200kg SG-5型PVC、2kg日本钟渊PA-21加工助剂ACR、2kg PE蜡(J-1100P，青岛佳百特新材料科技有限公司)、2kg 135A CPE以及20kg二月桂酸二丁基锡，并且以1℃/min的升温速度匀速升至120℃，得到粉煤灰/聚氯乙烯复合材料。
实施例3
在图1所示的制备系统中生产聚氯乙烯复合材料，具体过程如下：
将200kg粉煤灰(D90＝37.1μm)、500kg水、25kg十二烷基磷酸、10kg十二烷基硫酸钠、15kg吐温-80、30kg聚乙烯醇(醇解度87～89％(摩尔分数)，粘度40～50cP(25℃)，聚合度2400)加入混合过滤机6中，在转速550r/min、温度55℃的条件下搅拌反应2h；反应结束后，通过混合过滤机6内置的过滤机构对反应产物进行过滤，过滤后得到的亲油改性粉煤灰颗粒输送至聚合反应釜11中，滤液通过管道输送至滤液箱5中储存并循环使用；在聚合反应釜11中再加入5kg EHP、60kg氯乙烯单体、50kg水、6kg聚乙烯醇(醇解度87～89％(摩尔分数)，粘度40～50cP(25℃)，聚合度2400)和6kg HPMC(粘度20～40mPa.s(25℃))，搅拌20min，再倒入100kg水后继续搅拌15min，升温至50℃反应40min；反应结束后，得到含有PVC改性粉煤灰颗粒的固液混合物，先通过固液分离装置12(具体为过滤器)进行固液分离，分离得到的固相(PVC改性粉煤灰颗粒)再经干燥装置13(具体为烘干机)96℃烘干1h后输送至热混机14中；在热混机14中再加入180kg S-1000型PVC、1kg MC603 ACR、1kg PE蜡(J-1060，青岛佳百特新材料科技有限公司)、1kg 135A CPE以及15kg钙锌稳定剂(WD-3，青岛佳百特新材料科技有限公司)，并且以1.5℃/min的升温速度匀速升至100℃，得到粉煤灰/聚氯乙烯复合材料。
性能测试
实施例1～3制备的粉煤灰/聚氯乙烯复合材料经过成型和裁切后，得到5mm后的粉煤灰基层板；对基层板的加热尺寸变化率、抗冲击性和弯曲强度进行测试，结果如下表所示。
表1基层板性能测试数据
Figure BDA0002820369910000141
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种聚氯乙烯复合材料，其成分包括：PVC改性粉煤灰、PVC和辅料；
所述PVC改性粉煤灰由亲油改性粉煤灰、引发剂、氯乙烯和PVC改性用分散剂在水中混合反应制成；
所述亲油改性粉煤灰由粉煤灰原料、偶联剂、乳化剂和亲油改性用分散剂在水中混合反应制成。
2.根据权利要求1所述的聚氯乙烯复合材料，其特征在于，所述粉煤灰原料的D90粒径≤50μm；所述偶联剂包括烷基磷酸、硬脂酸钙和硬脂酸锌中的一种或多种；所述乳化剂包括十二烷基硫酸钠和吐温-80；所述亲油改性用分散剂包括聚乙烯醇；
所述粉煤灰原料、偶联剂、乳化剂和亲油改性用分散剂的质量比为200：(10～30)：(10～40)：(20～50)。
3.根据权利要求1所述的聚氯乙烯复合材料，其特征在于，所述引发剂包括过氧化二碳酸二(2-乙基)己酯；所述PVC改性用分散剂包括聚乙烯醇和/或纤维素醚；
以所述粉煤灰原料计的亲油改性粉煤灰与引发剂、氯乙烯和PVC改性用分散剂的质量比为200：(3～10)：(30～80)：(3～15)。
4.根据权利要求1所述的聚氯乙烯复合材料，其特征在于，所述辅料包括PVC加工助剂、聚乙烯蜡、氯化聚乙烯和稳定剂；
所述PVC的牌号包括SG-5和/或S-1000；
所述PVC加工助剂的牌号包括PA-21和/或MC603；
所述聚乙烯蜡的牌号包括W110、J-1100P和J-1060中的一种或多种；
所述氯化聚乙烯的牌号包括135A；
所述稳定剂包括钙锌稳定剂和/或有机锡稳定剂；
以所述粉煤灰原料计的PVC改性粉煤灰与PVC、PVC加工助剂、聚乙烯蜡、氯化聚乙烯和稳定剂的质量比为200：(100～300)：(0.5～5)：(0.5～5)：(0.5～5)：(5～30)。
5.一种聚氯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a)将粉煤灰原料、偶联剂、乳化剂和亲油改性用分散剂在水中混合反应，固液分离，得到亲油改性粉煤灰；
b)将所述亲油改性粉煤灰、引发剂、氯乙烯和PVC改性用分散剂在水中混合反应，固液分离，干燥，得到PVC改性粉煤灰；
c)将所述PVC改性粉煤灰、PVC和辅料进行热混，得到聚氯乙烯复合材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，所述混合反应的温度为30～70℃；所述混合反应的时间为1～2h。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中，所述混合反应的温度为50～60℃；所述混合反应的时间为30～60min。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，所述热混的升温速率为1～2℃/min；所述热混的终点温度为100～125℃。
9.一种聚氯乙烯复合材料的制备系统，包括：
混合过滤机，所述混合过滤机设置有粉煤灰原料进料口、偶联剂进料口、乳化剂进料口、亲油改性用分散剂进料口、加水口、改性粉煤灰出口和滤液出口；
聚合反应釜，所述聚合反应釜设置有改性粉煤灰进料口、改性粉煤灰进料口、引发剂进料口、氯乙烯进料口、PVC改性用分散剂进料口、加水口和出料口，所述聚合反应釜的改性粉煤灰进料口与所述混合过滤机的改性粉煤灰出口相连；
固液分离装置，所述固液分离装置设置有进料口、液料出口和固料出口，所述固液分离装置的进料口与所述聚合反应釜的出料口相连；
干燥装置，所述干燥装置设置有进料口和出料口，所述干燥装置的进料口与所述固液分离装置的固料出口相连；
热混机，所述热混机设置有改性粉煤灰进料口、PVC进料口、辅料进料口和出料口，所述热混机的改性粉煤灰进料口与所述干燥装置的出料口相连。
10.根据权利要求9所述的制备系统，其特征在于，还包括滤液箱，所述滤液箱的进口与所述混合过滤机的滤液出口相连，所述滤液箱的出口与所述混合过滤机的滤液回流口相连。
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