CN1331934C - 一种聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其原材料包括：聚氯乙烯、插层树脂(氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，抗冲型丙烯酸酯)和有机改性蒙脱石、稳定剂(铅盐，有机锡，硬脂酸钙，硬脂酸钡等)和加工助剂，采用母料法熔融插层制备获得。本发明的复合材料力学性能明显提高，并且材料的加工性能也有所改善。
Description
技术领域
本发明属工程塑料技术领域，具体涉及一种有机改性蒙脱石熔融插层聚氯乙烯形成的纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
聚氯乙烯(PVC)是五大通用塑料之一，随着国家化学建材新型产业的发展，硬质PVC制品呈突飞猛进的增长，其中门窗异型材已达年产50万吨以上，PVC管材也达到年产30万吨以上。现PVC型材配方体系一般是PVC/CPE、PVC/抗冲型ACR等，是典型的橡胶增韧塑料体系。传统的弹性体增韧PVC，由于加入低模量的橡胶相，常常使材料韧性提高的同时，刚性、拉伸强度、耐热性和加工性能都有不同程度的损失。
利用具有天然层状结构的无机层状硅酸盐材料--蒙脱石经插层剂化学修饰后，再与PVC原位复合制备有机/无机纳米杂化材料，为PVC增强增韧提供了一条新思路。
发明内容
本发明的目的在于提出一种材料力学性能优良，耐热性能和加工性能又有提高的聚氯乙烯纳米复合材料。
本发明提出的聚氯乙烯纳米复合材料，是用有机改性蒙脱石插层聚氯乙烯(PVC)制备而成，其原材料按重量的组份配比如下：
聚氯乙烯 100
母料 10.5-15.5
稳定剂 2-5
加工助剂 1
本发明所用的聚氯乙烯型号可以为：WS-1000。
本发明所采用的有机改性蒙脱石(0-MMT)是经阳离子交换剂16-18碳烷基铵盐、双16-18碳烷基铵盐改性的蒙脱石，其片层间距为2nm-4nm。蒙脱石粒径一般为20-100μm。
本发明所采用的插层母料配方如下(重量份)：
插层树脂 100
有机改性蒙脱石(0-MMT) 10-50
稳定剂 2-5
本发明中，所采用的插层树脂可以是氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(VP)、抗冲型丙烯酸酯(ACR)之一种。所采用的稳定剂可以是铅盐、有机锡、硬脂酸钙、硬脂酸钡之一种。所采用的加工助剂为常规材料。采用的聚氯乙烯的含氯量为35-37％。
由于本发明在PVC中复合了有机改性蒙脱石，故亦称该材料为聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料。
本发明的聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料采用母料法熔融插层制备，具体步骤如下：
(1)将所述插层树脂、有机改性蒙脱石和稳定剂按重量配比放入高速搅拌机混合均匀，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融共混，加工温度为110-130℃，得到插层母料。
(2)再将聚氯乙烯和插层母料、稳定剂、加工助剂按重量配比放入高速搅拌机混合均匀，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融共混，加工温度为140-160℃，即得到聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料。
本发明所制得的聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料中，有机改性蒙脱石在聚氯乙烯基体中达到纳米分散水平，形成了插层结构，复合材料具有很好的综合性能，其冲击强度大幅度提高。例如，材料的力学性能(强度、韧性)及耐热性可同时提高，且加工流动性有所改善。这样，对于PVC门窗异型材，就可提高型材的物理力学性能指标；或在保持型材落锤冲击性能与刚性基础上，降低型材的壁厚，从而降低门窗每平方米型材用量，提高了塑料门窗的市场竞争能力。另外，对于耐热PVC电力管材，可以一改传统的以CPVC提高其耐热性的改性方法(此方法制品加工特别困难)，用层状蒙脱石改性PVC，既可以提高耐热温度，又可改善其加工流动性。另外，该材料由于层状粘土的加入，可使其具有良好的阻燃性能和自熄。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
将100g氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和3克稳定剂共混，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为110℃，得插层母料1；
将100g氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和10克O-MMT、3克稳定剂铅盐共混，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为130℃，得插层母料2；
将100g氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和20克O-MMT、3克稳定剂铅盐共混，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为120℃，得插层母料3；
将100g氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和30克O-MMT、3克稳定剂有机锡共混，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为125℃，得插层母料4；
将100g氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和40克O-MMT、3克稳定剂有机锡共混，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为110℃，得插层母料5；
将100g氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和50克O-MMT、3克稳定剂硬酯酸钙共混，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为130℃，得插层母料6。
将100g抗冲型ACR和3克稳定剂硬脂酸钙共混，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为110℃，得插层母料7。
将100g抗冲型ACR和和10克O-MMT、3克稳定剂硬脂酸钡共混，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为130℃，得插层母料8。
将100g抗冲型ACR和和20克O-MMT、3克稳定剂硬脂酸钡共混，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为125℃，得插层母料9。
将100g抗冲型ACR和和30克O-MMT、3克稳定剂有机锡共混，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为120℃，得插层母料10。
将100g抗冲型ACR和和40克O-MMT、3克稳定剂有机锡共混，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为110℃，得插层母料11。
将100g抗冲型ACR和和50克O-MMT、3克稳定剂铅盐共混，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为130℃，得插层母料12。
实施例1
将100g聚氯乙烯、2-5g稳定剂和1g加工助剂共混，用高速搅拌机搅拌，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为140-160℃，得到聚氯乙烯空白料，其性能见表1。
实施例2
将100g聚氯乙烯、2-5g稳定剂和1g加工助剂共混，用高速搅拌机搅拌，然后与10.5g母料1混合，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为140-160℃，得到聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其性能见表1。
实施例3
将100g聚氯乙烯、2-5g稳定剂和1g加工助剂共混，用高速搅拌机搅拌，然后与11.5g母料2混合，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为140-160℃，得到聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其性能见表1。
实施例4
将100g聚氯乙烯、2-5g稳定剂和1g加工助剂共混，用高速搅拌机搅拌，然后与12.5g母料3混合，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为140-160℃，得到聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其性能见表1。
实施例5
将100g聚氯乙烯、2-5g稳定剂和1g加工助剂共混，用高速搅拌机搅拌，然后与13.5g母料4混合，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为140-160℃，得到聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其性能见表1。
实施例6
将100g聚氯乙烯、2-5g稳定剂和1g加工助剂共混，用高速搅拌机搅拌，然后与14.5g母料5混合，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为140-160℃，得到聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其性能见表1。
实施例7
将100g聚氯乙烯、2-5g稳定剂和1g加工助剂共混，用高速搅拌机搅拌，然后与15.5g母料6混合，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为140-160℃，得到聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其性能见表1。
实施例8
将100g聚氯乙烯、2-5g稳定剂和1g加工助剂共混，用高速搅拌机搅拌，然后与10.5g母料7混合，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为140-160℃，得到聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其性能见表1。
实施例9
将100g聚氯乙烯、2-5g稳定剂和1g加工助剂共混，用高速搅拌机搅然后与11.5g母料8混合，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为140-160℃，得到聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其性能见表1。
实施例10
将100g聚氯乙烯、2-5g稳定剂和1g加工助剂共混，用高速搅拌机搅拌，然后12.5g母料9混合，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为140-160℃，得到聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其性能见表1。
实施例11
将100g聚氯乙烯、2-5g稳定剂和1g加工助剂共混，用高速搅拌机搅拌，然后与13.5g母料10混合，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为140-160℃，得到聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其性能见表1。
实施例12
将100g聚氯乙烯、2-5g稳定剂和1g加工助剂共混，用高速搅拌机搅拌，然后与14.5g母料11混合，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为140-160℃，得到聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其性能见表1。
实施例13
将100g聚氯乙烯、2-5g稳定剂和1g加工助剂共混，用高速搅拌机搅拌，然后与15.5g母料12混合，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融插层，加工温度为140-160℃，得到聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其性能见表1。
表1熔融插层母料法制备聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料的性能比较
| 实施例 | PVC(g) | 插层树脂类型及加量(phr) | 拉伸强度(MPa) | 缺口冲击强度(KJ/m2) |
| 1 | 100 | 59.69 | 2.14 | |
| 2 | 100 | 插层母料1，10.5 | 48.90 | 17.41 |
| 3 | 100 | 插层母料2，11.5 | 43.48 | 27.43 |
| 4 | 100 | 插层母料3，12.5 | 41.57 | 22.45 |
| 5 | 100 | 插层母料4，13.5 | 47.92 | 15.9 |
| 6 | 100 | 插层母料5，14.5 | 40.80 | 12.86 |
| 7 | 100 | 插层母料6，15.5 | 37.23 | 6.17 |
| 8 | 100 | 插层母料7，10.5 | 55.04 | 3.96 |
| 9 | 100 | 插层母料8，11.5 | 53.1 | 6.16 |
| 10 | 100 | 插层母料9，12.5 | 52.28 | 5.47 |
| 11 | 100 | 插层母料10，13.5 | 53.76 | 4.98 |
| 12 | 100 | 插层母料11，14.5 | 50.52 | 3.59 |
| 13 | 100 | 插层母料12，15.5 | 54.78 | 2.54 |
Claims (6)
1、一种聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其特征在于由有机改性蒙脱石插层聚氯乙烯制备而成，其原料按重量的组份配比如下：
聚氯乙烯 100
插层母料 10.5-15.5
稳定剂 2-5
加工助剂 1
其中，插层母料的按重量的组份配比如下：
插层树脂 100
有机改性蒙脱石(O-MMT) 10-50
稳定剂 2-5
这里所用的插层树脂为氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、抗冲型丙烯酸酯之一种。
3、根据权利要求1所述的聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其特征在于所用的稳定剂为铅盐、有机锡、硬脂酸钙、硬脂酸钡之一种。
4、根据权利要求1所述的聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其特征在于所述的有机改性蒙脱石的阳离子交换剂为16-18碳烷基铵盐、双16-18碳烷基铵盐。
5、根据权利要求1所述的聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其特征在于所用的有机改性蒙脱石的层间距为2.0nm-4.0nm，粒径为20-100μm。
6、根据权利要求1所述的聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料，其特征在于采用的聚氯乙烯的含氯量为35-37％。
7、一种如权利要求1所述的聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)将插层树脂、有机改性蒙脱石和稳定剂按重量配比放入高速搅拌机混合均匀，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融共混，加工温度为140-160℃，得插层母料；
(2)将聚氯乙烯、插层母料、稳定剂和加工助剂按重量配比放入高速搅拌机混合均匀，用双辊塑炼机或挤出机或密炼机熔融共混，加工温度为110-130℃，得到聚氯乙烯/蒙脱石纳米复合材料。
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|---|---|
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