CN112679881A - 聚氯乙烯热塑性弹性体材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚氯乙烯热塑性弹性体材料以及该种热塑性弹性体材料的制备工艺，通过调整不同聚合度聚氯乙烯的使用，通过调配增塑剂的使用量，选择丁腈橡胶作为原料，能够显著提高耐酸、耐碱、耐油、耐寒、回弹性、拉伸强度等性能，同时在共混物中加入适量经鞘氨醇单孢菌改性的废丁腈橡胶粉，在显著降低成本的同时依然能保持整体良好的性能，本产品具有较高的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子材料及其制备方法，更具体的是涉及一种聚氯乙烯热塑性弹性体材料及其制备方法。
背景技术
聚氯乙烯(PVC)类热塑性弹性体与聚烯烃类、聚苯乙烯类热塑性弹性体，一起在热塑性弹性体(TPE)市场上占有很大的份额，由于聚氯乙烯热塑性弹性体材料兼具热塑性塑料的重复加工性和橡胶的高弹性等物理机械性能，同时又具有回收再生性，作为一种全新的高分子材料用作软质聚合物及硫化橡胶的替代材料迅速增长，已形成较大的市场规模。
目前，常规的聚氯乙烯弹性体材料种类较多，而且制备方法各异。但总体来说，其配方都是与产品的性能相关联的。
发明内容
本发明实施例的目的之一在于提供一种高弹性的聚氯乙烯热塑性弹性体材料。
本发明是这样实现的：
一种聚氯乙烯热塑性弹性体材料，其特征在于：包括100重量份的聚合度为3000聚氯乙烯，100重量份的聚合度为1500-2000聚氯乙烯，70-90重量份的聚合度为800-1000聚氯乙烯，40-60重量份的丁腈橡胶、20-40重量份经鞘氨醇单孢菌改性的废丁腈橡胶粉、200-250重量份增塑剂，2-8重量份的热稳定剂、0.1-1重量份的润滑剂、1-5重量份的加工助剂、0.1-1重量份的抗氧剂、5-15重量份的填充剂。所述经鞘氨醇单孢菌改性丁腈橡胶粉的粒径为20微米-400微米。
其中所述经鞘氨醇单孢菌改性丁腈橡胶粉的粒径为20微米-400微米。橡胶粉的粒径选择与微生物对其改性效果有很大关系，本专利研究过程中发现，丁腈橡胶粉的粒径为20微米-400微米之间时，鞘氨醇单孢菌对其改性效果更好，改性后的制品力学性能更容易达到产品要求。
其中所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、已二酸二辛酯、磷酸三辛酯、硬脂酸正丁酯中的一种或几种。
其中丁腈橡胶作为高弹性改性剂使用，产品回弹性好，且具有较好的拉伸强度。
更进一步的方案是：所述热稳定剂为所述热稳定剂为复合铅盐稳定剂、钙锌稳定剂、硬脂酸钙、硬脂酸钡、稀土复合稳定剂、环氧大豆油中的至少一种。热稳定剂能改善PVC热稳定性的助剂，其作用是在专用料生产过程中防止或抑制PVC的降解，同时在制品的使用过程中保持足够的热稳定性，延长使用寿命。
更进一步的方案是：所述的润滑剂为硬脂酸、亚甲基双硬脂酰胺、甘油酯、氧化聚乙烯、聚乙烯蜡中的一种或几种。润滑剂能够保证降低材料的熔体粘度、防止物料在加工设备或模具上的粘附。
更进一步的方案是：所述的加工助剂为丙烯酸酯类树脂、MBS树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、AMS(α-甲基苯乙烯的低聚物)中的至少一种。
更进一步的方案是：所述的抗氧剂为酚类抗氧剂、胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、含硫酯类抗氧剂中的任意一种或几种。抗氧剂的作用是捕捉在PVC加工或使用过程中因受热或受到紫外线的作用形成的自由基，保证材料使用的寿命。
更进一步的方案是：所述的填充剂为活性碳酸钙、滑石粉、高岭土、云母粉中的一种或几种。
更进一步的方案是：所述鞘氨醇单孢菌改性的废丁腈橡胶粉的制备方法包括下述步骤：废丁腈橡胶粉采用质量百分比浓度75％的乙醇解毒灭菌，发酵培养基121℃下灭菌25min；灭菌结束后，将鞘氨醇单孢菌接入到脱硫罐中，鞘氨醇单孢菌与废丁腈橡胶粉在发酵培养基作用下进行共培养脱硫；培养结束后收集废丁腈橡胶粉，并在搅拌条件下洗涤干燥后得到鞘氨醇单孢菌改性丁腈橡胶粉。
更进一步方案是：所述培养基组成为：NH4Cl:0.5g，K2HPO4·3H2O:1.3g，KH2PO4:1.0g，MgSO4·7H2O:0.18g，CaCl2:0.01g；Na2S2O3·5H2O：6g，FeS2O3·7H2O：0.02g，蛋白胨1.2g，去离子水:1000mL。
更进一步的方案是：鞘氨醇单孢菌与废丁腈橡胶粉在发酵培养基作用下进行共培养脱硫的时间为30天。
本发明中的高弹性PVC热塑性弹性体材料所用的基本树脂是高聚合度聚氯乙烯，这种材料除具备聚氯乙烯树脂的一般性质外，还具有良好的橡胶弹性(压缩永久变形，伸长永久变形，回弹性等)和机械强度。与其它TPE有所不同的是，通过调整不同聚合度聚氯乙烯的使用，通过调配增塑剂的使用量，选择丁腈橡胶作为原料，能够显著提高耐酸、耐碱、耐油、耐寒、回弹性、拉伸强度等性能，同时在共混物中加入适量经鞘氨醇单孢菌改性的废丁腈橡胶粉，在显著降低成本的同时依然能保持整体良好的性能，本产品具有较高的经济效益。在配方设计过程中，通过选择高中低三种不同聚合度PVC树脂，显著改善PVC树脂与丁腈橡胶、鞘氨醇单孢菌改性的废丁腈橡胶粉之间的交联性能，尤其是中聚合度、低聚合度PVC的使用，在增加交联性能的同时，能够显著增加材料的断裂伸长率等力学性能，本发明创造性的提出性能优异、成本低廉的高弹性PVC热塑性弹性体材料。
本发明还提供了所述PVC热塑性弹性体材料的制备方法，其特征在于包括配料、捏合、挤出、造粒步骤，其中：⑴捏和：先投入聚合度为3000的聚氯乙烯、聚合度1500-2000的聚氯乙烯和20％聚合度为800-1000的聚氯乙烯在110℃下高速捏和5-10分钟，再投入80％聚合度为800-1000的聚氯乙烯、增塑剂、稳定剂高速捏料5-10分钟。之后转入中速捏和，在130-150摄氏度中速捏和2-10分钟，再转入慢速捏和，投入润滑剂和填充剂捏和1-10分钟，之后放入冷却机冷却温度到60-80℃，投入丁晴橡胶、鞘氨醇单孢菌改性丁腈橡胶粉在冷却机内捏和1-10分钟出料。(2)挤出：经冷却机捏合的混合物经挤出机挤出，挤出机第一段温度设定135-155℃，第二段139-159℃，第三段150-170℃，第四段155-175℃，模头温度150-160℃，挤出机转速20-50分/转。
更进一步的方案是：所述挤出机为锥形双螺杆挤出机。
本发明制备的PVC热塑性弹性体材料具有如下特性：拉伸强度明显高于一般PVC热塑性弹性体；较高的断裂伸长率；较低的热变形率和低温冲击脆化温度，优良的耐热老化性能、耐酸性、耐碱性、耐油性、耐寒性；优良的加工性能和外饰性，且制备成本明显低于一般PVC热塑性弹性体材料制备成本。
具体实施例
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
将100重量份聚合度为3000的聚氯乙烯、100重量份聚合度1800的聚氯乙烯和16重量份聚合度为1000的聚氯乙烯在110℃下高速捏和8分钟，再投入64重量份聚合度为1000的聚氯乙烯、20重量份增塑剂邻苯二甲酸二辛酯、5重量份复合铅盐稳定剂高速捏料6分钟。之后转入中速捏和，在140摄氏度中速捏和5分钟，再转入慢速捏和，投入0.4重量份硬脂酸润滑剂和8重量份滑石粉填充剂捏和2分钟，之后放入冷却机冷却温度到70℃，投入50重量份丁晴橡胶、30重量份经鞘氨醇单孢菌改性废丁腈橡胶粉(丁腈橡胶粉粒径为20微米)在冷却机内捏和2分钟出料。(2)挤出：经冷却机捏合的混合物经挤出机挤出，挤出机第一段温度设定145℃，第二段149℃，第三段160℃，第四段165℃，模头温度152℃，挤出机转速31分/转。
对比例1：只使用聚合物度3000的PVC280重量份，其它条件相同。
表1高弹性PVC热塑性弹性体材料性能
| 试验项目 | 单位 | 实测 | 对比例1 |
| 拉伸强度 | Mpa | 17.5 | 11 |
| 断裂伸长率 | ％ | 392 | 293 |
| 热变形 | ％ | 30 | 48 |
| 低温冲击脆化温度 | ℃ | -41 | -35 |
实施例2：
将100重量份聚合度为3000的聚氯乙烯、100重量份聚合度1800的聚氯乙烯和16重量份聚合度为1000的聚氯乙烯在110℃下高速捏和8分钟，再投入64重量份聚合度为800的聚氯乙烯、20重量份增塑剂邻苯二甲酸二辛酯、5重量份复合铅盐稳定剂高速捏料6分钟。之后转入中速捏和，在140摄氏度中速捏和5分钟，再转入慢速捏和，投入0.4重量份硬脂酸润滑剂和8重量份滑石粉填充剂捏和2分钟，之后放入冷却机冷却温度到70℃，投入50重量份丁晴橡胶、30重量份经鞘氨醇单孢菌改性废丁腈橡胶粉(丁腈橡胶粉粒径为400微米)在冷却机内捏和2分钟出料。(2)挤出：经冷却机捏合的混合物经挤出机挤出，挤出机第一段温度设定145℃，第二段149℃，第三段160℃，第四段165℃，模头温度152℃，挤出机转速31分/转。
对比例2：只使用聚合物度3000的PVC280重量份，其它条件相同。
表2高弹性PVC热塑性弹性体材料性能
| 试验项目 | 单位 | 实测 | 对比例2 |
| 拉伸强度 | Mpa | 15 | 9 |
| 断裂伸长率 | ％ | 367 | 288 |
| 热变形 | ％ | 41 | 50 |
| 低温冲击脆化温度 | ℃ | -38 | -35 |
Claims (11)
1.一种聚氯乙烯热塑性弹性体材料，其特征在于：包括100重量份的聚合度为3000聚氯乙烯，100重量份的聚合度为1500-2000聚氯乙烯，70-90重量份的聚合度为800-1000聚氯乙烯，40-60重量份的丁腈橡胶、20-40重量份经鞘氨醇单孢菌改性的废丁腈橡胶粉、200-250重量份增塑剂，2-8重量份的热稳定剂、0.1-1重量份的润滑剂、1-5重量份的加工助剂、0.1-1重量份的抗氧剂、5-15重量份的填充剂。所述经鞘氨醇单孢菌改性丁腈橡胶粉的粒径为20微米-400微米。
2.根据权利要求1所述聚氯乙烯热塑性弹性体材料，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、已二酸二辛酯、磷酸三辛酯、硬脂酸正丁酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述聚氯乙烯热塑性弹性体材料，其特征在于：所述热稳定剂为复合铅盐稳定剂、钙锌稳定剂、硬脂酸钙、硬脂酸钡、稀土复合稳定剂、环氧大豆油中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述聚氯乙烯热塑性弹性体材料，其特征在于：所述的润滑剂为硬脂酸、亚甲基双硬脂酰胺、甘油酯、氧化聚乙烯、聚乙烯蜡中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述聚氯乙烯热塑性弹性体材料，其特征在于：所述的加工助剂为丙烯酸酯类树脂、MBS树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、AMS(α-甲基苯乙烯的低聚物)中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述聚氯乙烯热塑性弹性体材料，其特征在于：所述的抗氧剂为酚类抗氧剂、胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、含硫酯类抗氧剂中的任意一种或几种。
7.根据权利要求1所述聚氯乙烯热塑性弹性体材料，其特征在于：所述的填充剂为活性碳酸钙、滑石粉、高岭土、云母粉中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述聚氯乙烯热塑性弹性体材料，其特征在于：所述鞘氨醇单孢菌改性的丁腈橡胶粉的制备方法包括下述步骤：废丁腈橡胶粉采用质量百分比浓度75％的乙醇解毒灭菌，发酵培养基121℃下灭菌25min；灭菌结束后，将鞘氨醇单孢菌接入到脱硫罐中，鞘氨醇单孢菌与废丁腈橡胶粉在发酵培养基作用下进行共培养脱硫；培养结束后收集废丁腈橡胶粉，并在搅拌条件下洗涤干燥后得到鞘氨醇单孢菌改性丁腈橡胶粉。
9.根据权利要求1所述聚氯乙烯热塑性弹性体材料，其特征在于：鞘氨醇单孢菌与废丁腈橡胶粉在发酵培养基作用下进行共培养脱硫的时间为30天。
10.权利要求1至9任一权利要求所述聚氯乙烯热塑性弹性体材料的制备方法，其特征在于包括配料、捏合、挤出、造粒步骤，其中：⑴捏和：先投入聚合度为3000的聚氯乙烯、聚合度1500-2000的聚氯乙烯和20％聚合度为800-1000的聚氯乙烯在110℃下高速捏和5-10分钟，再投入80％聚合度为800-1000的聚氯乙烯、增塑剂、稳定剂高速捏料5-10分钟。之后转入中速捏和，在130-150摄氏度中速捏和2-10分钟，再转入慢速捏和，投入润滑剂和填充剂捏和1-10分钟，之后放入冷却机冷却温度到60-80℃，投入丁晴橡胶、鞘氨醇单孢菌改性丁腈橡胶粉在冷却机内捏和1-10分钟出料。(2)挤出：经冷却机捏合的混合物经挤出机挤出，挤出机第一段温度设定135-155℃，第二段139-159℃，第三段150-170℃，第四段155-175℃，模头温度150-160℃，挤出机转速20-50分/转。
11.根据权利要求10所述聚氯乙烯热塑性弹性体材料的制备方法，其特征在于：所述挤出机为锥形双螺杆挤出机。
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