一種耐老化的水滑石接枝改性聚氯乙烯複合管材及其製備方法與流程
2023-05-28 14:28:51 1
本發明涉及聚氯乙烯管材的製備技術，具體涉及一種耐老化的水滑石接枝改性聚氯乙烯複合管材及其製備方法。
背景技術：
聚氯乙烯管材在眾多塑料管材中佔有重要的地位，其具有質量輕、耐酸鹼腐蝕、輸送流體時阻力小、絕緣性優良、施工迅速容易、使用壽命長、二次加工方便、原材料來源充足、價格便宜等優點，被廣泛應用於工、農業生產和日常生活等領域。然而，聚氯乙烯自身也存在缺陷和不足，如熱穩定性差，增塑作用不穩定，易揮發遷移，硬製品呈脆性，抗衝擊性能差等。
孟麗、趙季若等人在其《原位接枝製備PVC半互穿網絡聚合物及其表徵與性能研究》一文中採用氯化原位接枝方法將PVC和甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)接枝共混，之後利用己二胺使聚甲基丙烯酸縮水甘油酯發生交聯形成交聯網絡與PVC線型大分子鏈相互貫穿，製備以PVC為基質的半互穿網絡聚合物，提高了PVC的動態力學性能和熱穩定性等。
水滑石可以與聚氯乙烯分解產生HCl發生反應，可以對聚氯乙烯起到熱穩定作用，而且水滑石與其他一些熱穩定助劑複合時，熱穩定作用更加明顯；水滑石可吸收太陽光中的紫外線，並將其轉化為熱量釋放掉，減少聚氯乙烯受到強烈紫外線的直接照射而降解的可能性，提高耐候性；水滑石含有結合水，並具有層板結構，可以吸收聚氯乙烯燃燒放出的熱量，抑制煙霧的產生，提高阻燃性；因此，水滑石是一種優良的、多功能的聚氯乙烯助劑或改性劑。
因此本發明使用聚氯乙烯與甲基丙烯酸縮水甘油酯原位接枝製備接枝產物PVC-cg-GMA，之後利用甲基丙烯酸縮水甘油酯的環氧基團與水滑石接枝反應，提高了聚氯乙烯管材的熱穩定性、耐候性能，同時具有優異的力學性能。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明提供一種耐老化的水滑石接枝改性聚氯乙烯複合管材及其製備方法。
一種耐老化的水滑石接枝改性聚氯乙烯複合管材，由以下重量份的原料組成：聚氯乙烯70-90份，甲基丙烯酸縮水甘油酯5-14份，SiO2 2-5份，丙酮適量，甲醇適量，水滑石9-17份，二甲基亞碸40-65份，四氯化錫0.3-1份，有機錫熱穩定劑1-2份，氯化聚乙烯3-9份，氧化聚乙烯蠟1-3份，鄰苯二甲酸二辛酯1-4份，2,6-叔丁基對丙酚0.2-0.6份，硫醇0.3-0.8份。
具體步驟如下：
（1）聚氯乙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯（PVC-cg-GMA）的製備：
在裝有攪拌器、溫度計和導氣管的三口燒瓶中加入預乾燥的聚氯乙烯，在攪拌狀態下緩慢加入甲基丙烯酸縮水甘油酯，膨潤10-13小時後，加入SiO2防止聚氯乙烯結塊，繼續攪拌至均勻，然後在攪拌、常溫下通入氯氣置換體系空氣，升溫至110-122℃，反應20-30分鐘，停止通氯氣並停止加熱後抽真空，降溫至低於100℃時，置換空氣3-4次，趁熱將反應液緩慢的倒入盛有丙酮和甲醇混合溶液的燒杯中沉澱，邊沉澱邊用玻璃棒攪拌，抽濾得到濾餅，將濾餅搗碎，放在50-60℃真空乾燥至恆重，得到接枝產物PVC-cg-GMA；
（2）PVC-cg-GMA接枝水滑石的製備：
將水滑石加入二甲基亞碸中攪拌8-15分鐘，之後超聲分散10-25分鐘，分散均勻後，加入步驟（1）PVC-cg-GMA，在室溫下攪拌混勻後，再逐滴滴入四氯化錫的二甲基亞碸溶液，反應20-40分鐘，反應結束後，洗滌得到PVC-cg-GMA接枝水滑石；
（3）預混：
啟動高速攪拌機並加熱至55-75℃，將步驟（2）PVC-cg-GMA接枝水滑石、有機錫熱穩定劑、氯化聚乙烯、2,6-叔丁基對丙酚、硫醇依次加入高速攪拌機中，邊攪拌邊加熱至95-110℃，之後加入鄰苯二甲酸二辛酯，最後再加入氧化聚乙烯蠟，攪拌均勻後，冷卻到60℃以下出料，再進行冷混，完成後得到預混物；
（4）擠出、注塑：
將步驟（3）的預混物加入到擠出機中，經過熔融、塑化、混合從擠出機的機頭連續擠出物料，完成後得到擠出混合物，之後利用注塑機將混合物注塑成標準試樣，得到產品。
其中，所述的步驟（1）中丙酮和甲醇混合溶液是由丙酮與甲醇以體積比為1:1混合而成。
其中，所述的步驟（4）中擠出機設定參數如下：螺杆轉速為13-16r/min，進料速度為45-50mm/s，壓力為70Mpa，擠出機加料段溫度設定為165-175℃，混煉段175-185℃，計量段180-190℃，機頭段180-185℃。
與現有技術相比，本發明具有以下優點：
（1）本發明使用的甲基丙烯酸縮水甘油酯中含有活撥的乙稀基及有離子性反應的環氧基的兩個官能團，與聚氯乙烯發生氯化原位接枝反應制PVC-cg-GMA時雙鍵參加反應，使得環氧基團位於側鏈上，之後與水滑石反應，在催化劑作用下水滑石表面的羥基進攻環氧基團發生加成反應，水滑石被接枝在PVC-cg-GMA骨架上，生成PVC-cg-GMA接枝水滑石複合物。
（2）本發明對水滑石的接枝改性後，提高了水滑石的親油性和與聚氯乙烯的相容性，使其能在聚氯乙烯基體中達到均勻的分散，與有機錫熱穩定劑復配有效發揮水滑石對聚氯乙烯的熱穩定性、耐候性能，另外材料的衝擊強度和拉伸強度也有一定提高，達到增強效果。
（3）本發明通過2,6-叔丁基對丙酚和乙硫醇的協同作用，通過自由基轉移及生成一種為非活化的穩定產物醇的機理以終止鏈反應，抑制游離基的生成，進而使得聚氯乙烯管材產品產生良好的光穩定效果，提高了聚氯乙烯塑料成品的耐老化能力。
具體實施方式
一種耐老化的水滑石接枝改性聚氯乙烯複合管材，由以下重量份的原料組成：聚氯乙烯80，甲基丙烯酸縮水甘油酯11，SiO2 3，丙酮適量，甲醇適量，水滑石14，二甲基亞碸47，四氯化錫0.7，有機錫熱穩定劑2，氯化聚乙烯6，氧化聚乙烯蠟2，鄰苯二甲酸二辛酯3，2,6-叔丁基對丙酚0.5，硫醇0.6。
具體步驟如下：
（1）聚氯乙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯（PVC-cg-GMA）的製備：
在裝有攪拌器、溫度計和導氣管的三口燒瓶中加入預乾燥的聚氯乙烯，在攪拌狀態下緩慢加入甲基丙烯酸縮水甘油酯，膨潤12小時後，加入SiO2防止聚氯乙烯結塊，繼續攪拌至均勻，然後在攪拌、常溫下通入氯氣置換體系空氣，升溫至115℃，反應25分鐘，停止通氯氣並停止加熱後抽真空，降溫至低於100℃時，置換空氣3次，趁熱將反應液緩慢的倒入盛有丙酮和甲醇混合溶液的燒杯中沉澱，邊沉澱邊用玻璃棒攪拌，抽濾得到濾餅，將濾餅搗碎，放在55℃真空乾燥至恆重，得到接枝產物PVC-cg-GMA；
（2）PVC-cg-GMA接枝水滑石的製備：
將水滑石加入二甲基亞碸中攪拌10分鐘，之後超聲分散20分鐘，分散均勻後，加入步驟（1）PVC-cg-GMA，在室溫下攪拌混勻後，再逐滴滴入四氯化錫的二甲基亞碸溶液，反應30分鐘，反應結束後，洗滌得到PVC-cg-GMA接枝水滑石；
（3）預混：
啟動高速攪拌機並加熱至65℃，將步驟（2）PVC-cg-GMA接枝水滑石、有機錫熱穩定劑、氯化聚乙烯、2,6-叔丁基對丙酚、硫醇依次加入高速攪拌機中，邊攪拌邊加熱至100℃，之後加入鄰苯二甲酸二辛酯，最後再加入氧化聚乙烯蠟，攪拌均勻後，冷卻到60℃以下出料，再進行冷混，完成後得到預混物；
（4）擠出、注塑：
將步驟（3）的預混物加入到擠出機中，經過熔融、塑化、混合從擠出機的機頭連續擠出物料，完成後得到擠出混合物，之後利用注塑機將混合物注塑成標準試樣，得到產品。
其中，所述的步驟（1）中丙酮和甲醇混合溶液是由丙酮與甲醇以體積比為1:1混合而成。
其中，所述的步驟（4）中擠出機設定參數如下：螺杆轉速為15r/min，進料速度為48mm/s，壓力為70Mpa，擠出機加料段溫度設定為170℃，混煉段180℃，計量段185℃，機頭段182℃。
性能測試結果如下：
拉伸強度：44.9MPa，彎曲強度：83MPa，衝擊強度為79.2KJ/m2，維卡軟化溫度（1Kg負荷）：81.4℃。