CN113105699A - 一种耐低温脆性的pvc复合材料及其加工方法 - Google Patents

一种耐低温脆性的pvc复合材料及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐低温脆性的PVC复合材料及其加工方法，涉及塑料复合材料技术领域，由以下重量份数的原料制成：PVC树脂粉60‑100份、增塑剂15‑40份、耐低温脆性剂10‑30份、填料10‑30份、热稳定剂1‑5份；本发明利用增塑剂、耐低温脆性剂、填料和热稳定剂对PVC树脂进行功能改性，采用的物理改性方式具有操作简便、成本较低的特点，并且可以很好地解决现有PVC所存在的塑性差、热稳定性差以及低温下易脆化的问题，提高PVC复合材料的综合性能，从而拓宽应用范围。

Description

一种耐低温脆性的PVC复合材料及其加工方法
技术领域：
本发明涉及塑料复合材料技术领域，具体涉及一种耐低温脆性的PVC复合材料及其加工方法。
背景技术：
聚氯乙烯(PVC)是一类极其重要的塑料产品，具有来源广泛、价格低廉的特点，可以通过模压、挤塑、注塑等方式进行加工。但PVC的韧性差，受冲击时极易脆裂，并且脆性受温度影响很大，一般PVC制品的使用温度下限为-15℃，软质PVC制品的使用温度下限为-30℃。此外，PVC的热稳定性差，在100℃时就开始分解出HCl，高于150℃时分解迅速。为了解决上述缺陷对PVC应用范围的限制，人们通常采用添加功能助剂的方式对PVC进行改性处理。虽然功能助剂的添加可以在一定程度上改善PVC的应用性能，但同时也会增加成本，因此如何在控制成本的基础上优化PVC的使用效果尤为重要。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种耐低温脆性的PVC复合材料及其加工方法，通过功能改性来优化PVC的应用性能，保证PVC制品的使用效果，并且加工方法简单易行，重复性好，适用于推广生产。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种耐低温脆性的PVC复合材料，由以下重量份数的原料制成：
PVC树脂粉60-100份、增塑剂15-40份、耐低温脆性剂10-30份、填料10-30份、热稳定剂1-5份。
所述填料为海泡石纤维。以海泡石纤维作为填料，利用海泡石纤维的耐热性、耐腐蚀性、绝缘性、隔热性等优异特性来提高PVC复合材料的综合性能，并利用海泡石纤维的吸附性来促进其在PVC树脂中的均匀分散。而增塑剂的添加可以改善PVC的塑性，耐低温脆性剂的添加可以改善PVC的低温脆性，热稳定剂的添加可以改善PVC的热稳定性，进一步优化PVC复合材料的综合性能。
所述耐低温脆性剂为苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物，其中苯乙烯单元的含量为50-70％，异丙烯基氧代三甲基硅烷单元的含量为30-50％。
所述耐低温脆性剂是由苯乙烯和异丙烯基氧代三甲基硅烷反应制成，其制备方法为：向溶剂中加入苯乙烯、异丙烯基氧代三甲基硅烷和引发剂，在氮气保护下加热反应，反应结束，离心过滤，干燥，得到苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物。
所述反应温度为100-120℃。
所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酸乙酯、丙酸丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯中的一种。该溶剂对苯乙烯、异丙烯基氧代三甲基硅烷和引发剂显示出良好的溶解作用，但不能溶解苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物，因此共聚物可以沉淀析出。
所述引发剂为过氧化二异丙苯或过氧化二苯甲酰。
采用苯乙烯和异丙烯基氧代三甲基硅烷经聚合反应制备二元共聚物，并将该共聚物作为PVC的耐低温脆性剂，目的是通过物理改性方式来提高PVC的耐低温性能，降低脆性，从而拓宽PVC的应用范围。虽然苯乙烯属于本领域常见的聚合单体，但苯乙烯通常是与丙烯腈、丁二烯、丙烯酸酯类单体进行聚合反应以制备树脂改性剂，以苯乙烯和异丙烯基氧代三甲基硅烷作为聚合单体制备耐低温脆性剂的应用不属于本领域的公知常识，而异丙烯基氧代三甲基硅烷单元的引入是为了增强对PVC的耐低温脆性的改进效果。
所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、环氧大豆油、柠檬酸三辛酯中的一种。
所述热稳定剂为有机锡稳定剂或钙锌稳定剂。
上述PVC复合材料的加工方法，将PVC树脂粉、增塑剂、耐低温脆性剂、填料和热稳定剂加入双辊开炼机中，升温至160-170℃混合，再移至模具中进行模压成型，模压温度在140-150℃，模压压力在5-10MPa，自然冷却至室温，脱模，即得PVC复合材料。
所述热稳定剂是由钛酸异丙酯和乙酸锌制成，具体制备步骤为：向钛酸异丙酯中加入乙酸锌，球磨处理，然后在氮气气氛下先升温至400-500℃烧结，再升温至700-800℃烧结，自然冷却至室温，得到钛锌稳定剂。
所述钛酸异丙酯、乙酸锌的摩尔用量比为1:1。
上述钛锌稳定剂属于新型热稳定剂，相对于有机锡稳定剂和钙锌稳定剂来说，成本较低，可以自行制备，并且热稳定性可以与有机锡稳定剂和钙锌稳定剂相比拟。
本发明的有益效果是：本发明利用增塑剂、耐低温脆性剂、填料和热稳定剂对PVC树脂进行功能改性，采用的物理改性方式具有操作简便、成本较低的特点，并且可以很好地解决现有PVC所存在的塑性差、热稳定性差以及低温下易脆化的问题，提高PVC复合材料的综合性能，从而拓宽应用范围。
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。
PVC树脂粉来源于合肥荣光化工有限公司。
海泡石纤维来源于河北宏利海泡石绒有限公司。
实施例1
苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物的制备：向乙酸丁酯中加入30g苯乙烯、20g异丙烯基氧代三甲基硅烷和0.5g过氧化二异丙苯，在氮气保护下加热至110℃反应10h，反应结束，离心过滤，干燥，得到苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物。
PVC复合材料的加工：将80份PVC树脂粉、22份邻苯二甲酸二辛酯、22份苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物、15份海泡石纤维和3份二月桂酸二丁基锡加入双辊开炼机中，升温至170℃混合15min，再移至模具中进行模压成型，模压温度在150℃，模压压力在8MPa，自然冷却至室温，脱模，即得厚度2.5mm的PVC复合材料。
实施例2
苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物的制备：向丙酸乙酯中加入35g苯乙烯、25g异丙烯基氧代三甲基硅烷和0.5g过氧化二异丙苯，在氮气保护下加热至110℃反应12h，反应结束，离心过滤，干燥，得到苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物。
PVC复合材料的加工：将90份PVC树脂粉、25份环氧大豆油、20份苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物、18份海泡石纤维和3份二月桂酸二丁基锡加入双辊开炼机中，升温至170℃混合15min，再移至模具中进行模压成型，模压温度在150℃，模压压力在8MPa，自然冷却至室温，脱模，即得厚度2.5mm的PVC复合材料。
实施例3
苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物的制备：向丙酸乙酯中加入35g苯乙烯、25g异丙烯基氧代三甲基硅烷和0.5g过氧化二异丙苯，在氮气保护下加热至110℃反应12h，反应结束，离心过滤，干燥，得到苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物。
PVC复合材料的加工：将90份PVC树脂粉、25份环氧大豆油、20份苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物、18份海泡石纤维和3份钙锌热稳定剂CZ915加入双辊开炼机中，升温至170℃混合15min，再移至模具中进行模压成型，模压温度在150℃，模压压力在8MPa，自然冷却至室温，脱模，即得厚度2.5mm的PVC复合材料。
实施例4
热稳定剂的制备：向0.1mol钛酸异丙酯中加入0.1mol乙酸锌，球磨处理8h，然后在氮气气氛下先升温至450℃烧结5h，再升温至700℃烧结3h，自然冷却至室温，得到钛锌稳定剂。
苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物的制备：向丙酸乙酯中加入35g苯乙烯、25g异丙烯基氧代三甲基硅烷和0.5g过氧化二异丙苯，在氮气保护下加热至110℃反应12h，反应结束，离心过滤，干燥，得到苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物。
PVC复合材料的加工：将90份PVC树脂粉、25份环氧大豆油、20份苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物、18份海泡石纤维和3份钛锌稳定剂加入双辊开炼机中，升温至170℃混合15min，再移至模具中进行模压成型，模压温度在150℃，模压压力在8MPa，自然冷却至室温，脱模，即得厚度2.5mm的PVC复合材料。
对照例1
苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的制备：向丙酸乙酯中加入35g苯乙烯、25g甲基丙烯酸甲酯和0.5g过氧化二异丙苯，在氮气保护下加热至110℃反应12h，反应结束，离心过滤，干燥，得到苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物。
PVC复合材料的加工：将90份PVC树脂粉、25份环氧大豆油、20份苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、18份海泡石纤维和3份钙锌热稳定剂CZ915加入双辊开炼机中，升温至170℃混合15min，再移至模具中进行模压成型，模压温度在150℃，模压压力在8MPa，自然冷却至室温，脱模，即得厚度2.5mm的PVC复合材料。
对照例2
苯乙烯-丙烯腈共聚物的制备：向丙酸乙酯中加入35g苯乙烯、25g丙烯腈和0.5g过氧化二异丙苯，在氮气保护下加热至110℃反应12h，反应结束，离心过滤，干燥，得到苯乙烯-丙烯腈共聚物。
PVC复合材料的加工：将90份PVC树脂粉、25份环氧大豆油、20份苯乙烯-丙烯腈共聚物、18份海泡石纤维和3份钙锌热稳定剂CZ915加入双辊开炼机中，升温至170℃混合15min，再移至模具中进行模压成型，模压温度在150℃，模压压力在8MPa，自然冷却至室温，脱模，即得厚度2.5mm的PVC复合材料。
按照GB/T 5470-2008《塑料冲击法脆化温度的测定》测试耐低温脆性，记录脆化温度。
按照GB/T 7141-2008《塑料热老化试验方法》测试热稳定性，在170℃烘箱中进行热老化试验，老化15min和45min后观察和记录颜色变化，初始颜色为白色。
测试结果见表1。
表1
Figure BDA0002956674140000051
Figure BDA0002956674140000061
从表1可以得知，本发明制备的苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物可以很好地提高PVC的耐低温性能，降低脆性；并且本发明制备的热稳定剂可以取得与有机锡热稳定剂和钙锌热稳定剂相比拟的热稳定效果，还能通过自制来降低成本，解决了市售有机锡热稳定剂和钙锌热稳定剂价格高昂的问题。
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 (10)

1.一种耐低温脆性的PVC复合材料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：
PVC树脂粉60-100份、增塑剂15-40份、耐低温脆性剂10-30份、填料10-30份、热稳定剂1-5份。
2.根据权利要求1所述的耐低温脆性的PVC复合材料，其特征在于：所述填料为海泡石纤维。
3.根据权利要求1所述的耐低温脆性的PVC复合材料，其特征在于：所述耐低温脆性剂为苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物，其中苯乙烯单元的含量为50-70％，异丙烯基氧代三甲基硅烷单元的含量为30-50％。
4.根据权利要求1所述的耐低温脆性的PVC复合材料，其特征在于：所述耐低温脆性剂是由苯乙烯和异丙烯基氧代三甲基硅烷反应制成，其制备方法为：向溶剂中加入苯乙烯、异丙烯基氧代三甲基硅烷和引发剂，在氮气保护下加热反应，反应结束，离心过滤，干燥，得到苯乙烯-异丙烯基氧代三甲基硅烷共聚物。
5.根据权利要求4所述的耐低温脆性的PVC复合材料，其特征在于：所述反应温度为100-120℃。
6.根据权利要求4所述的耐低温脆性的PVC复合材料，其特征在于：所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酸乙酯、丙酸丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯中的一种。
7.根据权利要求4所述的耐低温脆性的PVC复合材料，其特征在于：所述引发剂为过氧化二异丙苯或过氧化二苯甲酰。
8.根据权利要求1所述的耐低温脆性的PVC复合材料，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、环氧大豆油、柠檬酸三辛酯中的一种。
9.根据权利要求1所述的耐低温脆性的PVC复合材料，其特征在于：所述热稳定剂为有机锡稳定剂或钙锌稳定剂。
10.权利要求1-9任一项所述的耐低温脆性的PVC复合材料的加工方法，其特征在于：将PVC树脂粉、增塑剂、耐低温脆性剂、填料和热稳定剂加入双辊开炼机中，升温至160-170℃混合，再移至模具中进行模压成型，模压温度在140-150℃，模压压力在5-10MPa，自然冷却至室温，脱模，即得PVC复合材料。
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