CN110041641A - 一种基于3d网络结构的低收缩pvc材料的制备方法 - Google Patents

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刘庆会
陈军
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Abstract

本发明提供一种基于3D网络结构的低收缩PVC材料及制备方法，属于新材料领域，该材料由PVC、稳定剂、光固化树脂、光固化树脂、光引发剂等基本材料组成。本发明专利技术采用具有高弹性能的光固化树脂为基础通过光固化形成3D网络结构，所制备的材料收缩小，无增塑剂析出，特别适合需要在进行印刷或者粘合的膜片类产品中使用。

Description

一种基于3D网络结构的低收缩PVC材料的制备方法
技术领域
本发明属于新材料技术领域，尤其涉及3D网络结构的低收缩PVC材料的制备方法。
背景技术
PVC具有价格低、加工性能好，且具有色彩鲜艳、价位低、制作周期短等特点，因此被广泛应用于制造各种薄膜或者薄片产品。但由于PVC树脂自身分子内聚力大，硬度高，脆性大，加工比较困难，因此通常情况下，为了获得柔性符合使用要求的PVC膜，片内产品，必须在PVC配方中引入大量增塑剂。
邻苯二甲酸酯类增塑剂是PVC最常用的增塑剂，可以较好地改进PVC的柔软性、耐寒性；不同用途的PVC膜片制品，增塑剂的添加量可以从20％-40％变化。邻苯二甲酸酯类增塑剂是一种低分子液体，与PVC大分子之间的作用力完全是分子间的范德华力，因此增塑剂迁移是一种必然趋势，这种迁移对PVC造成的危害主要体现在两个方面：一是对材料的力学性能造成不良影响，随着增塑剂的迁出，材料开始***、变脆，甚至断裂；二是含有邻苯二甲酸酯类的PVC在油脂或高温条件下，很容易从PVC材料内部迁移到产品的表面，从而降低印刷层或粘接层对PVC基体的附着致使印刷层或粘接层脱落，进而对其使用环境造成污染。
此外，PVC属于典型热塑性材料，在膜片制造过程中，由于存在机械力作用从而会导致分子链沿外力方向取向，而在使用过程中，由于聚合物的松弛作用，分子链趋向于恢复无规蜷曲的状态，这在宏观上表现为产品出现不规则的收缩变形。这种收缩变形是由于聚合物的一种基本物理现象，因此对于PVC膜片产品的这种变形是无法完全消除的，在现有技术条件下，PVC膜片材料的热收缩率大致在5-10％的水平，高者甚至在10％以上。
在现有技术下，为了改善PVC增塑剂析出的问题，通常是采用高分子量增塑剂或弹性体改善材料韧性，但由于高分子量增塑剂或弹性体的粘度较大，对PVC的加工性能改善有限，甚至会影响到PVC的加工性能；而在降低PVC收缩方面，目前尚没有特别有效的手段，只能通过后期的热处理和降低加工过程中拉伸比减轻此现象。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于3D网络结构的低收缩PVC材料的制备方法，采用与PVC完全相容的低粘度高弹性光固化树脂作为PVC的添加剂，在加工过程中，由于光固化树脂的粘度极低，可以承担传统增塑剂的作用，改善PVC的加工性能；成型后，将PVC膜片产品进行UV曝光，使光固化树脂交联形成3D网络结构，通过此交联网络的锚固作用使PVC分子链的蜷曲受到约束，从而降低膜片产品的收缩。并且由于选用的光固化树脂均为高弹性材料，因此同时也能够使材料保持一定的韧性。
本发明采用如下技术方案：
一种基于3D网络结构的低收缩PVC材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1.将相对光固化树脂用量10％-100％的PVC树脂溶解于用量为10％wt-80％wt的光固化树脂中；
步骤2.待PVC树脂完全溶解后，加入1％wt-5％wt的光引发剂、3％wt-82％wt的PVC树脂、5％wt-10％wt的稳定剂和1％wt-20％wt的加工助剂及0％wt-50％wt填料体系，混合均匀后得到低收缩PVC材料；
步骤3.将制得的PVC材料进行UV曝光，得到3D网络结构的低收缩PVC材料。
本发明进一步的技术方案是，所述步骤1中PVC树脂溶解温度为90-100℃。
一种基于3D网络结构的低收缩PVC材料，由用量为10％wt-80％wt的PVC树脂、5％wt-10％wt的稳定剂、10％wt-83％wt的光固化树脂、1％wt-5％wt的光引发剂以及1％wt-20％wt加工助剂以及0％wt-50％wt填料体系组成。
本发明进一步的技术方案是，所述的PVC树脂为悬浮法或乳液法合成的PVC树脂。
本发明进一步的技术方案是，所述的稳定剂为PVC树脂的热稳定剂，如Ca-Zn稳定剂，有机锡稳定剂或水滑石稳定剂等。
本发明进一步的技术方案是，所述的光固化树脂为聚酯丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂或丙烯酸树脂。
本发明进一步的技术方案是，所述的光固化树脂的延伸率≥10％。
本发明进一步的技术方案是，所述光引发剂为UV光稳定剂，如alpha羟基酮类、苯甲酰类、alpha氨基酮类、磷氧化物类、二苯甲酮类、硫杂蒽酮类以及阳离子类引发剂。
本发明进一步的技术方案是，所述加工助剂为润滑剂、颜料、分散剂等。
本发明进一步的技术方案是，所述填料体系是无机化合物，所述无机化合物是碳酸钙、二氧化钛、硫酸钡、二氧化硅中的一种或多种。
本发明的有益效果：
本发明由于采用与PVC完全相容的低粘度光固化树脂作为PVC的添加剂，在加工过程中，根据选择的光固化树脂不同，其粘度可以为15-200cps，可以承担传统增塑剂的作用，改善了PVC的加工性能；成型后，将PVC膜片产品进行UV曝光，此光固化树脂交联形成3D网络结构，通过此交联网络的锚固作用使PVC分子链的蜷曲受到约束，从而降低膜片产品的收缩，并且由于选用的光固化树脂均具有一定柔韧性，其延展率约20％-200％左右，因此也能够使材料保持一定韧性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
本发明的一种基于3D网络结构的低收缩PVC材料的制备方法具体详见如下实施例：
实施例1：
PVC树脂:60克，光固化树脂：3-羟-2，2-二甲基丙基-羟-2，2-二甲基丙酯二丙烯酸酯：30克，光引发剂TPO：1.2克，液体Ca-Zn稳定剂：1.8克，纳米碳酸钙：7克。
将3-羟-2，2二甲基丙酯-羟-2-，2二甲基丙酯二丙烯酸酯30克和PVC树脂10克混合，加热至90-100℃，待PVC树脂完全溶解于3-羟-2,2-二甲基丙基-羟-2,2二甲基丙酯二丙烯酸酯后，将光引发剂TPO加入PVC树脂/3-羟-2,2-二甲基丙基-羟-2,2-二甲基丙酯二丙烯酸酯溶液中，分散均匀后与剩余PVC树脂以及液体Ca-Zn稳定剂、纳米碳酸钙混合均匀获得低收缩PVC材料，再经UV曝光处理制得3D网络结构的低收缩PVC材料。
实施例2
PVC树脂：80克，光固化树脂：3-羟-2,2-二甲基丙基-羟-2,2二甲基丙酯二丙烯酸酯：15克，光引发剂TPO：1.2克，液体Ca-Zn稳定剂：1.8克，TiO2:2克。
将3-羟-2，2二甲基丙酯-羟-2-，2二甲基丙酯二丙烯酸酯15克和PVC树脂10克混合，加热至90-100℃，待PVC树脂完全溶解于3-羟-2,2-二甲基丙基-羟-2,2二甲基丙酯二丙烯酸酯后，将光引发剂TPO加入PVC树脂/3-羟-2,2-二甲基丙基-羟-2,2-二甲基丙酯二丙烯酸酯中，分散均匀后与剩余PVC树脂以及液体Ca-Zn稳定剂、TiO2混合均匀，获得低收缩PVC材料，在经过UV曝光处理制得3D网络结构的低收缩PVC材料。
实施例3
PVC树脂：30克，光固化树脂：3-羟-2,2-二甲基丙基-羟-2,2二甲基丙酯二丙烯酸酯：60克，光引发剂TPO：1.2克，液体Ca-Zn稳定剂：1.8克，纳米碳酸钙：7克
将3-羟-2,2-二甲基丙酯-羟-2,2二甲基丙酯二丙烯酸酯60克和PVC树脂20克混合，加热至90-100℃，待PVC树脂完全溶解于3-羟-2,2-二甲基丙基-羟-2,2二甲基丙酯二丙烯酸酯后，将光引发剂TPO加入PVC树脂/3-羟-2,2-二甲基丙基-羟-2,2二甲基丙酯二丙烯酸酯溶液中，分散均匀后与剩余PVC树脂以及液体Ca-Zn稳定剂、纳米碳酸钙混合均匀获得低收缩PVC材料，再经UV曝光处理制得3D网络结构的低收缩PVC材料。
实施例4
PVC树脂：60克，光固化树脂：3-羟-2,2-二甲基丙基-羟-2,2二甲基丙酯二丙烯酸酯：35克，光引发剂1173:1.2克，液体Ca-Zn稳定剂1.8克，TiO2:2克，纳米碳酸钙:30克。
将3-羟-2,2二甲基丙基-羟-2,2二甲基丙酯二丙烯酸酯35克和PVC树脂10克混合，加热至90-100℃，待PVC完全溶解于3-羟-2,2-二甲基丙基-羟-2,2二甲基丙酯二丙烯酸酯后，将光引发剂1173加入PVC树脂/3-羟-2,2二甲基丙基-羟-2,2二甲基丙酯二丙烯酸酯溶液中，分散均匀后与剩余PVC树脂以及液体Ca-Zn稳定剂、纳米碳酸钙混合均匀，获得低收缩PVC材料，再经UV曝光处理制得3D网络结构的低收缩PVC材料。
实施例5
PVC树脂：60克，光固化树脂：脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂6113:35克，光引发剂1173:1.2克，液体Ca-Zn稳定剂：1.8克，TiO2:2克，纳米碳酸钙:30克。
将脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂611335克和PVC树脂10克混合，加热至90-100℃，待PVC完全溶解于脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂6113后，将光引发剂1173加入PVC树脂/脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂6113溶液中，分散均匀后与剩余PVC树脂以及液体Ca-Zn稳定剂、TiO2:2克，纳米碳酸钙混合均匀获得低收缩PVC材料，再经UV曝光后制得3D网络结构的低收缩PVC材料。
实施例6
PVC树脂：60克，光固化树脂：超支化聚酯丙烯酸酯6361-100树脂6113:35克，光引发剂1173:1.2克，液体Ca-Zn稳定剂：1.8克，TiO2:2克。
将超支化聚酯丙烯酸酯6361-100树脂6113：35克和PVC树脂10克混合，加热至90-100℃，待PVC完全溶解于超支化聚酯丙烯酸酯6361-100树脂6113后，将光引发剂1173加入PVC树脂/超支化聚酯丙烯酸6361-100树脂6113溶液中，分散均匀后与剩余PVC树脂以及液体Ca-Zn稳定剂、TiO2混合均匀获得低收缩PVC材料，再经UV曝光后制得3D网络结构的低收缩PVC材料。
实施例7.由用量为10％wt的PVC树脂、5％wt的稳定剂：Ca-Zn稳定剂、10％wt的光固化树脂：3-羟-2，2-二甲基丙基-羟-2，2-二甲基丙酯二丙烯酸酯、1％wt的光引发剂：TPO以及1％wt加工助剂：纳米碳酸钙。
将相对光固化树脂(3-羟-2，2-二甲基丙基-羟-2，2-二甲基丙酯二丙烯酸酯)用量10％的PVC树脂溶解于用量为10％wt的光固化树脂(3-羟-2，2-二甲基丙基-羟-2，2-二甲基丙酯二丙烯酸酯)中；待PVC树脂完全溶解后，加入1％wt的光引发剂(TPO)、3％wt的PVC树脂、5％wt的稳定剂(Ca-Zn稳定剂)和1％wt的加工助剂(纳米碳酸钙)，混合均匀后得到低收缩PVC材料，PVC树脂溶解温度为90-100℃；将制得的PVC材料进行UV曝光，得到3D网络结构的低收缩PVC材料。
实施例8.用量为80％wt的PVC树脂、10％wt的稳定剂：Ca-Zn稳定剂、83％wt的光固化树脂：3-羟-2，2-二甲基丙基-羟-2，2-二甲基丙酯二丙烯酸酯、5％wt的光引发剂：TPO以及20％wt加工助剂：纳米碳酸钙以及50％wt填料体系：硫酸钡组成。
将相对光固化树脂用量100％的PVC树脂溶解于用量为80％wt的光固化树脂(3-羟-2，2-二甲基丙基-羟-2，2-二甲基丙酯二丙烯酸酯)中；待PVC树脂完全溶解后，加入5％wt的光引发剂(TPO)、82％wt的PVC树脂、10％wt的稳定剂(Ca-Zn稳定剂)和20％wt的加工助剂(纳米碳酸钙)及50％wt填料体系(硫酸钡)，混合均匀后得到低收缩PVC材料，PVC树脂溶解温度为90-100℃；将制得的PVC材料进行UV曝光，得到3D网络结构的低收缩PVC材料。
实施例7、实施例8实验方法同实施例1-6，测试结果与实施例1-6无较大差异。
实施例1-实施例6的组合物(基于3D网络结构的低收缩PVC材料)性能见表1：
表1实施例材料性能
由上表测试结果可知，加入本发明由于采用与PVC完全相溶的低粘度光固化树脂作为PVC的添加剂，在加工过程中，根据选择的光固化树脂不同，其粘度可以为15-200cps，可以承担传统增塑剂的作用，改善了PVC的加工性能；成型后，将PVC膜片产品进行UV曝光，此光固化树脂交联形成3D网络结构。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于3D网络结构的低收缩PVC材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.将相对光固化树脂用量10％-100％的PVC树脂溶解于用量为10％wt-80％wt的光固化树脂中；
步骤2.待PVC树脂完全溶解后，加入1％wt-5％wt的光引发剂、3％wt-82％wt的PVC树脂、5％wt-10％wt的稳定剂和1％wt-20％wt的加工助剂、0％wt-50％wt填料体系，混合均匀后得到低收缩PVC材料；
步骤3.将步骤2制得的PVC材料进行UV曝光，得到3D网络结构的低收缩PVC材料。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D网络结构的低收缩PVC材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中PVC树脂溶解温度为90-100℃。
3.如权利要求1所述的一种基于3D网络结构的低收缩PVC材料的制备方法制成的3D网络结构的低收缩PVC材料，其特征在于，由用量为10％wt-80％wt的PVC树脂、5％wt-10％wt的稳定剂、10％wt-83％wt的光固化树脂、1％wt-5％wt的光引发剂、1％wt-20％wt加工助剂以及0％wt-50％wt填料体系组成。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于3D网络结构的低收缩PVC材料的制备方法，其特征在于，所述的PVC树脂为悬浮法或乳液法合成的PVC树脂。
5.根据权利要求1或3所述的一种基于3D网络结构的低收缩PVC材料的制备方法，其特征在于，所述的稳定剂为PVC树脂的热稳定剂；所述稳定剂为Ca-Zn稳定剂，有机锡稳定剂或水滑石稳定剂中的任意一种。
6.根据权利要求1或3所述的一种基于3D网络结构的低收缩PVC材料的制备方法，其特征在于，所述的光固化树脂为聚酯丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂或丙烯酸树脂中的任意一种。
7.根据权利要求1或3所述的一种基于3D网络结构的低收缩PVC材料的制备方法，其特征在于，所述的光固化树脂的延伸率≥10％。
8.根据权利要求1或3所述的一种基于3D网络结构的低收缩PVC材料的制备方法，其特征在于，所述光引发剂为UV光稳定剂，所述UV光稳定剂为alpha羟基酮类、苯甲酰类、alpha氨基酮类、磷氧化物类、二苯甲酮类、硫杂蒽酮类以及阳离子类引发剂。
9.根据权利要求1或3所述的一种基于3D网络结构的低收缩PVC材料的制备方法，其特征在于，所述加工助剂包括润滑剂、颜料、分散剂。
10.根据权利要求1或3所述的一种基于3D网络结构的低收缩PVC材料的制备方法，其特征在于，所述填料体系是无机化合物，所述无机化合物是碳酸钙、二氧化钛、硫酸钡、二氧化硅中的一种或多种。
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