CN103073816A - 一种耐热耐寒环保pvc改性材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚氯乙烯复合材料技术领域，具体涉及一种耐热耐寒环保PVC改性材料及其制备方法，该改性材料由以下重量份的原料组成：PVC树脂80~120份，填充剂15~35份，增塑剂40~80份，阻燃剂1~10份，稳定剂1~10份，抗冲改性剂5~15份和润滑剂0.2~2份；按重量份称取各原料混合，搅拌后通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得该改性材料；本发明制得的改性材料耐热耐寒性能优良，最高使用温度达到135℃，最低使用温度达到-65℃，环保，且强度高，阻燃效果好，压缩性能和韧性强，加工性能优良，综合性能优异。本发明的制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及聚氯乙烯复合材料技术领域，具体涉及一种耐热耐寒环保PVC改性材料及其制备方法。
背景技术
聚氯乙烯（PVC）是最早工业化、用途广泛的通用热塑性塑料之一，它具有质量轻、强度高、绝缘、阻燃、耐腐蚀、综合性能优良、价格低廉和原材料来源广泛等优点；但也存在如下缺点：1、韧性差，受冲击时极易脆裂，因此不能用作结构材料，另外，聚氯乙烯的脆性受温度影响很大，一般的PVC制品使用下限为-15℃，软质PVC的使用下限为-30℃；2、热稳定性差，其在100℃时就开始分解出HCl，高于150℃时分解更加迅速，而PVC的熔融温度约为210℃；3、PVC的粘度极高，流动性极差，在一定程度上限制了其使用。人们常采用添加填料、弹性体、增塑剂、热稳定剂、加工助剂、耐热改性剂和流动改性剂等方法来改善PVC的性能。
申请号为200910116208.9公开了一种PVC材料及其制备方法，所述的PVC材料包括以下物质及重量份：100份PVC，2～8份稳定剂，2～6份加工助剂，1.5～2.5润滑剂，4～12份填料，0.05～1份着色剂。
申请号为201110306510.8公开了一种PVC管材的专用材料，由如下按照重量份的组分组成：PVC树脂100份，丁晴橡胶/纳米碳酸钙复合粉末橡胶4~16份，氯化聚乙烯2.5~7份，热稳定剂0.4~6份，润滑剂1.1~3.5份和着色剂0.3~3.8份。
申请号为201110427270.7公开了一种抗静电PVC颗粒材料及其制备方法，由下述重量配比的原料制备而成：PVC SG～3 90～100份，增塑剂DOP 70～85份，复合稳定剂4～5.5份，硬脂酸盐1～3份，填充剂35～48份，引发剂DCP 0.2～0.5份，反应性单体TAIC 3～5份，环氧乙烷4～6份，氧化乙烯1～3份。
现有的大部分PVC材料的性能指标都只是在满足国家标准的基本要求，对于很多特殊环境如高低温差别太大的环境下，目前的PVC材料性能尚不能可靠地满足高温和低温条件下长期使用的需求，耐高温最高也只能达到105℃，耐低温最低也只能达到-30℃，PVC材料的耐热耐寒性能还需进一步优化改良；此外，现有的PVC护套电缆、PVC插头、PVC薄膜和PVC管都存在相当严重的污染，会对人体健康造成一定的危害，研发一种环保的PVC改性材料也显得尤为重要。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种耐热耐寒环保PVC改性材料，本发明制得的改性材料耐热耐寒性能优良，环保，且强度高，阻燃效果好，压缩性能和韧性强，加工性能优良，综合性能优异。
本发明的另一目的在于提供一种耐热耐寒环保PVC改性材料的制备方法，本发明的制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种耐热耐寒环保PVC改性材料，它由以下重量份的原料组成：
PVC树脂 80~120份
填充剂 15~35份
增塑剂 40~80份
阻燃剂 1~10份
稳定剂 1~10份
抗冲改性剂 5~15份
润滑剂 0.2~2份。
优选的，所述PVC树脂为SG-5型PVC树脂和/或SG-7型PVC树脂。
SG-5型PVC树脂为台塑S-65、联成US65、大沽DG-1000、东曹TG-1000或东曹TG-1300，白色粉末，平均聚合度为1100~1000，表观密度为0.4~0.6g/mL，可用于生产软质薄膜、人造革、片材、管材、型材、波纹管、电缆保护管、软管、鞋底及各种软质的产品。
SG-7型PVC树脂为台塑S-70或东曹TG-800，为白色粉末或白色微粒状，平均聚合度为590~1500，平均密度为1.40g/mL，可用于聚氯乙烯硬制品、软制品、涂料及粘合剂的生产加工。
优选的，所述填充剂由重质碳酸钙7.5~12.5份和轻质碳酸钙7.5~12.5份组成。
重质碳酸钙为1250目，白色粉末，常用的粉状无机填料，具有化学纯度高、惰性大、不易化学反应、热稳定性好、在400℃以下不会分解、白度高、吸油率低、折光率低、质软、干燥、不含结晶水、硬度低磨耗值小、无毒、无味、无臭、分散性好等优点。
轻质碳酸钙为2800目，白色粉末或无色结晶，在塑料制品中能起到一种骨架作用，对塑料制品尺寸的稳定性有很大作用，能提高制品的硬度，还可以提高制品的表面光泽和表面平整性，还可以提高耐热性，取代昂贵的白色颜料起到一定的增白作用。
重质碳酸钙和轻质碳酸钙作为填充剂复配使用可以提高材料的硬度和耐热性，还可以提高材料的表面光泽和表面平整性。
优选的，所述增塑剂为聚酯增塑剂UN380。
聚酯增塑剂UN380是一种环保的耐热耐寒增塑剂，具有突出的耐高温性能（优于偏苯三酸三辛酯TOTM）、耐久性，可以用于生产高品质的电线电缆，汽车配件、内饰，高级人造革、食用及医用包装材料等塑胶工业；还具有优秀的耐低温性能（优于己二酸二辛酯DOA），可以同时兼顾高低温要求作为主增塑剂使用，增塑效果与TOTM相当，还可以使材料具有难挥发、抗抽出、柔软性和电绝缘性能好等优点。
优选的，所述阻燃剂由五氧化二锑0.5~4份和硼酸钙0.5~6份组成。
五氧化二锑是一种锑系阻燃剂，适用于环氧树脂、聚氨酯、氯丁橡胶、聚苯乙烯、聚氯乙稀、聚酯等，单独使用时用量要大，阻燃效果差（除非阻燃物含卤），当与卤素化物（R.HX）并用时则有良好的协同效应，阻燃效果明显提高。
硼酸钙为白色粉末固体，硼酸钙是成本最低的阻燃剂，在涂料中具有防锈、防霉、防菌、防污染、抗粉化、防止变色、阻燃等作用，系多功能防锈颜料，用于底漆、面漆，硼酸钙还可以用于白色颜料、陶瓷、玻璃、造纸、橡胶和塑料等工业。
五氧化二锑和硼酸钙均为无机环保阻燃剂，复配使用可以达到很好的阻燃效果，还能改善材料的加工性能和机械性能。
优选的，所述稳定剂由金属皂类稳定剂0.5~5份和水滑石类稳定剂0.5~5份组成。金属皂类稳定剂硬脂酸钡、月桂酸钡、硬脂酸钙、月桂酸钙、硬酯酸锌和月桂酸锌中的至少一种；水滑石类稳定剂为水滑石。
金属皂类稳定剂为用量仅次于铅盐的第二大类主稳定剂，其热稳定性虽不如铅盐类，但兼具润滑性。金属皂类可以是脂肪酸（月桂酸、硬脂酸、环烷酸等）的金属（铅、钡、镉、锌、钙等）盐，其中以硬脂酸盐最为常用，广泛用于软质PVC中，如无毒类、透明类制品等。
水滑石类稳定剂具有高热稳定性：特有的酸吸收机理，导致了它的热稳定性高于铅基的热稳定性；高透明性：与PVC有相同的折射率；高绝缘性：通过阴离子交换反应，被吸收的氯化物不会释放出来，绝缘性极佳；高安全性：金属皂类稳定剂可应用在聚合物材料的食品包装袋中；良好的耐候性（环境适应性强），不会产生硫化污染：可与各种热稳定剂配合使用。
金属皂类稳定剂和水滑石类稳定剂复配使用可以使材料在加工过程中有很好的分散性、相容性和加工流动性，使材料热稳定性优良，具有高效耐候性。
优选的，所述抗冲改性剂由含氯量为25%~45%的氯化聚乙烯3~8份和醋酸乙烯单元含量5%~25%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物2~7份组成。
氯化聚乙烯（CPE）是一种热塑性塑料的改性剂，具有良好的综合性能。在聚氯乙烯（PVC）树脂中添加适量的CPE，可降低树脂的熔融粘度、提高流动性、改善塑料的加工性能；还可以提高PVC的冲击强度、耐低温性能、耐侯性能、延长制品的使用寿命。CPE添加在钙塑材料中，不仅可以代替增塑剂DBP，还有助于碳酸钙与PVC树脂的均匀分散。
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）可作为PVC的冲击改性剂，具有良好的柔软性、强韧性、耐低温性（-58℃仍具有可挠性）、耐候性、耐应力开裂性、热合性、黏结性、透明性和光泽性；同时还具有橡胶般的弹性，优良的化学稳定性、热稳定性（热分解温度 229~230℃）、耐臭氧性、无毒性、良好的加工性和染色性；与填料的掺混性很好，即使填充较多的填料，也不致严重影响其物理力学性能。
EVA作为PVC的冲击改性剂，其效果随共聚物中醋酸乙烯的含量而异，醋酸乙烯的含量低时，与PVC的相容性差，增强效果较差，制品不透明，随着醋酸乙烯单元含量的增加，共聚物与PVC的相容性变好，增强效果提高，制品透明性也较好；但醋酸乙烯的含量也不可过高，醋酸乙烯单元含量5%~25%时可明显改善 PVC 的冲击强度，与含有碳碳双键的冲击改性剂相比，还具有抗老化性能较好的优点。
氯化聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物作为抗冲改性剂复配使用可以改善材料的耐高温和耐低温性能，还可以降低材料的熔融粘度、提高流动性、改善塑料的加工性能，提高材料的冲击强度、耐侯性能、延长制品的使用寿命。
优选的，所述润滑剂由饱和烃类润滑剂0.1~1.2份和脂肪酸酯类润滑剂0.1~0.8份组成。饱和烃类润滑剂为石蜡、氧化石蜡、液体石蜡、聚乙烯蜡、天然石蜡和微晶石蜡中的至少一种；脂肪酸酯类润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸丁酯、癸二酸油醇酯、硬脂酸甘油酯、硬脂酸单甘酯和软脂酸甘油酯中的至少一种。
聚乙烯蜡（PE蜡），白色固体，密度为0.96~0.98，熔点为92℃，分子量为2000~5000，具有粘度低，软化点高，硬度好等性能，无毒，热稳定性好，高温挥发性低，对颜料的分散性，既有极优的外部润滑性，又有较强的内部润滑作用，可提高塑料加工的生产效率，在常温下抗湿性能好，耐化学药品能力强，电性能优良，可改善成品的外观。
饱和烃类润滑剂是外润滑剂，能降低PVC熔体与模具、机筒的摩擦；脂肪酸酯类润滑剂是内润滑剂，能降低PVC熔体的分子间摩擦；两种润滑剂复配使用可以使材料在加工过程中改善材料的流动性和制品的脱模性。
一种耐热耐寒环保PVC改性材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）按组成原料的重量份称取PVC树脂、填充剂、增塑剂、阻燃剂、稳定剂、抗冲改性剂和润滑剂混合；
（2）将混合后的原料放入高速共混机中，在100~140℃温度下搅拌15~25min；
（3）将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得耐热耐寒环保PVC改性材料。
优选的，所述双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度138~160℃、二区温度135~160℃、三区温度135~155℃、四区温度132~150℃和五区温度130~148℃。
本发明的有益效果在于：本发明制得的耐热耐寒环保PVC改性材料采用聚酯增塑剂UN380作为耐热耐寒增塑剂能明显提高材料的耐高温、耐低温性能，还可以使材料具有难挥发、抗抽出、柔软性和电绝缘性能好等优点；采用氯化聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物作为抗冲改性剂复配使用可以改善材料的耐热耐寒性能，还可以降低材料的熔融粘度、提高流动性、改善塑料的加工性能，提高材料的冲击强度、耐侯性能、延长制品的使用寿命；采用重质碳酸钙和轻质碳酸钙作为填充剂复配使用可以提高材料的硬度和耐热性，还可以提高材料的表面光泽和表面平整性；采用金属皂类稳定剂和水滑石类稳定剂复配使用可以使材料在加工过程中有很好的分散性、相容性和加工流动性，使材料热稳定性优良，具有高效耐候性；采用五氧化二锑和硼酸钙作为阻燃剂复配使用可以达到很好的阻燃效果，还能改善材料的加工性能和机械性能；采用饱和烃类润滑剂和脂肪酸酯类润滑剂复配使用可以使材料在加工过程中改善材料的流动性和制品的脱模性。
本发明制得的耐热耐寒环保PVC改性材料的各项性能都超出了国家标准，耐热耐寒性能优良，最高使用温度达到135℃，最低使用温度达到-65℃，环保，且强度高，阻燃效果好，压缩性能和韧性强，加工性能优良，综合性能优异；本发明采用多种高环保材料制得的耐热耐寒环保PVC改性材料外观光滑，不含邻苯二甲酸盐，不含多环芳烃，不含游离酚，不含卤素阻燃剂，无硼化合物，环保优于欧盟ROHS、DEHP、ATBC等国际标准，可广泛应用于汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域。
本发明的制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
具体实施方式：
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
称取原料SG-5型PVC树脂80Kg，重质碳酸钙7.5Kg、轻质碳酸钙7.5Kg，聚酯增塑剂UN380 40Kg，五氧化二锑0.5Kg、硼酸钙0.5Kg，硬脂酸钡0.5Kg、水滑石0.5Kg，含氯量为25%的氯化聚乙烯3Kg、醋酸乙烯单元含量5%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物2Kg，石蜡0.1Kg、季戊四醇硬脂酸酯0.1Kg混合；将混合后的原料放入高速共混机中，在100℃温度下搅拌25min；将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得耐热耐寒环保PVC改性材料；所述双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度138℃、二区温度135℃、三区温度135℃、四区温度132℃和五区温度130℃。本实施例制得的耐热耐寒环保PVC改性材料的机械物理性能如表1所示。
实施例2
称取原料SG-7型PVC树脂90Kg，重质碳酸钙10Kg、轻质碳酸钙10Kg，聚酯增塑剂UN380 48Kg，五氧化二锑1Kg、硼酸钙2Kg，月桂酸钡1Kg、水滑石1Kg，含氯量为30%的氯化聚乙烯4Kg、醋酸乙烯单元含量10%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物3Kg，氧化石蜡0.3Kg、硬脂酸丁酯0.2Kg混合；将混合后的原料放入高速共混机中，在140℃温度下搅拌15min；将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得耐热耐寒环保PVC改性材料；所述双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度140℃、二区温度140℃、三区温度135℃、四区温度135℃和五区温度135℃。本实施例制得的耐热耐寒环保PVC改性材料的机械物理性能如表1所示。
实施例3
称取原料SG-5型PVC树脂100Kg，重质碳酸钙12.5Kg、轻质碳酸钙12.5Kg，聚酯增塑剂UN380 56Kg，五氧化二锑2Kg、硼酸钙3Kg，硬脂酸钙2Kg、水滑石2Kg，含氯量为35%的氯化聚乙烯5Kg、醋酸乙烯单元含量15%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物4Kg，液体石蜡0.5Kg、癸二酸油醇酯0.4Kg混合；将混合后的原料放入高速共混机中，在120℃温度下搅拌20min；将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得耐热耐寒环保PVC改性材料；所述双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度160℃、二区温度160℃、三区温度155℃、四区温度150℃和五区温度148℃。本实施例制得的耐热耐寒环保PVC改性材料的机械物理性能如表1所示。
实施例4
称取原料SG-5型PVC树脂50Kg、SG-7型PVC树脂50Kg，重质碳酸钙12.5Kg、轻质碳酸钙12.5Kg，聚酯增塑剂UN380 64Kg，五氧化二锑2.5Kg、硼酸钙4Kg，月桂酸钙3Kg、水滑石3Kg，含氯量为35%的氯化聚乙烯6Kg、醋酸乙烯单元含量15%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物5Kg，聚乙烯蜡0.7Kg、硬脂酸甘油酯0.6Kg混合；将混合后的原料放入高速共混机中，在120℃温度下搅拌20min；将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得耐热耐寒环保PVC改性材料；所述双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度155℃、二区温度155℃、三区温度150℃、四区温度148℃和五区温度145℃。本实施例制得的耐热耐寒环保PVC改性材料的机械物理性能如表1所示。
实施例5
称取原料SG-7型PVC树脂110Kg，重质碳酸钙15Kg、轻质碳酸钙15Kg，聚酯增塑剂UN380 72Kg，五氧化二锑3Kg、硼酸钙5Kg，硬酯酸锌4Kg、水滑石4Kg，含氯量为40%的氯化聚乙烯7Kg、醋酸乙烯单元含量20%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物6Kg，天然石蜡0.9Kg、硬脂酸单甘酯0.7Kg混合；将混合后的原料放入高速共混机中，在100℃温度下搅拌25min；将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得耐热耐寒环保PVC改性材料；所述双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度150℃、二区温度150℃、三区温度145℃、四区温度140℃和五区温度140℃。本实施例制得的耐热耐寒环保PVC改性材料的机械物理性能如表1所示。
实施例6
称取原料SG-5型PVC树脂60Kg、SG-7型PVC树脂60Kg，重质碳酸钙12.5Kg、轻质碳酸钙12.5Kg，聚酯增塑剂UN380 80Kg，五氧化二锑4Kg、硼酸钙6Kg，月桂酸锌5Kg、水滑石5Kg，含氯量为45%的氯化聚乙烯8Kg、醋酸乙烯单元含量25%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物7Kg，微晶石蜡1.2Kg、软脂酸甘油酯0.8Kg混合；将混合后的原料放入高速共混机中，在140℃温度下搅拌15min；将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得耐热耐寒环保PVC改性材料；所述双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度145℃、二区温度145℃、三区温度140℃、四区温度135℃和五区温度135℃。本实施例制得的耐热耐寒环保PVC改性材料的机械物理性能如表1所示。
表1 实施例1~6制得的耐热耐寒环保PVC改性材料的机械物理性能
从表1可以看出，本发明制得的耐热耐寒环保PVC改性材料由于采用了聚酯增塑剂UN380作为耐热耐寒增塑剂、氯化聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物作为抗冲改性剂，使得该改性材料的耐热耐寒性能优良，最高使用温度达到135℃，最低使用温度达到-65℃；本发明制得的耐热耐寒环保PVC改性材料的各项性能都超出了国家标准，强度高，阻燃效果好，压缩性能和韧性强，加工性能优良，综合性能优异；本发明采用多种高环保材料制得的耐热耐寒环保PVC改性材料外观光滑，不含邻苯二甲酸盐，不含多环芳烃，不含游离酚，不含卤素阻燃剂，无硼化合物，环保优于欧盟ROHS、DEHP、ATBC等国际标准，可广泛应用于汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域。
本发明的制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种耐热耐寒环保PVC改性材料，其特征在于：它由以下重量份的原料组成：
PVC树脂 80~120份
填充剂 15~35份
增塑剂 40~80份
阻燃剂 1~10份
稳定剂 1~10份
抗冲改性剂 5~15份
润滑剂 0.2~2份。
2.根据权利要求1所述的一种耐热耐寒环保PVC改性材料，其特征在于：所述PVC树脂为SG-5型PVC树脂和/或SG-7型PVC树脂。
3.根据权利要求1所述的一种耐热耐寒环保PVC改性材料，其特征在于：所述填充剂由重质碳酸钙7.5~12.5份和轻质碳酸钙7.5~12.5份组成。
4.根据权利要求1所述的一种耐热耐寒环保PVC改性材料，其特征在于：所述增塑剂为聚酯增塑剂UN380。
5.根据权利要求1所述的一种耐热耐寒环保PVC改性材料，其特征在于：所述阻燃剂由五氧化二锑0.5~4份和硼酸钙0.5~6份组成。
6.根据权利要求1所述的一种耐热耐寒环保PVC改性材料，其特征在于：所述稳定剂由金属皂类稳定剂0.5~5份和水滑石类稳定剂0.5~5份组成。
7.根据权利要求1所述的一种耐热耐寒环保PVC改性材料，其特征在于：所述抗冲改性剂由含氯量为25%~45%的氯化聚乙烯3~8份和醋酸乙烯单元含量5%~25%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物2~7份组成。
8.根据权利要求1所述的一种耐热耐寒环保PVC改性材料，其特征在于：所述润滑剂由饱和烃类润滑剂0.1~1.2份和脂肪酸酯类润滑剂0.1~0.8份组成。
9.权利要求1~8任一项所述的一种耐热耐寒环保PVC改性材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）按组成原料的重量份称取PVC树脂、填充剂、增塑剂、阻燃剂、稳定剂、抗冲改性剂和润滑剂混合；
（2）将混合后的原料放入高速共混机中，在100~140℃温度下搅拌15~25min；
（3）将搅拌后的原料通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得耐热耐寒环保PVC改性材料。
10.根据权利要求9所述的一种耐热耐寒环保PVC改性材料的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度138~160℃、二区温度135~160℃、三区温度135~155℃、四区温度132~150℃和五区温度130~148℃。
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