CN111534027A - 一种具有抗冲击性能的改性pvc材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，主要用于建筑屋面瓦领域，该改性PVC材料包括如下重量份数的组分：聚氯乙稀80‑100份，纳米碳酸钙8‑15份，增塑剂0.5‑5份，抗冲改性剂10‑15份，弹性改性剂10‑15份；复合稳定剂3‑5份，碳化硅3‑5份；所述增塑剂是由邻苯二甲酸二异壬酯和环氧大豆油以重量比8‑10:1组成的混合物；所述弹性改性剂为玻璃化温度在80‑90℃、密度在1.04‑1.06g/cm3的发泡聚苯乙烯。本发明具有显著提高PVC材料的抗冲击性的效果，扩大了PVC材料的应用范围。

Description

一种具有抗冲击性能的改性PVC材料
技术领域
本发明涉及PVC改性制备技术领域，尤其涉及一种具有抗冲击性能的改性PVC材料。
背景技术
聚氯乙烯(PVC)是最早工业化、用途广泛的通用热塑性塑料之一，它具有质量轻、强度高、绝缘、阻燃、耐腐蚀、综合性能优良、价格低廉和原材料来源广泛等优点；但也存在如下缺点：
1、韧性差，受冲击时极易脆裂，因此不能用作结构材料，另外，聚氯乙烯的脆性受温度影响很大，一般的PVC制品使用下限为-15℃，软质PVC的使用下限为-30℃；
2、热稳定性差，其在100℃时就开始分解出HCl，高于150℃时分解更加迅速，而PVC的熔融温度约为210℃；
3、PVC的粘度极高，流动性极差，在一定程度上限制了其使用。人们常采用添加填料、弹性体、增塑剂、热稳定剂、加工助剂、耐热改性剂和流动改性剂等方法来改善PVC的性能。
申请号为200910116208.9公开了一种PVC材料及其制备方法，所述的PVC材料包括以下物质及重量份：100份PVC，2-8份稳定剂，2-6份加工助剂，1.5-2.5润滑剂，4-12份填料，0.05-1份着色剂。
申请号为201110306510.8公开了一种PVC管材的专用材料，由如下按照重量份的组分组成：PVC树脂100份，丁晴橡胶/纳米碳酸钙复合粉末橡胶4-16份，氯化聚乙烯2.5-7份，热稳定剂0.4-6份，润滑剂1.1-3.5份和着色剂0.3-3.8份。
申请号为201110427270.7公开了一种抗静电PVC颗粒材料及其制备方法，由下述重量配比的原料制备而成：PVC SG-3 90-100份，增塑剂DOP 70-85份，复合稳定剂4-5.5份，硬脂酸盐1-3份，填充剂35-48份，引发剂DCP 0.2-0.5份，反应性单体TAIC 3-5份，环氧乙烷4-6份，氧化乙烯1-3份。
上述方案在提高PVC材料的弹性方面具有一些效果，但是还不能显著的提升PVC材料的抗冲击性能，仍然无法将其应用扩大至工程应用中。基于此，现有技术中多采用抗冲击改性剂来直接提升PVC材料的抗冲击性，且随着多年来PVC改性技术的发展，PVC用抗冲击改性剂逐渐开发出三大增韧体系：CPE(氯化聚乙烯)体系、ACR(丙烯酸酯类)体系、EVA(乙烯-醋酸乙烯其聚物)体系。近年来，由于纳米材料的出现，人们已经采用无机纳米粒子来提高材料的力学性能。
在现有技术中，虽然也添加碳酸钙，但它一般是作为一种添加剂为降低成本及改善熔体强度等，而不是为了改善冲击性能，而且加入量大时会降低材料的冲击性能。但是在进一步的研究发现纳米碳酸钙却具有部分提高冲击性能的作用，但是，它也必须与其它抗冲击改性剂共同使用才能，因此如何更好的利用纳米材料对PVC进行改性将会是一个重要的研究方向。
发明内容
为了解决上述现有技术中PVC材料抗冲击性弱的缺陷，本发明提出一种具有抗冲击性能的改性PVC材料。
本发明采用的技术方案是，一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，包括如下重量份数的组分：
聚氯乙稀80-100份，纳米碳酸钙8-15份，增塑剂0.5-5份，抗冲改性剂10-15份，弹性改性剂10-15份；复合稳定剂3-5份，碳化硅3-5份；
所述增塑剂是由邻苯二甲酸二异壬酯和环氧大豆油以重量比8-10:1组成的混合物；所述弹性改性剂为玻璃化温度在80-90℃、密度在1.04-1.06g/cm3的发泡聚苯乙烯。
优选的，所述抗冲改性剂为氯化聚乙烯。
优选的，还包括晶须硅20-30份、邻苯二甲酸二辛酯5-10份、耦合剂3-5份。
优选的，所述耦合剂为硬脂酰基钛酸异丙酯、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三油酰氧基钛酸酯和异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯中的任一种。
优选的，还包括润滑剂2-5份，所述润滑剂为石蜡。
优选的，所述纳米碳酸钙粒径在2-20nm、且经马来酸酐接枝聚氯乙烯处理过。
优选的，还包括氧化锌10-15份。
优选的，还包括白炭黑10-15份。
优选的，还包括钛白粉20-25份。
优选的，所述PVC材料为聚合度在1000-1200、密度在1.35-1.45g/cm3的PVC材料。
与现有技术相比，本发明将具有以下有益效果：
1、邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)，无色油状液体，分子式为C26H42O4，分子量为418.6，密度为0.973-0.977，属无毒环氧类增塑剂，是一种性能优良的通用型主增塑剂，DINP可用作乙烯基树脂增塑剂，丁腈橡胶软化剂，硝酸纤维素漆的抗张强度助剂等。DINP与邻苯二甲酸二辛脂(DOP)相比，分子量更大一点，碳链更长一点，所以拥有更好的老化性能，抗迁移性能，抗萃取性能，更高的耐高温性能，相应的，同等条件下，DINP的塑化效果比DOP稍差。DINP比DOP更环保，广泛的应用于电线电缆，薄膜，玩具和护套等各类软质PVC产品。
环氧大豆油(ESO)，浅黄色黏稠油状液体，分子式C57H106O10，分子量为951.46，粘度325mpa.S，折光率1.473(25℃)，是一种使用最广泛的聚氯乙烯无毒增塑剂兼稳定剂。ESO与PVC树脂相容性好，挥发性低，迁移性小，具有优良的热稳定性和光稳定性，耐水性和耐油性亦佳，可赋予制品良好的机械强度，耐候性及电性能，且无毒性，是国际认可的用于食品包装材料的化学工艺助剂，可广泛用于所有的聚氯乙烯制品，还可用于特种油墨、油漆、涂料、合成橡胶以及液体复合稳定剂等。
本发明采用邻苯二甲酸二异壬酯和环氧大豆油的混合物作为增塑剂，两种增塑剂均为环保增塑剂，可以降低PVC分子链间的作用力，使PVC塑料的玻璃化温度、流动温度与所含微晶的熔点均降低，增塑剂可提高树脂的可塑性，使制品柔软、耐低温性能好；当两种增塑剂以重量比8-10:1复配使用时，可以提高制品的柔软性和耐低温性能。
2、所述弹性改性剂为玻璃化温度在80-90℃、密度在1.04-1.06g/cm3的发泡聚苯乙烯。
发泡聚苯乙烯(EPS)又称可发性聚苯乙烯，是由苯乙烯悬浮聚合，再加入发泡剂而制得。EPS是聚苯乙烯(PS)的硬质蜂窝状泡沫物，有良好隔热性和震动吸收作用，高压缩强度，很轻的重量，发泡聚苯乙烯加入到PVC中，能提高材料的弹性。本发明通过将发泡聚苯乙烯的玻璃化温度控制在80-90℃、密度控制在1.04-1.06g/cm3，制得的材料弹性好，拉伸强度和伸长率大，材料的弹性得到明显改善。
3、填充剂的粒径越小，对填充材料的拉伸强度和冲击强度越有益，本发明通过选用超纳米活性碳酸钙作为填充剂并控制其粒径在2-20nm，可以提高材料的强度；填充剂与树脂良好的相容性是发挥其作用和控制添加量的关键，本发明采用经相容剂马来酸酐接枝聚氯乙烯处理过的纳米活性碳酸钙，可以提高纳米活性碳酸钙与PVC树脂的相容性，从而提高材料的强度；
4、采用石蜡作为润滑剂能够提高制备时PVC材料的各组分与外部润滑效果，降低摩擦，利于生产，同时也提高了组分之间的相容性和分散性，有利于将晶须硅分散至体系中；
5、采用晶须硅和邻苯二甲酸二辛酯在耦合剂及石蜡的作用下融合分散至整个体系中，拉伸强度、耐温、抗冲击强度均有20-30％的提高，而原料成本可降低200-300元/吨；
6、选用氯化聚乙烯作为抗冲改性剂，制得的材料抗冲击性能好，且材料的弹性较好、耐候性较强。
具体实施方式
一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，其包括如下重量份数的组分：
聚氯乙稀80-100份，纳米碳酸钙8-15份，增塑剂0.5-5份，抗冲改性剂10-15份，弹性改性剂10-15份；复合稳定剂3-5份，碳化硅3-5份；
所述增塑剂是由邻苯二甲酸二异壬酯和环氧大豆油以重量比8-10:1组成的混合物；所述弹性改性剂为玻璃化温度在80-90℃、密度在1.04-1.06g/cm3的发泡聚苯乙烯。
其中，抗冲改性剂为氯化聚乙烯。PVC材料为聚合度在1000-1200、密度在1.35-1.45g/cm3的PVC材料。
制备上述PVC材料时，采用步骤为：
步骤一，将各组分按重量比准备并混合；
步骤二，将混合后得到的原料放入高速共混机中，在100-140℃温度下搅拌15-25min；
步骤三，将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出成型，挤出温度为135-178℃。
实施例1，一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，其包括如下重量份数的组分：
聚氯乙稀82份，纳米碳酸钙8份，增塑剂2份，抗冲改性剂12份，弹性改性剂12份；复合稳定剂3份，碳化硅3份；所述增塑剂是由邻苯二甲酸二异壬酯和环氧大豆油以重量比10:1组成的混合物；所述弹性改性剂为玻璃化温度在80-90℃、密度在1.04-1.06g/cm3的发泡聚苯乙烯。
其中，抗冲改性剂为氯化聚乙烯。PVC材料为聚合度在1000-1200、密度在1.35-1.45g/cm3的PVC材料。
制备上述PVC材料时，采用步骤为：
步骤一，将各组分按重量比准备并混合；
步骤二，将混合后得到的原料放入高速共混机中，在120-130℃温度下搅拌22min；
步骤三，将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出成型，挤出温度为135-178℃。
实施例2，一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，其包括如下重量份数的组分：
聚氯乙稀95份，纳米碳酸钙14份，增塑剂4份，抗冲改性剂13份，弹性改性剂15份；复合稳定剂5份，碳化硅5份；所述增塑剂是由邻苯二甲酸二异壬酯和环氧大豆油以重量比8:1组成的混合物；所述弹性改性剂为玻璃化温度在80-90℃、密度在1.04-1.06g/cm3的发泡聚苯乙烯。
其中，抗冲改性剂为氯化聚乙烯。PVC材料为聚合度在1000-1200、密度在1.35-1.45g/cm3的PVC材料。
制备上述PVC材料时，采用步骤为：
步骤一，将各组分按重量比准备并混合；
步骤二，将混合后得到的原料放入高速共混机中，在130-140℃温度下搅拌18min；
步骤三，将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出成型，挤出温度为135-178℃。
实施例3，一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，其包括如下重量份数的组分：
聚氯乙稀82份，纳米碳酸钙8份，增塑剂0.8份，抗冲改性剂12份，弹性改性剂12份；复合稳定剂3份，碳化硅3份；晶须硅28份、邻苯二甲酸二辛酯10份、耦合剂5份。所述增塑剂是由邻苯二甲酸二异壬酯和环氧大豆油以重量比10:1组成的混合物；所述弹性改性剂为玻璃化温度在80-90℃、密度在1.04-1.06g/cm3的发泡聚苯乙烯。
其中，抗冲改性剂为氯化聚乙烯。PVC材料为聚合度在1000-1200、密度在1.35-1.45g/cm3的PVC材料。耦合剂为硬脂酰基钛酸异丙酯、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三油酰氧基钛酸酯和异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯中的任一种，本实施例中选择耦合剂为硬脂酰基钛酸异丙酯。
制备上述PVC材料时，采用步骤为：
步骤一，将各组分按重量比准备并混合；
步骤二，将混合后得到的原料放入高速共混机中，在120-130℃温度下搅拌22min；
步骤三，将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出成型，挤出温度为135-178℃。
实施例4，一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，其包括如下重量份数的组分：
聚氯乙稀82份，纳米碳酸钙8份，增塑剂5份，抗冲改性剂12份，弹性改性剂12份；复合稳定剂3份，碳化硅3份；晶须硅22份、邻苯二甲酸二辛酯7份、耦合剂3份、石蜡5份。所述增塑剂是由邻苯二甲酸二异壬酯和环氧大豆油以重量比10:1组成的混合物；所述弹性改性剂为玻璃化温度在80-90℃、密度在1.04-1.06g/cm3的发泡聚苯乙烯。
其中，抗冲改性剂为氯化聚乙烯。PVC材料为聚合度在1000-1200、密度在1.35-1.45g/cm3的PVC材料。耦合剂为硬脂酰基钛酸异丙酯、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三油酰氧基钛酸酯和异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯中的任一种，本实施例中选择耦合剂为硬脂酰基钛酸异丙酯。
制备上述PVC材料时，采用步骤为：
步骤一，将各组分按重量比准备并混合；
步骤二，将混合后得到的原料放入高速共混机中，在120-130℃温度下搅拌22min；
步骤三，将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出成型，挤出温度为135-178℃。
实施例5，一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，其包括如下重量份数的组分：聚氯乙稀82份，纳米碳酸钙8份，增塑剂1份，抗冲改性剂12份，弹性改性剂12份；复合稳定剂3份，碳化硅3份；晶须硅22份、邻苯二甲酸二辛酯7份、耦合剂3份、石蜡5份、氧化锌10份、白炭黑12份、钛白粉24份。所述增塑剂是由邻苯二甲酸二异壬酯和环氧大豆油以重量比10:1组成的混合物；所述弹性改性剂为玻璃化温度在80-90℃、密度在1.04-1.06g/cm3的发泡聚苯乙烯。
其中，抗冲改性剂为氯化聚乙烯。PVC材料为聚合度在1000-1200、密度在1.35-1.45g/cm3的PVC材料。耦合剂为硬脂酰基钛酸异丙酯、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三油酰氧基钛酸酯和异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯中的任一种，本实施例中选择耦合剂为硬脂酰基钛酸异丙酯。
制备上述PVC材料时，采用步骤为：
步骤一，将各组分按重量比准备并混合；
步骤二，将混合后得到的原料放入高速共混机中，在120-130℃温度下搅拌22min；
步骤三，将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出成型，挤出温度为135-178℃。
实验部分
实施例1-5中均按照各自记载的制备方法制备样本，并对每组样本进行性能测试，将结果记录如下：
测试项目 标准值 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
拉伸强度(MPa) ≥15.0 23.5 23.6 30.5 32.2 33.4
弯曲强度(MPa) ≥15.0 50.6 50.5 60.2 62.4 63.3
断裂伸长率(％) ≥150 552 553 628 633 635
热变形温度(℃) ≥50.0 118.3 119.2 138.5 137.5 138.8
冲击催化温度(℃) ≤-20 -28 -28 -33 -35 -36
硬度/Shoer D ≥50 86 85 101 102 105
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
聚氯乙稀80-100份，纳米碳酸钙8-15份，增塑剂0.5-5份，抗冲改性剂10-15份，弹性改性剂10-15份；复合稳定剂3-5份，碳化硅3-5份；
所述增塑剂是由邻苯二甲酸二异壬酯和环氧大豆油以重量比8-10:1组成的混合物；所述弹性改性剂为玻璃化温度在80-90℃、密度在1.04-1.06g/cm3的发泡聚苯乙烯。
2.根据权利要求1所述的一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，其特征在于，所述抗冲改性剂为氯化聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，其特征在于，还包括晶须硅20-30份、邻苯二甲酸二辛酯5-10份、耦合剂3-5份。
4.根据权利要求3所述的一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，其特征在于，所述耦合剂为硬脂酰基钛酸异丙酯、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三油酰氧基钛酸酯和异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯中的任一种。
5.根据权利要求3所述的一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，其特征在于，还包括润滑剂2-5份，所述润滑剂为石蜡。
6.根据权利要求1所述的一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，其特征在于，所述纳米碳酸钙粒径在2-20nm、且经马来酸酐接枝聚氯乙烯处理过。
7.根据权利要求1所述的一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，其特征在于，还包括氧化锌10-15份。
8.根据权利要求1所述的一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，其特征在于，还包括白炭黑10-15份。
9.根据权利要求1所述的一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，其特征在于，还包括钛白粉20-25份。
10.根据权利要求1所述的一种具有抗冲击性能的改性PVC材料，其特征在于，所述PVC材料为聚合度在1000-1200、密度在1.35-1.45g/cm3的PVC材料。
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