CN101857706A - 低成本环保可注塑成型超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物及制备方法 - Google Patents

低成本环保可注塑成型超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低成本环保可注塑成型超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物及制备方法。其原料组成为：聚氯乙烯100重量份、纳米碳酸钙10-100份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物4-100份、镧锡复合稳定剂1-3份、丙烯酸脂类加工助剂1-3份、内润滑剂1-3份、外润滑剂0.3-1份。经高速混合机中混合、冷却，再经锥形双螺杆挤出机造粒得到低成本环保型可注塑成型的超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物。本发明综合了聚氯乙烯树脂阻燃性好、刚性强、价格低，纳米碳酸钙刚性强、可增韧聚氯乙烯、价格低以及ABS耐冲击、耐低温、易于成型加工等优点，产品价格廉价，环保，具有超高韧性及良好综合力学性能，加工流动性好，在家电元件、汽车仪表等领域具有广泛的应用前景和显著的社会效益。

Description

低成本环保可注塑成型超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物及制备方法
技术领域
本发明涉及一种低成本环保可注塑成型超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物及制备方法。
背景技术
聚氯乙烯是常用的通用塑料之一，具有阻燃、耐化学药品性高、机械强度及电绝缘性良好、价格低、应用领域广等优点。同时也具有一些缺点，如韧性差、热稳定性差、加工困难、耐燃性差等，严重限制了其使用。
塑料纳米复合材料是利用物理共混或化学接枝的方法而获得的高性能、功能化、专用化的一类新材料。塑料纳米复合材料产品可广泛用于汽车、电子、精密仪器、办公设备、包装材料、建筑材料等领域。它能改善或提高现有塑料的性能并降低成本，已成为塑料工业中最为活跃的品种之一，增长十分迅速。聚氯乙烯纳米复合材料是塑料纳米复合材料中常见的一种，但是现在的聚氯乙烯硬制品往往冲击强度偏低且受温度影响明显，低温韧性差，因此目前的聚氯乙烯硬制品由于韧性问题而在使用上受到限制。2009年2月18日公开的中国专利CN101367978A公开了“超韧聚氯乙烯合金材料及其制备方法”，该合金由硬质聚氯乙烯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、MBS树脂、光热稳定剂及加工助剂经混合、挤出工艺制得，该合金在改善聚氯乙烯韧性的同时，还具有良好的拉伸强度、弯曲强度、弹性模量。2010年2月17日公开的中国专利CN101649094A公开了“低成本高性能阻燃ABS/聚氯乙烯/PETG合金及其制备方法”，该合金由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、聚氯乙烯树脂、废旧PETG树脂、增容剂、热稳定剂和硬脂酸润滑剂共混制得，该合金不仅改善了ABS/聚氯乙烯合金的加工性能和阻燃性能，还提高了合金的拉伸强度，降低了成本。2009年12月2日公开的中国专利CN1015914 63A公开了“阻燃ACS/聚氯乙烯塑料合金及其制备方法”，该合金由ACS树脂、聚氯乙烯树脂及复合阻燃剂、稳定剂、相容剂、加工助剂、抗氧剂、润滑剂经高速混合、挤出制得，该合金具有优异的阻燃性能、耐热性能、抗静电性能、机械性能。2008年9月10日公开的中国专利CN10126 0215A公开了废羧基丁腈胶粉与聚氯乙烯共混物的制备方法，该共混物由增塑剂、热稳定剂和聚氯乙烯混合物经双辊塑炼、平板硫化机模压制得，该共混物提高了冲击强度和断裂伸长率，且加工工艺简单，成本低。2001年11月28日公开的中国专利CN1075535C公开了“一种聚氯乙烯合金材料及其制法”，该合金由聚氯乙烯树脂、高橡胶相含量丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、铅盐稳定剂、金属皂类稳定剂、硬脂酸润滑剂、微细活性碳酸钙经高速混合、挤出工艺制得，该合金具有良好的耐热和抗冲击性能，在不影响聚氯乙烯/ABS合金的物理机械性能的情况下，降低了生产成本。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的，提供一种低成本环保可注塑成型超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物及制备方法。它可以获得高韧性、低成本、综合力学性能优良、环境友好、适合注塑加工的聚氯乙烯纳米复合物，以克服现有技术的不足。
低成本环保可注塑成型超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物的原料组成为：聚氯乙烯100重量份、纳米碳酸钙10-100重量份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物4-100重量份、镧锡复合稳定剂1-3重量份、丙烯酸脂类加工助剂1-3重量份、内润滑剂1-3重量份、外润滑剂0.3-1重量份。
所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物的组成为：丙烯腈重量含量12-15％、丁二烯重量含量50-65％、苯乙烯重量含量20-28％。所述的纳米碳酸钙粒径为30-200纳米。所述镧锡复合稳定剂为硬脂酸镧和甲基硫醇有机锡的混合物，硬脂酸镧和甲基硫醇有机锡的重量比为8∶2-4∶6。所述内润滑剂为硬脂酸单甘油酯、硬脂酸或硬脂酸钙。所述外润滑剂为氧化聚乙烯蜡或石蜡。
低成本环保可注塑成型超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物的制备方法包括如下步骤：
1)将10-100重量份纳米碳酸钙与4-100重量份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物加入高速混合机混合，出料冷却，得到纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物；
2)将100重量份聚氯乙烯、1-3重量份镧锡复合稳定剂加入高速混合机中，混合至50℃-60℃，依次加入1-3重量份丙烯酸脂类加工助剂、1-3重量份内润滑剂，混合至70℃-80℃，加入0.3-1重量份外润滑剂，混合至90℃-100℃，加入纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物，混合至110-120℃出料冷却，得到聚氯乙烯纳米复合物；
3)将聚氯乙烯纳米复合物加入锥形双螺杆挤出机，在一区温度为130℃-170℃、二区温度为140-180℃、三区温度为150-185℃、四区温度为140-180℃、螺杆转速为4-30转/分钟、加料转速为5-20转/分钟的条件下熔融挤出，切粒，得到低成本环保型可注塑成型的超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物。
高速混合机的转速为：900-1100转/分钟
本发明与现有技术相比，具有有益效果是：
1)采用镧锡复合稳定剂，环保无毒，具有优益的热稳定性；且稀土热稳定剂的添加可提高加工流动性，并显著降低成本；
2)该纳米复合物采用纳米碳酸钙和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物协同增韧，抗冲性能高于市场现有产品，且综合性能优异，以聚氯乙烯作为主体树脂，阻燃性好、耐腐蚀、价格低廉；
3)该纳米复合物不含增塑剂，通过内润滑剂用量来控制纳米复合物的加工流动性，克服了以往添加增塑剂带来的易迁移的缺点。
具体实施方式
以下结合实施例来具体说明本发明：
实施例1
将30重量份硬脂酸处理的纳米碳酸钙与20重量份牌号为HR181的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物加入高速混合机混合，出料冷却，得到纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物；将100重量份牌号为S700的聚氯乙烯、2重量份硬脂酸镧和甲基硫醇有机锡重量比为6∶4的镧锡复合稳定剂加入高速混合机中，混合至60℃，依次加入3重量份丙烯酸脂类加工助剂、1重量份硬脂酸单甘油酯，混合至80℃，加入0.5重量份氧化聚乙烯蜡，混合至90℃，加入纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物，混合至120℃出料冷却，得到聚氯乙烯纳米复合物；将聚氯乙烯纳米复合物加入锥形双螺杆挤出机，在一区温度为160℃、二区温度为170℃、三区温度为172℃、四区温度为168℃、螺杆转速为4转/分钟、加料转速为10转/分钟的条件下熔融挤出，切粒，得到低成本环保型可注塑成型的超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物。
实施例2
将20重量份硬脂酸处理纳米碳酸钙与5重量份牌号为HR150F的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物加入高速混合机混合，出料冷却，得到纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物；将100重量份牌号位S-1000的聚氯乙烯、2重量份硬脂酸镧和甲基硫醇有机锡重量比为6∶4的镧锡复合稳定剂加入高速混合机中，混合至60℃，依次加入3重量份丙烯酸脂类加工助剂、2重量份硬脂酸钙，混合至80℃，加入0.5重量份石蜡，混合至100℃，加入纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物，混合至120℃出料冷却，得到聚氯乙烯纳米复合物；将聚氯乙烯纳米复合物加入锥形双螺杆挤出机，在一区温度为170℃、二区温度为178℃、三区温度为180℃、四区温度为175℃、螺杆转速为8转/分钟、加料转速为20转/分钟的条件下熔融挤出，切粒，得到低成本环保型可注塑成型的超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物。
实施例3
将10重量份偶联剂处理纳米碳酸钙与10重量份牌号为HR183的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物加入高速混合机混合，出料冷却，得到纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物；将100重量份牌号位SG5的聚氯乙烯、2重量份硬脂酸镧和甲基硫醇有机锡重量比为6∶4的镧锡复合稳定剂加入高速混合机中，混合至60℃，依次加入3重量份丙烯酸脂类加工助剂、3重量份硬脂酸，混合至80℃，加入0.5重量份石蜡，混合至100℃，加入纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物，混合至120℃出料冷却，得到聚氯乙烯纳米复合物；将聚氯乙烯纳米复合物加入锥形双螺杆挤出机，在一区温度为170℃、二区温度为178℃、三区温度为180℃、四区温度为175℃、螺杆转速为8转/分钟、加料转速为20转/分钟的条件下熔融挤出，切粒，得到低成本环保型可注塑成型的超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物。
实施例4
将15重量份偶联剂处理纳米碳酸钙与20重量份牌号为HR185的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物加入高速混合机混合，出料冷却，得到纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物；将100重量份牌号为SG8的聚氯乙烯、2重量份硬脂酸镧和甲基硫醇有机锡重量比为7∶3的镧锡复合稳定剂加入高速混合机中，混合至60℃，依次加入3重量份丙烯酸脂类加工助剂、2重量份硬脂酸单甘油酯，混合至80℃，加入0.5重量份氧化聚乙烯蜡，混合至100℃，加入纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物，混合至120℃出料冷却，得到聚氯乙烯纳米复合物；将聚氯乙烯纳米复合物加入锥形双螺杆挤出机，在一区温度为160℃、二区温度为168℃、三区温度为172℃、四区温度为167℃、螺杆转速为4转/分钟、加料转速为10转/分钟的条件下熔融挤出，切粒，得到低成本环保型可注塑成型的超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物。
实施例5
将30重量份偶联剂处理纳米碳酸钙与16重量份牌号为HR181的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物加入高速混合机混合，出料冷却，得到纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物；将100重量份牌号为SG8的聚氯乙烯、2重量份硬脂酸镧和甲基硫醇有机锡重量比为8∶2的镧锡复合稳定剂加入高速混合机中，混合至60℃，依次加入1重量份丙烯酸脂类加工助剂、1重量份硬脂酸单甘油酯，混合至80℃，加入0.5重量份氧化聚乙烯蜡，混合至100℃，加入纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物，混合至120℃出料冷却，得到聚氯乙烯纳米复合物；将聚氯乙烯纳米复合物加入锥形双螺杆挤出机，在一区温度为156℃、二区温度为168℃、三区温度为170℃、四区温度为167℃、螺杆转速为4转/分钟、加料转速为10转/分钟的条件下熔融挤出，切粒，得到低成本环保型可注塑成型的超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物。
实施例6
将10重量份偶联剂处理纳米碳酸钙与4重量份牌号为HR181的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物加入高速混合机混合，出料冷却，得到纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物；将100重量份牌号为S700的聚氯乙烯、1重量份镧锡复合稳定剂加入高速混合机中，混合至50℃，依次加入1重量份丙烯酸脂类加工助剂、1重量份硬脂酸，混合至70℃，加入0.3重量份外润滑剂，混合至90℃，加入纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物，混合至110℃出料冷却，得到聚氯乙烯纳米复合物；将聚氯乙烯纳米复合物加入锥形双螺杆挤出机，在一区温度为130℃、二区温度为140℃、三区温度为150℃、四区温度为140℃、螺杆转速为4转/分钟、加料转速为5转/分钟的条件下熔融挤出，切粒，得到低成本环保型可注塑成型的超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物。
实施例7
将100重量份硬脂酸处理纳米碳酸钙与100重量份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物加入高速混合机混合，出料冷却，得到纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物；将100重量份聚氯乙烯、3重量份镧锡复合稳定剂加入高速混合机中，混合至60℃，依次加入3重量份丙烯酸脂类加工助剂、3重量份内润滑剂，混合至80℃，加入1重量份外润滑剂，混合至100℃，加入纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物，混合至120℃出料冷却，得到聚氯乙烯纳米复合物；将聚氯乙烯纳米复合物加入锥形双螺杆挤出机，在一区温度为170℃、二区温度为180℃、三区温度为185℃、四区温度为180℃、螺杆转速为30转/分钟、加料转速为20转/分钟的条件下熔融挤出，切粒，得到低成本环保型可注塑成型的超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物。
以下为本发明提供的实施例的性能对照表：
Figure BSA00000189507000061
Figure BSA00000189507000062

Claims (8)

1.一种低成本环保可注塑成型超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物，其特征在于原料组成为：聚氯乙烯100重量份、纳米碳酸钙10-100重量份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物4-100重量份、镧锡复合稳定剂1-3重量份、丙烯酸脂类加工助剂1-3重量份、内润滑剂1-3重量份、外润滑剂0.3-1重量份。
2.根据权利要求1所述的低成本环保可注塑成型超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物，其特征在于所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物的组成为：丙烯腈重量含量12-15％、丁二烯重量含量50-65％、苯乙烯重量含量20-28％。
3.根据权利要求1所述的低成本环保可注塑成型超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物，其特征在于所述的纳米碳酸钙粒径为30-200纳米。
4.根据权利要求1所述的低成本环保可注塑成型超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物，其特征在于所述镧锡复合稳定剂为硬脂酸镧和甲基硫醇有机锡的混合物，硬脂酸镧和甲基硫醇有机锡的重量比为8∶2-4∶6。
5.根据权利要求1所述的低成本环保可注塑成型超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物，其特征在于所述内润滑剂为硬脂酸单甘油酯、硬脂酸或硬脂酸钙。
6.根据权利要求1所述的低成本环保可注塑成型超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物，其特征在于所述外润滑剂为氧化聚乙烯蜡或石蜡。
7.一种如权利要求1所述低成本环保可注塑成型超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将10-100重量份纳米碳酸钙与4-100重量份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物加入高速混合机混合，出料冷却，得到纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物；
2)将100重量份聚氯乙烯、1-3重量份镧锡复合稳定剂加入高速混合机中，混合至50℃-60℃，依次加入1-3重量份丙烯酸脂类加工助剂、1-3重量份内润滑剂，混合至70℃-80℃，加入0.3-1重量份外润滑剂，混合至90℃-100℃，加入纳米碳酸钙/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物复合物，混合至110℃-120℃出料冷却，得到聚氯乙烯纳米复合物；
3)将聚氯乙烯纳米复合物加入锥形双螺杆挤出机，在一区温度为130℃-170℃、二区温度为140℃-180℃、三区温度为150℃-185℃、四区温度为140℃-180℃、螺杆转速为4-30转/分钟、加料转速为5-20转/分钟的条件下熔融挤出，切粒，得到低成本环保型可注塑成型的超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物。
8.根据权利要求7所述的一种低成本环保可注塑成型超韧硬质聚氯乙烯纳米复合物的制备方法，其特征在于所述的高速混合机的转速为：900-1100转/分钟。
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