聚氯乙烯制品用增强、增韧复合材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚氯乙烯制品用增强、增韧复合材料及制造方法，由粒径小于１０μｍ的无机粉体和改性剂组成；无机粉体的晶体结构主要是片状、针柱状、纺锤状的组合体，改性剂由分散润滑剂、偶联剂和助剂组成；改性剂通过热化学反应与无机粉体表面结合，在表面上形成可与塑料长链分子紧密结合的活性基团，其制备方法为：将配制好的无机粉体置于高速捏和机中搅拌１０－１５分钟，其间加热至９０℃－１２０℃；按重量百分比配制改性剂，将改性剂加入到高速捏合机中继续加热搅拌１５－２０分钟即为成品，将本品填充于聚氯乙烯制品中，与未改性的填充料比较，补强效果提高８０％，增韧效果提高６０％，填加量可从５－８％增加到１５－２０％，加工性和流动性显著提高。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚氯乙烯制品成型用增强、增韧复合材料及制备方法，是一种塑料成型用的功能性填料，是以无机粉料为基础，以改性剂对无机粉料表面改性，使无机粉料表面具有可与塑料长链分子发生交联或缠绕的活性基团，此活性基团，一方面与填料结合，另一方面与塑料分子发生物化作用而结为一体，从而起到增强、增韧作用，属于新型复合材料加工
本专利技术是由轻质碳酸钙为主的，粒径小于10μm的无机粉体和改性剂组成，无机粉体的晶体结构主要为片状、针柱状、纺锤状的组合体，改性剂由分散润滑剂，偶联剂和助剂组成；改性剂通过化学反应与无机粉体表面结合，在表面上形成可与塑料长链分子紧密结合的活性基团，无机粉料的组成为轻质碳酸钙70～100％(重量)，滑石粉或硅灰石为0～30％。无机粉料的粒径优选值小于6μm。分散润滑剂由硬脂酸和硬脂酸酯组成。偶联剂为硅烷类或钛酸酯类或铝酸酯类，助剂由(ACR)和(CPE)组成。改性剂的组成含量，以无机粉料为100％计，其中分散润滑剂百分比含量为0.5～2％，偶联剂百分比含量为0.2～1.0％，助剂百分比含量为1～4％。偶联剂如采用硅烷类为KH-550或KH-560，如采用钛酸酯类为TC-114或TC-F或TG-6或NDZ-311，如采用铝酸酯类为DL-411-A或DL-411-D。其制备方法有以下步骤(1)将配制好无机粉体置于高速捏合机中进行搅拌10～15分钟，其间加热至90～120℃；(2)按重量百分比配制改性剂；(3)将配制好的改性剂加入到高速捏合机中继续加热搅拌15～20分钟；改性剂中的硅烷类偶联剂KH-550在PH＝8～9条件下进行水解，KH-560在PH＝4～5条件下进行水解，用HCl、NH4OH调节PH值，如用钛酸酯、铝酸酯为偶联剂采用乙醇、220号溶剂油以1∶1的比例稀释，也可直接加入，分散润滑剂和助剂可直接加入。本专利技术的化学原理如下硅烷偶联剂化学通式为RSiX3，X为可水解的烷氧基，R为有机基团，硅烷先水解生成硅醇RSi(OH)3，其-OH的脱离使硅烷分子形成空价键，与无机粉体表面中的羟基(-OH)、游离质子经加热搅拌获取能量发生化学反应而复合；铝酸酯偶联剂，则通过Al(OH)3基团的缩合作用与无机粉体羟基化的表面形成共价键联合；钛酸酯偶联剂(ROS)-Ti-(OX-R-Y)，通过和Ti相联接的偶联无机相(ROS)的脱离空价键，与无机粉体表面的-OH、游离质子发生化学反应形成共价键而结合。而硬脂酸对轻质碳酸钙、滑石及硅灰石的分散改性则表现为硬脂酸中的有机基RCOO-和碳酸钙中的钙离子，滑石及硅灰石中的钙、镁、铝离子形成脂肪酸盐沉淀，此沉淀物包覆于碳酸钙等表面。其反应过程表现为脂肪酸根RCOO-离子从脂肪酸液相主体中迁移到碳酸钙粒子附近或与Ca离子反应生成难溶盐前驱体；脂肪酸根RCOO-离子和裸露在碳酸钙粒子外面的Ca离子反应生成难溶盐，同时液相主体中的难溶盐前驱体迁移到碳酸钙粒子表面；难溶盐在碳酸钙粒子表面成核并生长，把碳酸钙粒子包裹起来形成结合状态。本专利技术的优点是用本方法制备的PVC复合材料，填充聚乙烯型材制品中，与未改性的相同粒度级别的物料比较，补强效果提高80％、增韧效果提高60％。添加量可由原来的5～8份增加到15～20份，加工性和流动性显著提高，其它物理及机械力学性能保持不变。PVC制品的成本降低500～1000元/吨。具体实施方式以下为具体实施例方式例1填充PVC管材的复合材料称取3200g10μm轻质碳酸钙和800g的硅灰石，放入GRH-10高速捏合机中，加热搅拌10分钟，待物料的温度升至110℃后，继续搅拌5分钟。称取钛酸酯20g倒入200ml的烧杯中，加入乙醇溶液20ml，溶解搅拌均匀待用。称取硬酯酸60g及ACR、CPE各40g。将配好的改性剂，以下列顺序硬酯酸、偶联剂、助剂，加入到GRH-10高速捏合机中，再加热搅拌15分钟。取出物料即为改性复合材料。称取4000g 10μm轻质碳酸钙，放入GRH-10高速捏合机中，加热搅拌10分钟，待物料的温度升至110℃后，继续搅拌5分钟。称取铝酸酯20g倒入200ml的烧杯中，加入乙醇溶液40ml，溶解搅拌均匀待用。称取硬酯酸60g及ACR、CPE各40g。将配好的改性剂，以下列顺序硬酯酸、偶联剂、助剂，加入到GRH-10高速捏合机中，再加热搅拌15分钟。取出物料即为改性复合材料。其填充PVC管材应用效果见表1。表1 增加增韧复合材料填充PVC管材的力学性能 注填充15份补强效果显著。例2填充PVC异型材(塑钢门窗等)的复合材料复合改性试验工艺过程同例1，物料采用轻质碳酸钙量重量百分比为75％、滑石重量百分比为25％。铝酸酯采用DL-411-D用量为重量百分比的0.8％或钛酸酯采用TC-114用量为重量百分比的0.6％，制备改性复合材料。填充PVC其性能见表2。表2 增加增韧复合材料填充PVC管材的力学性能 注填充15份复合材料填充PVC型材对其增韧性及增强性有较大改善。权利要求1.一种聚氯乙烯制品用增强、增韧复合材料，其特征是由粒径小于10μm的无机粉体和改性剂组成；无机粉体的晶体结构主要为片状、针柱状、纺锤状的组合体，改性剂由分散润滑剂、偶联剂和助剂组成；改性剂通过化学反应与无机粉体表面结合，在表面形成可与塑料长链分子紧密结合的活性基团。2.根据权利要求1所述的聚氯乙烯制品用增强、增韧复合材料，其特征在于所述无机粉料由轻质碳酸钙70～100％和滑石粉或硅灰石粉0～30％组成。3.根据权利要求1所述的聚氯乙烯制品用增强、增韧复合材料，其特征在于所述的无机粉体的粒径优选值小于6μm。4.根据权利要求1所述的聚氯乙烯制品用增强、增韧复合材料，其特征在于所述的分散润滑剂由硬脂酸和硬脂酸酯组成。5.根据权利要求1所述的聚氯乙烯制品用增强、增韧复合材料，其特征在于所述的偶联剂为硅烷类或钛酸酯类或铝酸酯类或两类混合使用。6.根据权利要求1所述的聚氯乙烯制品用增强、增韧复合材料，其特征在于所述的助剂由ACR和CPE组成。7.根据权利要求1所述的聚氯乙烯制品用增强、增韧复合材料，其特征在于所述的改性剂以无机粉料为100％计，其中的分散润滑剂含量为1～2％，偶联剂为0.2～1.0％，助剂为2～4％。8.根据权利要求1所述的聚氯乙烯制品用增强、增韧复合材料，其特征在于所述的改性剂中，其中的偶联剂采用硅烷为KH-550或KH560，如采用钛酸酯类为TC-114或TC-F或TG-6或NDZ-311，如采用铝酸酯类为DL-411-A或DL-411-D。9.一种聚氯乙烯制品用增强、增韧复合材料的制备方法，其特征是有以下步骤(1)将配制好的无机粉体置于高速捏合机中搅拌10-15分钟，其间加热至90°-120℃；(2)按重量百分比配制改性剂；(3)将配制好的改性剂加入到高速捏合机中继续加热搅拌15-20分钟。10.根据权利要求9所述的聚氯乙烯制品用增强、增韧复合材料的制备方法，其特征在于硅烷偶联剂KH-550在PH＝8-9条件下进行水解，RH-560在PH＝4-5条件下进行水解，用HCl、NH4OH调节PH值，如采用钛酸酯、铝酸酯为偶联剂则采用乙醇或220号溶剂油，以1∶1的比例稀释，也可以直接加入；分散润滑剂和助剂则直接加入。全文本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚氯乙烯制品用增强、增韧复合材料，其特征是：由粒径小于１０μｍ的无机粉体和改性剂组成；无机粉体的晶体结构主要为片状、针柱状、纺锤状的组合体，改性剂由分散润滑剂、偶联剂和助剂组成；改性剂通过化学反应与无机粉体表面结合，在表面形成可与塑料长链分子紧密结合的活性基团。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜玉成，黄坤良，
申请(专利权)人：北京空心微珠技术发展中心，北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]