CN113549285A - 一种耐老化pvc胶粒及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及高分子领域，公开了一种耐老化PVC胶粒及其制备工艺。一种耐老化PVC胶粒，由以下组分组成：PVC、增塑剂、填充剂、稳定剂，所述稳定剂至少包括改性二氧化钛粉末；所述改性二氧化钛粉末的制备工艺包括以下步骤：步骤（1），取纳米二氧化钛和伊利石粉溶解在水中，搅拌至少1h，得到复合物A溶液；通过聚丙烯酸溶解在水中，搅拌至少10min，得到聚丙烯酸钠溶液；步骤（2），将所述复合物A溶液和所述聚丙烯酸钠溶液混合，在60‑70℃下超声0.5‑1h，接着在60‑70℃下保温2‑4h，得到改性二氧化钛混合液，接着干燥，得到改性二氧化钛粉末。本申请具有提高PVC胶粒的耐黄变、耐老化性能的优点。

Description

一种耐老化PVC胶粒及其制备工艺
技术领域
本申请涉及高分子领域，尤其是涉及一种耐老化PVC胶粒及其制备工艺。
背景技术
PVC又称聚氯乙烯，是氯乙烯单体在过氧化物、偶氮化合物等引发剂或在光、热作用下按自由基聚合反应机理聚合而成的聚合物。PVC胶粒一般是在PVC塑料、稳定剂、增塑剂以及填料等混合挤出造粒而成。通过将PVC胶粒经过注塑模压成型，可以得到所需形状的PVC制品，如儿童玩具或者奶嘴等。
但是PVC的耐老化性能较差，因此，PVC制品在使用过程中，PVC制品容易出现变黄、变脆等现象，从而严重影响了PVC制品的正常使用。
纳米二氧化钛具有无毒、紫外线屏蔽性能优良以及热稳定性好的特点，有望用于提高PVC胶粒的耐老化性能，制得胶粒安全，不易产生有毒有害物质，非常适合用于儿童玩具或者奶嘴等儿童接触的PVC制品。
然而在PVC中直接加入纳米二氧化钛后，纳米二氧化钛的表面活性高使纳米二氧化钛容易团聚，纳米二氧化钛在PVC中的分散性较差，不利于纳米二氧化钛的应用，并且PVC注塑时的温度通常为160-200℃，纳米二氧化钛在PVC中团聚容易加速PVC热降解，从而增加了PVC内部的缺陷，导致PVC分子链的光稳定性降低，PVC仍容易黄变和老化。
发明内容
为了提高PVC制品的耐老化性能，本申请提供一种耐老化PVC胶粒及其制备工艺。
第一方面，本申请提供一种耐老化PVC胶粒,采用如下技术方案:
一种耐老化PVC胶粒，由以下质量份数的组分组成：
PVC100份；
增塑剂5-10份；
填充剂10-30份；
稳定剂5-10份；
所述稳定剂至少包括改性二氧化钛粉末；
所述改性二氧化钛粉末的制备工艺包括以下步骤：
步骤(1)，取质量份数为5-8份的纳米二氧化钛和质量份数为1-4份的伊利石粉溶解在质量份数为50份的水中，搅拌至少1h，得到复合物A溶液；通过将质量份数4-6份的聚丙烯酸溶解在质量份数为50份的水中，搅拌至少10min，得到聚丙烯酸钠溶液；
步骤(2)，将所述复合物A溶液和所述聚丙烯酸钠溶液混合，在60-70℃下超声0.5-1h，接着在60-70℃下保温2-4h，得到改性二氧化钛混合液，接着干燥，得到改性二氧化钛粉末。
本申请加入聚丙烯酸对纳米二氧化钛进行改性处理，有利于提高纳米二氧化钛在PVC中的分散性，克服纳米二氧化钛在PVC中容易团聚的缺陷，并且还能提高PVC的热稳定性，使得PVC胶粒的耐老化性能提高。而伊利石粉的比表面积较大，对聚丙烯酸和纳米二氧化钛具有较佳的吸附作用，能够促进聚丙烯酸对纳米二氧化钛结合生成改性二氧化钛，从而提高改性二氧化钛的含量。
此外，改性二氧化钛的紫外线屏蔽能力大大提高，发明人认为，伊利石粉和纳米二氧化钛两者能够吸附并以化学键的方式结合，伊利石粉能够反射部分紫外线，因此与伊利石粉结合后的纳米二氧化钛不易因吸收过多的紫外线而发生化学反应，从而使得改性二氧化钛屏蔽紫外线的性能更佳。
优选的,所述伊利石粉的粒径为300-600目。
伊利石粉的粒径为300-600目时，聚丙烯酸与纳米二氧化钛结合效果较佳，从而使得改性二氧化钛的转化率提高，进而有利于改性二氧化钛粉末提高PVC胶粒的抗老化性能。
优选的，所述伊利石粉与纳米二氧化钛的质量比为(0.18-0.4)：1。
当伊利石粉与纳米二氧化钛的(0.18-0.4)：1，使得改性二氧化钛的屏蔽紫外线能力较佳，从而使得PVC胶粒的耐老化性能提高。
优选的，所述步骤(2)中，所述干燥为喷雾干燥。
优选的，所述喷雾干燥时，改性二氧化钛混合液经过喷雾机喷出，同时采用160-180℃的热风进行干燥，得到改性二氧化钛粉末。
通过160-180℃的热风对改性二氧化钛混合液进行干燥，使得改性二氧化钛干燥后得到均匀分散的粉末，且改性二氧化钛的含水率较低，因此，改性二氧化钛不易将水分带入PVC中，使得PVC在加工过程中不易水解。
优选的，所述稳定剂由改性二氧化钛粉末和二苯甲酮类化合物按照质量比为(1.5-4):1组合。
实验发现，改性二氧化钛粉末和二苯甲酮类化合物具有较佳的协同作用，两者按照一定的比例复合后能够显著提高PVC的耐老化性，使得PVC不易黄变、不易老化。
优选的，所述增塑剂为对苯二甲酸二辛酯。
对苯二甲酸二辛酯中不含有邻苯二甲酸盐的环保增塑剂，与PVC的相容性佳，耐迁移效果好，有利于在改善PVC的加工性能的。
优选的，所述填充剂为轻质碳酸钙和滑石粉中的一种或者两种组合。
优选的，所述填充剂为轻质碳酸钙和滑石粉按照质量比为(4-9):1组合。
通过轻质碳酸钙和滑石粉以(4-9):1组合，使得轻质碳酸钙和滑石粉对PVC产生较佳的补强作用，还使得PVC的耐热性以及耐老化性能进一步提高。
第二方面，本申请提供以一种耐老化PVC胶粒的制备工艺，采用如下技术方案：
一种耐老化PVC胶粒的制备工艺如下：将PVC预先干燥，得到干燥PVC，将增塑剂、填充剂、稳定剂以及干燥PVC混合挤出造粒，得到耐老化PVC胶粒。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、通过对纳米二氧化钛进行改性处理，得到改性二氧化钛粉末，PVC胶粒的耐热程度和耐紫外线照射能力提高，使得PVC胶粒的黄变程度减少，拉伸强度和断裂伸长率明显减少，证明PVC胶粒的耐老化性能提高。
2、改性二氧化钛粉末和二苯甲酮类化合物具有较佳的协同作用，使得PVC更加不易黄变、不易老化。
具体实施方式
本申请的原料为普通市售，其中，PVC购自台湾塑料化工有限公司出售的PVC，型号为S-65。聚丙烯酸购自河南德泰化工产品有限公司，CAS号为9003-01-4。纳米二氧化钛为河北锂品汇科技有限公司出售的牌号为01的纳米二氧化钛。
制备例1
一种改性二氧化钛粉末，由以下步骤制备得到：
步骤(1)，在第一搅拌罐中加入50kg的水，在100r/min的转速下,边搅拌边加入5kg的纳米二氧化钛和1kg的伊利石粉，伊利石粉的粒径为300目，在100r/min的转速下搅拌1h，得到复合物A溶液；在第二搅拌罐中加入50kg的水，通过将6kg的聚丙烯酸加入第二搅拌罐中，在80r/min的转速下搅拌10min，得到聚丙烯酸钠溶液；
步骤(2)，将复合物A溶液输送至第二搅拌罐，使复合物A溶液和聚丙烯酸溶液混合，在100r/min的转速下搅拌10min，接着在超声波机中超声0.5h，然后转移至第三搅拌罐，在60℃下保温4h，得到改性二氧化钛混合液，改性二氧化钛混合液经过喷雾机喷雾，同时用160℃的热风干燥喷雾，得到改性二氧化钛粉末。
制备例2
一种改性二氧化钛粉末，由以下步骤制备得到：
步骤(1)，在第一搅拌罐中加入50kg的水，在80r/min的转速下，边搅拌边加入8kg的纳米二氧化钛和4kg的伊利石粉，伊利石粉的粒径为400目，在80r/min的转速下搅拌2h，得到复合物A溶液；在第二搅拌罐中加入50kg的水，通过将4kg的聚丙烯酸加入第二搅拌罐中，在100r/min的转速下搅拌30min，得到聚丙烯酸钠溶液；
步骤(2)，将复合物A溶液输送至第二搅拌罐，使复合物A溶液和聚丙烯酸溶液混合，在80r/min的转速下搅拌20min，接着在超声波机中超声1h，然后转移至第三搅拌罐，在70℃下保温2h，得到改性二氧化钛混合液，改性二氧化钛混合液经过喷雾机喷雾，同时用180℃的热风干燥喷雾，得到改性二氧化钛粉末。
制备例3
与制备例2的区别在于：步骤(1)中，伊利石粉的添加量为1.5kg。
制备例4
与制备例2的区别在于：步骤(1)中，伊利石粉的添加量为3kg。
制备例5
与制备例2的区别在于：步骤(1)中，伊利石粉的粒径为600目。
制备对比例1
一种对比样1，与制备例2的区别在于：步骤(1)中，采用水等量替换伊利石粉。
实施例1
一种耐老化PVC胶粒，由100kgPVC、5kg增塑剂、10kg填充剂和5kg稳定剂组成，其中，增塑剂为对苯二甲酸二辛酯，填充剂为9kg轻质碳酸钙和1kg滑石粉组合，稳定剂为制备例1制备的改性二氧化钛粉末。
一种耐老化PVC胶粒的制备工艺，取100kPVC在50℃下干燥4h，得到干燥PVC，将5kg对苯二甲酸二辛酯、9kg轻质碳酸钙、1kg滑石粉、5kg改性二氧化钛粉末以及干燥PVC一起投入挤出机中，挤出温度为190℃，之后进入造粒机剪切，得到耐老化PVC胶粒。
实施例2
与实施例1的区别在于:稳定剂为制备例2制备的改性二氧化钛粉末。
实施例3
与实施例1的区别在于:稳定剂为制备例3制备的改性二氧化钛粉末。
实施例4
与实施例1的区别在于:稳定剂为制备例4制备的改性二氧化钛粉末。
实施例5
与实施例1的区别在于:稳定剂为制备例5制备的改性二氧化钛粉末。
实施例6
与实施例4的区别在于:稳定剂为3kg制备例4制备的改性二氧化钛粉末和2kg二苯甲酮组合。
实施例7
与实施例4的区别在于:稳定剂为4kg制备例4制备的改性二氧化钛粉末和1kg2,4-二羟基二苯甲酮组合。
实施例8
与实施例7的区别在于：填充剂为8kg轻质碳酸钙和2kg滑石粉组合。
对比例1
与实施例1的区别在于：采用纳米二氧化钛等量替换改性二氧化钛。
对比例2
与实施例1的区别在于：采用制备对比例1制备的对比样1等量替换制备例1制备的改性二氧化钛粉末。
实验1
耐老化测试：将各实施例及比较例制备的PVC胶粒制成长15mm、宽5mm和高2mm的试样，在85±1℃、相对湿度为85±0.2％的条件下放置168小时，取出样品，利用型号为Huntlab UltraScan VIS的色差仪测试各样品的黄度指数YI，并计算黄度指数变化值ΔYI。实验1的检测数据详见表3。
实验2
测试各实施例及对比例制备的PVC胶粒在紫外线照射2500h前后的拉伸强度以及断裂伸长率的变化率。拉伸强度以及断裂伸长率根据GB/T528-2009进行测试，拉伸强度变化率为紫外线照射2500h前后的拉伸强度的差值除以耐老化测试前的拉伸强度，断裂伸长率的变化率为耐老化测试前后的断裂伸长率的差值除以耐老化测试前的断裂伸长率。实验2的检测数据详见表1。
表1
Figure BDA0003197034780000071
Figure BDA0003197034780000081
根据表1中实施例1与对比例1的数据对比可得，通过对纳米二氧化钛进行改性处理得到改性二氧化钛粉末，PVC胶粒的黄变指数变化率、拉伸强度变化率和断裂伸长率变化率明显减少，证明PVC胶粒的耐热和紫外线屏蔽的能力提高，PVC胶粒的耐黄变和耐老化性能提高。
根据表1中实施例1与对比例2的数据对比可得，在纳米二氧化钛改性过程中，通过加入伊利石粉有利于提高纳米二氧化钛改性的转化率，从而提高改性二氧化钛粉末中改性二氧化钛的含量，使得改性二氧化钛粉末加入PVC后，PVC胶粒的紫外屏蔽能力提高，PVC胶粒的耐黄变以及耐老化能力进一步提高。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种耐老化PVC胶粒，其特征在于：由以下质量份数的组分组成：
PVC100份
增塑剂5-10份
填充剂10-30份
稳定剂5-10份
所述稳定剂至少包括改性二氧化钛粉末；
所述改性二氧化钛粉末的制备工艺包括以下步骤：
步骤（1），取质量份数为5-8份的纳米二氧化钛和质量份数为1-4份的伊利石粉溶解在质量份数为50份的水中，搅拌至少1h，得到复合物A溶液；通过将质量份数4-6份的聚丙烯酸溶解在质量份数为50份的水中，搅拌至少10min，得到聚丙烯酸钠溶液；
步骤（2），将所述复合物A溶液和所述聚丙烯酸钠溶液混合，在60-70℃下超声0.5-1h，接着在60-70℃下保温2-4h，得到改性二氧化钛混合液，接着干燥，得到改性二氧化钛粉末。
2.根据权利要求1所述的一种耐老化PVC胶粒，其特征在于：所述伊利石粉的粒径为300-600目。
3.根据权利要求1所述的一种耐老化PVC胶粒，其特征在于：所述伊利石粉与纳米二氧化钛的质量比为（0.18-0.4）：1。
4.根据权利要求1所述的一种耐老化PVC胶粒，其特征在于：所述步骤（2）中，所述干燥为喷雾干燥。
5.根据权利要求4所述的一种耐老化PVC胶粒，其特征在于：所述喷雾干燥时，改性二氧化钛混合液经过喷雾机喷出，同时采用160-180℃的热风进行干燥，得到改性二氧化钛粉末。
6.根据权利要求1所述的一种耐老化PVC胶粒，其特征在于：所述耐老化PVC胶粒中还加入有二苯甲酮类化合物，所述稳定剂由改性二氧化钛粉末和二苯甲酮类化合物按照质量比为（1.5-4）:1组合。
7.根据权利要求1所述的一种耐老化PVC胶粒，其特征在于：所述增塑剂为对苯二甲酸二辛酯。
8.根据权利要求1所述的一种耐老化PVC胶粒，其特征在于：所述填充剂为轻质碳酸钙和滑石粉中的一种或者两种组合。
9.根据权利要求8所述的一种耐老化PVC胶粒，其特征在于：所述填充剂为轻质碳酸钙和滑石粉按照质量比为（4-9）:1组合。
10.一种耐老化PVC胶粒的制备工艺，其特征在于：将PVC预先干燥，得到干燥PVC，将增塑剂、填充剂、稳定剂以及干燥PVC混合挤出造粒，得到耐老化PVC胶粒。
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