一种聚氯乙烯增韧增强母粒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种聚氯乙烯增韧增强母粒，由以下重量百分比的原料制成：热塑性弹性体5％～40％，改性高岭土5％～40％，加工助剂0％～20％，余量为聚氯乙烯。本发明专利技术还公开了该母粒的制备方法和应用。本发明专利技术的聚氯乙烯增韧增强母粒采用聚氨酯热塑性弹性体为原料，结合改性高岭土，改性高岭土与聚氨酯热塑性弹性体及基体树脂之间存在良好的界面相互作用，可有效传递应力，从而显著提高聚氯乙烯的冲击强度和拉伸性能，将该母粒加入到聚氯乙烯中，经加工可制备高强高韧聚氯乙烯纳米复合材料，制备的聚氯乙烯纳米复合材料的拉伸强度达53.1MPa以上，断裂伸长率达220％以上，缺口冲击强度达12.3kJ/m2以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子材料加工
，具体涉及一种聚氯乙烯增韧增强母粒及其 制备方法和应用。
技术介绍
聚氯乙烯(PVC)是世界上最早实现工业化的塑料品种之一。自20世纪30年代以来， PVC以其优良的综合性能和较低的价格备受各工业化国家的重视，保持着长盛不衰的发展 势头。据报道，全球2014年产能已超过1亿吨。目前我国是PVC第一生产和应用大国，截至 2014年底，产能、产量分别达到2600多万吨和1600多万吨。 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。在加工过 程中加入添加剂或采用适当的工艺和设备生产出各式各样的塑料制品，包括板材、管材、管 件、异型材等硬制品以及薄膜、人造革、塑料鞋、电缆料和泡沫材料等软制品，被广泛应用于 工业、农业、日用品、包装、电力和公用事业等领域。特别是PVC塑料的广泛使用，节能意义很 大，以PVC塑钢门窗为例，生产的能耗仅为钢窗的1/4,铝合金门窗的1/8。在使用上，由于热 导率低，密封性好，与铝合金门窗相比，可节能30%。 但PVC材料抗冲击性能差，纯硬质PVC制品的缺口抗冲击强度只有2kJ/m2~3kJ/m2， 属于硬脆性材料。特别是低温韧性差，降低温度时迅速变硬变脆，受冲击时极易脆裂。这大 大制约了 PVC材料应用范围的进一步拓展，所以对PVC的增韧、增强、提高耐热性等的高性能 化改性具有十分重要的意义。 PVC的改性可分为化学改性和物理改性。化学改性是指通过一定的化学反应使PVC 的结构发生变化，从而达到高性能化目的。共聚合反应和大分子反应是化学改性的两大途 径。共聚合是PVC改性的主要方法，常用的有无规共聚和接枝共聚两种。大分子化学改性有 氯化和交联等。交联是指在PVC树脂制备或PVC加工过程中加入交联剂或采用放射线进行辐 射交联，可以使PVC分子链间产生一定程度的化学键合，从而提高PVC的拉伸强度、尺寸稳定 性和耐热性。 物理改性是将改性剂与PVC共混，使其均匀地分散到PVC中，从而起到增韧改性的 作用，该方法简单易行，是被广泛采用且最有发展前途的增韧方法。填充、共混、复合是PVC 物理改性最主要的改性方法。 聚氯乙烯与弹性体的共混增韧是目前研究最多、理论和应用最成熟的改性途径之 一，目前已经获得成功的弹性体改性组分有CPE、BS、ACR、SBS、ABS、EDPM、EVA、NBR、MPR、EPR 等。弹性体增韧PVC的机理主要有两种：一种是以丁腈橡胶(NBR) 、氯化聚乙烯（CPE)、乙烯-醋 酸乙烯共聚物(EVA) 等为代表的网络增韧机理。另一种是 以丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、丙烯 酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS) 、聚丙烯酸酯(ACR)等为代表的"剪切屈服一银纹 化"机理。 弹性体改性可以显著提高PVC的韧性，但往往以牺牲PVC的强度、刚度、尺寸稳定 性、耐热性和加工性能为代价。采用刚性体为增韧剂，可同时达到增韧、增强的效果。将刚性 体以某种方式分散于基体中，可以使体系的屈服强度、拉伸强度、断裂伸长率以及冲击强度 均得以提高，同时材料的刚性、耐热变形温度及加工流动性均不受损，甚至有所改善 〇 弹性体可大幅度提高PVC的韧性，但又损害了 PVC的强度、刚度、尺寸稳定性等其它 性能；刚性粒子可同时提高PVC的韧性和强度，但对冲击强度的提高幅度却有限。因此，有人 提出了将二者同时使用协同增韧PVC的方法，并取得了满意的效果。研究表明，当PVC具有一 定的初始韧性时，刚性粒子的增韧效果明显优于其它无初始韧性的改性效果。因此，人们采 用了先用弹性体对PVC进行预增韧，将PVC性能调至脆-韧转变附近，然后再用刚性粒子增韧 的方法对PVC进行改性，取得了很大进展。 纳米粒子具有一系列新颖的物理和化学特性(如高强度、高硬度、耐热性和抗氧化 性能等)及微米粒子所没有的物质二次功能特性(如比表面积大、比表面能高等）。纳米粒子 通过填充复合方式添加到通用塑料中，纳米材料与塑料基体的相互作用而产生新的效应， 实现二者的优势互补，在保证不降低基体强度和刚性的同时可提高基体冲击性能，而且改 性材料的加工流动性和热变形温度也不受影响；可以显著改善聚合物的机械性能、耐磨擦 性能、热学性能、耐老化性能等。层状矿物与聚合物之间的插层纳米复合技术是20世纪八十年代材料科学家的伟 大专利技术，包括插层单体的原位聚合、聚合物溶液插层、聚合物熔体插层。特别是层状硅酸盐 矿物与聚合物的纳米复合材料研究取得了巨大成就，并部分已实行产业化。国内外学者研究表明纳米填料增韧作用的关键不在于其用量的多少，而主要在于 其分散程度。因此解决纳米粒子在聚合物基体中的分散性，充分发挥纳米材料的功能成为 当前纳米复合材料研究的难点和热点。问题的关键在于:PVC与层状矿物粉体的相容性差，难以有效混合，矿物相在PVC中 不能有效分散，相畴控制困难，界面相互作用力弱;PVC的加工中易剪切降解，双螺杆挤出融 融插层技术很难应用于PVC/层状矿物粉体复合材料的制备。因此，通过层状矿物粉体增强 PVC必须解决以下几个问题:层状矿物超微粉体的片层剥离和在PVC基体中的分散:有效控 制层状矿物超微粉体在PVC中的形貌特征和径厚比或长径比，以实现PVC增强和增韧。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种聚氯乙烯 增韧增强母粒。该母粒采用聚氨酯热塑性弹性体为原料，结合改性高岭土，改性高岭土与聚 氨酯热塑性弹性体及基体树脂之间存在良好的界面相互作用，可有效传递应力，从而显著 提高聚氯乙烯的冲击强度和拉伸性能，将该母粒加入到聚氯乙烯中，经加工可制备高强高 韧聚氯乙烯纳米复合材料，制备的聚氯乙烯纳米复合材料的拉伸强度达53. IMPa以上，断裂 伸长率达220%以上，缺口冲击强度达12.3kJ/m2以上。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是:一种聚氯乙烯增韧增强母粒，其 特征在于，由以下重量百分比的原料制成：热塑性弹性体5 %~40 %，改性高岭土5 %~ 40%，加工助剂0%~20%，余量为聚氯乙烯;所述加工助剂为稳定剂、润滑剂和增塑剂中的 一种或几种;所述热塑性弹性体为聚氨酯，或者为聚氨酯和氯化聚乙烯的混合物，聚氨酯和 氯化聚乙烯的混合物中聚氨酯的质量百分含量不小于15%;所述改性高岭土的制备方法 为:将高岭土 -水合肼插层复合物经微波辐照膨胀0.5min~30min，得到化学剥片高岭土，然 后将化学剥片高岭土和偶联剂混合后在搅拌速率为750rpm~1500rpm的条件下搅拌均勾， 得到改性高岭土，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂，偶联剂的质量为化学剥片高 岭土质量的3%~5%。 上述的一种聚氯乙烯增韧增强母粒，其特征在于，所述聚氨酯的制备方法为:按照 以下重量百分含量称取各原料:异氰酸酯34.8%~45.3 %，聚己内酯40 %~55 %，余量为扩 链剂;将聚己内酯置于聚四氟乙烯反应釜中，在温度为50°C~60°C的条件下搅拌20min~ 30min后将异氰酸酯滴入所述聚四氟乙烯反应釜中，在温度为60°C~70°C的条件下搅拌 20min~30min，再在搅拌条件下向所述聚四氟乙稀反应爸中加入扩链剂，在温度为70°C~ 80本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚氯乙烯增韧增强母粒，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：热塑性弹性体5％～40％，改性高岭土5％～40％，加工助剂0％～20％，余量为聚氯乙烯；所述加工助剂为稳定剂、润滑剂和增塑剂中的一种或几种；所述热塑性弹性体为聚氨酯，或者为聚氨酯和氯化聚乙烯的混合物，聚氨酯和氯化聚乙烯的混合物中聚氨酯的质量百分含量不小于15％；所述改性高岭土的制备方法为：将高岭土‑水合肼插层复合物经微波辐照膨胀0.5min～30min，得到化学剥片高岭土，然后将化学剥片高岭土和偶联剂混合后在搅拌速率为750rpm～1500rpm的条件下搅拌均匀，得到改性高岭土，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂，偶联剂的质量为化学剥片高岭土质量的3％～5％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李侃社，牛红梅，周远，汪晓芹，陈创前，康洁，李锦，闫兰英，朱雪丹，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61