一种适合高原环境抗紫外的PVC复合材料制备方法技术

本发明专利技术属于新材料领域技术，具体地说是针对增强聚氯乙烯（PVC）材料功能性进行改进的制备工艺。本发明专利技术的制备工艺是：(1)纳米增强体的制备；(2) 化学溶液法制备混杂型PVC功能复合材料；即制得混杂型PVC功能复合材料。本发明专利技术方法将氧化锌与二氧化钛复合使用，可极大提高复合材料的抗紫外性能；本发明专利技术将纳米氢氧化镁、氧化锌与二氧化钛粒子三者有机地结合起来制备的PVC复合材料，优化了PVC的抗紫外能力、降低了老化速率，延长了使用寿命，增加了阻燃性能,降低了火灾的发生，最终提高了PVC材料在青藏高原的外部环境适应能力。

【技术实现步骤摘要】
一种适合高原环境抗紫外的PVC复合材料制备方法
本专利技术属于新材料
，具体地说是针对增强聚氯乙烯（PVC）材料功能性进行改进的制备工艺。
技术介绍
塑料作为四大基础材料之一，聚氯乙烯（PVC）是世界上最早实现工业化生产的塑料品种之一。它的应用涉及生产生活几乎所有的行业，在国民经济发展过程中具有重要的战略意义。PVC具有难燃、抗化学腐蚀、耐磨、电绝缘性优良和机械强度较高等优点，广泛应用于工业、农业、建筑、日用品、包装以及电力行业。PVC的经济效益在整个国家经济效益中占有举足轻重的地位。青海省地处青藏高原，全省平均海拔4000米左右，高原大气层相对稀薄，日光透过率高，加之气候干燥、降雨量少，云层遮蔽率低，日射强烈，日照十分充足，紫外线强。如PVC不做抗紫外处理与阻燃性能处理，会加速PVC老化过程，减少PVC使用寿命，并引发火灾。因此，如何优化PVC的抗紫外能力、增加PVC的阻燃性能，提高PVC使用寿命，是目前在青海省发展PVC产业的突破点。目前对单一纳米氢氧化镁、氧化锌与二氧化钛粒子增强PVC复合材料研究较多，但是对纳米氢氧化镁、氧化锌与二氧化钛粒子混杂增强的复合材料研究尚未见报导。李梅等研究了以氢氧化镁、三氧化二锑、十溴联苯醚、氧化锌为主的复合阻燃体系对PVC软、硬质品的阻燃作用，结果表明，复合阻燃剂用于PVC制品中，阻燃性能、机械性能、抗紫外性能、电性能和加工性能均得到一定提高，且具有一定的抑烟效果。杨明娇通过原位乳液聚合法，在纳米TiO2表面接枝上丙烯酸酯类聚合物，制得聚丙烯酸酯/纳米TiO2复合粒子的紫外光稳定剂，并将其用于改性PVC，结果表明，复合粒子显著提高PVC的抗紫外光性能。张莹等采用不同共混方法将载银纳米二氧化钛分散到PVC清漆中，研究其分散及改性效果，最终制得光催化降解甲基橙率及抗菌率均较高的抗菌PVC塑料。在前人众多研究的基础之上，本专利技术结合青海地区丰富的盐湖资源与极端的气候条件，采用化学溶液法制备纳米氢氧化镁、氧化锌与二氧化钛粒子混杂三相增强PVC复合材料。首先，通过原位嫁接聚合法在纳米氢氧化镁、氧化锌与二氧化钛粒子表面接枝硅烷偶联剂（KH-570）；其次，在机械搅拌过程中引入超声处理，增加了改性的三种纳米粒子在PVC基体中的分散特性，从而延缓了其沉降速度，实现纳米粒子在PVC基体中分散均匀的目的。通过相关性能测试分析发现：氢氧化镁由于热分解温度高、高效促基材成炭作用、强除酸能力、无毒、抑烟、不挥发、不产生腐蚀性气体等优点，可以提高复合材料的阻燃性能，减少火灾的发生；二氧化钛作为最早开发的紫外屏蔽剂之一，具有原料资源丰富、价格便宜、对环境无毒无害且具有宽频带、强吸收的紫外吸收特性等优点，在化妆品、汽车清漆、织物防晒等方面得到广泛应用。但是，由于二氧化钛禁带宽度较宽，不能吸收可见光的能量，使其在户外使用过程中受到限制；氧化锌与二氧化钛具有相近的禁带宽度，也具备优良的紫外吸收性能，其阻隔长波紫外线（355nm~380nm）的效果甚至优于二氧化钛，但是氧化锌在短波范围（330nm~355nm）内的紫外吸收不强，且光稳定性差。
技术实现思路
本专利技术属于新材料领域技术，是针对增强PVC材料功能性进行改进的制备工艺，由于纳米氢氧化镁、氧化锌与二氧化钛粒子属于无机化合物，与高分子化合物PVC润湿性不好，在熔融的PVC液体中不易分散，团聚现象严重，造成局部富集，从而使PVC复合材料的功能性不够理想。本专利技术通过合理的工艺设计，采用原位嫁接聚合的方法将硅烷偶联剂（KH-570）包覆在纳米氢氧化镁、氧化锌与二氧化钛粒子表面，有效地改善了纳米粒子在PVC材料中的分散性，消除了纳米粒子的富集现象，有效地提高了复合材料的抗紫外与阻燃性能。本专利技术的制备工艺是：纳米增强体的制备；化学溶液法制备混杂型PVC功能复合材料。本专利技术体积分数配比：纳米TiO2颗粒（20nm，分析纯，Aladdin试剂）的质量分数为0.6%；纳米ZnO颗粒（30nm，分析纯，Aladdin试剂）的质量分数为1.8%；纳米Mg(OH)2颗粒（80nm，分析纯，Aladdin试剂）的质量分数为0.6%；余量为聚氯乙烯（PVC，型号：SG5，标准：GB/T5761-2006）。本专利技术的制备工艺是：1)纳米增强体的制备1.1)基体和增强体的计算与称量;首先将PVC称量好，然后根据PVC的质量计算并称量纳米氢氧化镁、氧化锌与二氧化钛粒子，使得三种纳米增强体的质量分数分别为：纳米TiO2为0.6%；纳米ZnO为1.8%；纳米Mg(OH)2为0.6%。1.2)三种纳米粒子改性;将称量好的纳米氢氧化镁、氧化锌与二氧化钛粒子与硅烷偶联剂（KH-570）混合到一起，磁力搅拌2h，使得三种纳米粒子与硅烷偶联剂（KH-570）初步混合，并使宏观团聚到一起的纳米粒子进行初步的分散。1.3)超声分散;将混合后三种改性的纳米粒子转移到一大容量烧杯中，并加入适量的无水乙醇，至无水乙醇将纳米粉末充分淹没。在高剪切乳化机下充分混合20min，调节溶液PH=6，将得到的反应液在60℃下水浴反应2h，超声分散60min。1.4)烘干对超声处理后的溶液进行离心分离并用乙醇反复清洗5次后，将纳米粒子放入一立式烘箱中，温度恒定80℃，进行干燥1h。2)化学溶液法制备混杂型PVC功能复合材料。2.1)熔化PVC；将预先称量好的称取的PVC粉末，放入15ml环己酮中，在高剪切乳化机下充分混合20min，将得到的反应液超声分散60min，使PVC保持液态。2.2)机械搅拌；将搅拌器插入到PVC浆液中，开启搅拌器，使其转速控制在350r/min，此时在PVC液体表面产生一漩涡，将改性后的三种纳米增强体缓慢的加入到漩涡中，使其随漩涡卷入到PVC液体中，增强体完全加入后，再持续搅拌30min；2.3)超声处理；将一功率超声发生器插入到PVC混合浆液中，开启超声波，持续超声40min后，在60℃下水浴反应2h。2.4)成膜超声完毕后，将PVC混合浆液稍作冷却，然后制得的浆液于平整干净的玻璃板上成膜后取下。即制得混杂型PVC功能复合材料。本专利技术一种适合高原环境抗紫外的PVC复合材料制备方法与现有技术相比较有如下有益效果：本专利技术通过合理的设计工艺制备了纳米氢氧化镁、氧化锌与二氧化钛粒子混杂三相增强的功能复合材料。改善了纳米氢氧化镁、氧化锌与二氧化钛粒子在制备过程中团聚现象严重的问题，提高了其在复合材料中的分散性，三种纳米粒子在复合材料中起到了协同增强效应，有效地提高了PVC复合材料的抗紫外与阻燃性能。本专利技术方法将氧化锌与二氧化钛复合使用，可极大提高复合材料的抗紫外性能；本专利技术将纳米氢氧化镁、氧化锌与二氧化钛粒子三者有机地结合起来制备的PVC复合材料，优化了PVC的抗紫外能力、降低了老化速率，延长了使用寿命，增加了阻燃性能,降低了火灾的发生，最终提高了PVC材料在青藏高原的外部环境适应能力。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术一种适合高原环境抗紫外的PVC复合材料制备方法技术方案作进一步描述。本专利技术体积分数配比：纳米TiO2颗粒（20nm，分析纯，Aladdin试剂）的质量分数为0.6%；纳米ZnO颗粒（30nm，分析纯，Aladdin试剂）的质量分数为1.8%；纳米Mg(OH)2颗粒（80n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适合高原环境抗紫外的PVC复合材料制备方法，其特征在于所述的PVC复合材料包括如下质量分数的原料配比：纳米TiO2颗粒的质量分数为0.6%；纳米ZnO颗粒的质量分数为1.8%；纳米Mg(OH)2颗粒的质量分数为0.6%；余量为PVC，型号：SG5，标准：GB/T5761‑2006的聚氯乙烯；所述的PVC复合材料的制备方法包括如下步骤：1)纳米增强体的制备1.1) 基体和增强体的计算与称量；首先将PVC称量好，然后根据PVC的质量计算并称量纳米氢氧化镁、氧化锌与二氧化钛粒子，使得三种纳米增强体的质量分数分别为：纳米TiO2为0.6%；纳米ZnO为1.8%；纳米Mg(OH)2为0.6%；1.2) 三种纳米粒子改性；将称量好的纳米氢氧化镁、氧化锌与二氧化钛粒子与硅烷偶联剂（KH‑570）混合到一起，磁力搅拌2h，使得三种纳米粒子与硅烷偶联剂（KH‑570）初步混合，并使宏观团聚到一起的纳米粒子进行初步的分散；1.3) 超声分散；将混合后三种改性的纳米粒子转移到一大容量烧杯中，并加入适量的无水乙醇，至无水乙醇将纳米粉末充分淹没；在高剪切乳化机下充分混合20min，调节溶液PH=6，将得到的反应液在60℃下水浴反应2h，超声分散60min；1.4) 烘干对超声处理后的溶液进行离心分离并用乙醇反复清洗5次后，将纳米粒子放入一立式烘箱中，温度恒定80℃，进行干燥1h； 2) 化学溶液法制备混杂型PVC功能复合材料：2.1) 熔化PVC将预先称量好的称取的PVC粉末，放入15ml环己酮中，在高剪切乳化机下充分混合20min，将得到的反应液超声分散60min，使PVC保持液态；2.2) 机械搅拌将搅拌器插入到PVC浆液中，开启搅拌器，使其转速控制在350r/min，此时在PVC液体表面产生一漩涡，将改性后的三种纳米增强体缓慢的加入到漩涡中，使其随漩涡卷入到PVC液体中，增强体完全加入后，再持续搅拌30min；2.3) 超声处理将一功率超声发生器插入到PVC混合浆液中，开启超声波，持续超声40min 后，在60℃下水浴反应2h；2.4) 成膜超声完毕后，将PVC混合浆液稍作冷却，然后制得的浆液于平整干净的玻璃板上成膜后取下；即制得混杂型PVC功能复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种适合高原环境抗紫外的PVC复合材料制备方法，其特征在于：所述的PVC复合材料包括如下质量分数的原料配比：纳米TiO2颗粒的质量分数为0.6%；纳米ZnO颗粒的质量分数为1.8%；纳米Mg(OH)2颗粒的质量分数为0.6%；PVC的质量分数为97%，型号：SG5，标准：GB/T5761-2006的聚氯乙烯:所述的PVC复合材料的制备方法包括如下步骤：1)纳米增强体的制备1.1)基体和增强体的计算与称量:首先将PVC称量好，然后根据PVC的质量计算并称量纳米氢氧化镁、氧化锌与二氧化钛粒子，使得三种纳米增强体的质量分数分别为：纳米TiO2为0.6%；纳米ZnO为1.8%；纳米Mg(OH)2为0.6%；1.2)三种纳米粒子改性:将称量好的纳米氢氧化镁、氧化锌与二氧化钛粒子与硅烷偶联剂KH-570混合到一起，磁力搅拌2h，使得三种纳米粒子与硅烷偶联剂KH-570初步混合，并使宏观团聚到一起的纳米粒子进行初步的分散；1.3)超声分散；将混合后三种改性的纳米粒子转移到一大容量烧杯中，并加入适量的无水乙醇，至无水乙醇将纳米粉末充分淹没；在高剪切乳化机下充分混合20min，调节溶液pH=6，将得到的反应液在60℃下水浴反应2h，超声分散60min；1.4)烘干对超声处理后的溶液进行离心分离并用乙醇反复清洗5次后，将纳米粒子放入一立式烘...

【专利技术属性】
技术研发人员：南辉，李小松，王刚，韦浩民，陈慧媛，王冲，
申请(专利权)人：青海大学，
类型：发明
国别省市：青海;63