一種納米級pvc抗衝擊改性劑及其製備方法和用途的製作方法
2023-05-21 20:39:56
專利名稱：一種納米級pvc抗衝擊改性劑及其製備方法和用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種塑料改性劑及其製備方法和用途，特別是涉及一種納米級PVC抗衝改性劑及其製備方法和它在PVC型材、板材、管材中的應用。
在現有技術中，已經有採用納米碳酸鈣與其它抗衝擊改性劑來共同提高PVC衝擊性能的報導，如在科技期刊「Journal of Vinyl Technology.」Dec.1983，Vol.5，No.4，173-178，K.K.Mathur and M.Tapper的文章中，介紹過採用納米碳酸鈣(70nm)與ACR抗衝擊改性劑共同使用來改性PVC的方法，結果表明，它可以更好地改善PVC的衝擊性能。
同時，在現有技術中，雖然也添加碳酸鈣，但它一般是作為一種添加劑為降低成本及改善熔體強度等，而不是為了改善衝擊性能，而且加入量大時會降低材料的衝擊性能。進一步的研究雖然發現納米碳酸鈣也有部分提高衝擊性能的作用，但是，它也必須與其它抗衝擊改性劑共同使用。現有技術中，為了改善碳酸鈣與PVC的混合效果，一般採用硬脂酸來進行處理，如美國Pfizer Inc.公司的商品Ultra-Pflex。
本發明的納米級PVC抗衝改性劑按照重量百分比計包括88.0～99.3％的碳酸鈣、0.1～2.0％的水和適量的彈性體膠乳或長鏈脂肪酸.上述的碳酸鈣粒徑為20～100nm，優選為40nm～70nm.上述的碳酸鈣的含量優選為96～97％.上述的彈性體膠乳用量優選為3.0～3.5％，與此同時使用的水用量優選為0.6％；上述的長鏈脂肪酸用量優選為2.0～3.0％，與此同時使用的水用量優選為0.3％。
本發明的另一目的是提供上述組合物的製備方法。
本發明的抗衝擊改性劑組合物採用如下方法製備所述的抗衝擊改性劑由納米級碳酸鈣經水和採用帶有羧基的彈性體膠乳或長鏈脂肪酸處理後製得。
所述的抗衝擊改性劑由納米級碳酸鈣加入到高速混合器中，再加入適量的水及彈性體膠乳(或長鏈脂肪酸)，先進行低速攪拌，升溫至60℃(±5℃)，保溫5分鐘，升至高速進行攪拌，達110℃(±5℃)時，保溫10分鐘，再冷卻至40℃或以下，即得到本發明的抗衝擊改性劑組合物。
該組合物的主體碳酸鈣粒徑為20～100nm，優選為40～70nm。其用量為組合物重量的88～99.3％，優選為96～97％。
該組合物中的水包括下列之一種自來水，純淨水，脫離子水，低締合度活性水，其中優選為低締合度活性水；水的含量為佔組合物重量的0.1～2.0％，當用羧基彈性體膠乳作為主處理劑時含量為0.1～1.0％；當用長鏈脂肪酸作為主處理劑時含量為0.2～2.0％。
該組合物的處理劑可以是彈性體膠乳或長鏈脂肪酸。其中彈性體膠乳採用帶有羧基的彈性體膠乳效果更好，可以是下列之一種羧基丁苯膠乳，酸性陽離子氯丁膠乳，羧基丁腈膠乳，羧基酯丁腈膠乳，羧基液體丁腈橡膠，其中羧基丁腈膠乳效果最佳，含量為組合物重量的1.0～15％，優選為3.0～3.5％。長鏈脂肪酸包括下列之一種癸酸，辛酸，月桂酸，油酸，硬脂酸，其中優選為硬脂酸，其含量為組合物重量的0.5～10％，優選為2.0～3.0％。
本發明的另一目的是提供上述組合物在PVC型材中的應用。
上述的抗衝擊改性劑在用於PVC型材生產時，其加入量為按照重量份數(phr)比計，抗衝擊改性劑PVC型材為8-18∶100。優選為15∶100。
採用本發明的抗衝擊改性劑組合物無需與任何傳統的抗衝擊改性劑結合使用，即可獲得良好的效果，在型材生產線上進行擴大試驗表明，採用本發明的組合物用於PVC型材時，其加工與塑化性能良好，能以正常生產速度製得合格型材，產品符合使用要求。產品的維卡軟化點、彎曲模量及焊角強度穩定。
本發明的組合物製備工藝簡單，可操作性好，易於實施，同時該組合物應用於PVC型材生產時，可使型材的生產成本降低。
本發明的組合物的製備方法是稱取一定量的納米碳酸鈣，加入到高速混合器中，再加入適量的水及彈性體膠乳(或長鏈脂肪酸)，先進行低速攪拌，升溫至60℃(±5℃)，保溫5分鐘，升至高速進行攪拌，達110℃(±5℃)時，保溫10分鐘，再冷卻至40℃，即得到本發明的抗衝擊改性劑組合物。
本發明採用水及彈性體膠乳或長鏈脂肪酸來處理納米碳酸鈣，由於水的作用使碳酸鈣的表面形成足夠的羥基(-OH)及反應活性點，然後再與含有羧基(-COOH)的彈性體膠乳或長鏈脂肪酸反應，這樣可使處理劑的羧基(-COOH)與碳酸鈣表面的羥基(-OH)形成穩定的結合，而在另一端極性長鏈大分子能與PVC得到良好的分子鏈纏結及相容，從而使體系的衝擊性能提高。
實施例1納米級抗衝擊改性劑組合物的製備(採用羧基丁腈膠乳)。稱取2kg粒徑為40nm的碳酸鈣，羧基丁腈膠乳60g(3％)，低締合度活性水12g(0.6％)，先在丁腈膠乳中加入低締合度活性水，使之攪拌混合，然後再加入到加有碳酸鈣的10立升高速混合器中，啟動加熱，並進行低速(710rpm)攪拌，升溫至60℃(±5℃)，保溫5分鐘，再升速到高速(1440rpm)攪拌，溫度升至110℃(±5℃)後，保溫10分鐘，然後再冷卻至40℃或以下，即得到納米級抗衝擊改性劑組合物。該組合物稱為組合物A。
實施例2納米級抗衝擊改性劑組合物的製備(採用長鏈脂肪酸)。稱取2kg粒徑為40nm的碳酸鈣，硬脂酸(印尼進口)60g(3％)，低締合度活性水6g(0.3％)，再加入到10立升高速混合器中，以下工藝同實施例1。得到的組合物稱為組合物B。
實施例3PVC100phr(表示份數，以下同)，實施例1製得的組合物A 15phr，TiO24phr，ACR 2phr，稀土穩定劑GKD9909-A 3.5phr(汕頭市高科達公司生產)，將上述混合物按比例稱取3kg，加入到10立升高速混合器中，混合工藝同實施例1，製得混合物。
將上述混合物在雙輥開煉機上進行塑煉，工藝為前輥溫度175℃，後輥溫度173℃，控溫範圍為±5℃，輥間距，接觸狀態，輥速比1∶1.35，塑煉時間6分鐘，薄通6次，製得薄片。然後將薄片在壓片機上進行壓片，製得1.8～2.0mm薄片。再將這些薄片製成各種測試用標準樣條，進行各項性能測試。據此測試的性能及在型材擴試後測得的性能見表1。
說明本發明中PVC型材性能測試數據根據GB8814-88標準進行，目前，國內型材使用的標準是GB8814-98，雖然新的國標已使用四年，但是現在許多型材生產廠仍然採用GB8814-88，這是因為業內人士一致認為新國標比老國標更容易達到，特別是衝擊強度指標。目前PVC異型材專委會針對這種情況正在商討對GB8814-98進行修改。因此，本發明為了更好地說明問題採用GB8814-88標準進行測試。
實施例4基礎配方同實施例3，混料工藝同實施例1，只是其中抗衝擊改性劑分別採用普通輕質碳酸鈣、重質碳酸鈣、組合物B及組合物C(製備工藝同組合物B，只是其中納米碳酸鈣採用粒徑為70nm)，擠出型材後落球衝擊測試結果見表2。
實施例5基礎配方同實施例3，混料工藝同實施例1，抗衝擊改性劑組合物製備方法同實施例1，只是製備方法中處理用水分別為自來水、純淨水、脫離子水、低締合度活性水，擠出型材後落球衝擊測試結果見表2。
實施例6工藝方法及測試方法同實施例5，抗衝擊改性劑製備採用實施例2隻是組合物製備中採用脫離子水，水的含量有變化。具體結果見表2。
實施例7工藝方法及測試方法同實施例5，只是組合物製備中分別採用不同的處理劑進行比較。具體結果見表2。
實施例8基礎配方同實施例3，混料工藝同實施例1，抗衝擊改性劑組合物製備方法同實施例2，只是基礎配方中組合物加入量不同，擠出型材後測試結果見表2。
表1 擴試型材主要性能測試結果
說明試驗型材為IFR經濟型型材50系列L型材，S＝1.9～2.0
表2型材落球衝擊性能測試結果
備註1、國標GB8814-88規定，低溫落球衝擊標準為≤1；2、平均粒徑採用JSM-35C掃描電鏡分析結果。
權利要求
1.一種納米級PVC抗衝擊改性劑，其特徵在於所述的抗衝擊改性劑按照重量百分比計包括a)88.0～99.3％的碳酸鈣，其粒徑為20～100nm；b)0.1～2.0％的水；c)適量的彈性體膠乳或長鏈脂肪酸。
2.根據權利要求1所述的抗衝擊改性劑，其特徵在於所述的碳酸鈣粒徑為40nm～70nm；所述的碳酸鈣的含量為96～97％。
3.根據權利要求1所述的抗衝擊改性劑，其特徵在於所述的抗衝擊改性劑中的水選自下列之一種自來水，純淨水，脫離子水，低締合度活性水。
4.根據權利要求1所述的抗衝擊改性劑，其特徵在於所述的抗衝擊改性劑中的水選自低締合度活性水，所述的低締合度活性水當使用彈性體膠乳時，其含量為0.1～1.0％；當使用長鏈脂肪酸時，其含量為0.2～2.0％。
5.根據權利要求1所述的抗衝擊改性劑，其特徵在於所述的抗衝擊改性劑中的彈性體膠乳選自下列之一種羧基丁苯膠乳，酸性陽離子氯丁膠乳，羧基丁腈膠乳，羧基酯丁腈膠乳，羧基液體丁腈橡膠。
6.根據權利要求1所述的抗衝擊改性劑，其特徵在於所述的抗衝擊改性劑中的彈性體膠乳選自羧基丁腈膠乳，其含量為3.0～3.5％。
7.根據權利要求1所述的抗衝擊改性劑，其特徵在於所述的抗衝擊改性劑中的長鏈脂肪酸選自下列之一種癸酸，辛酸，月桂酸，油酸，硬脂酸。
8.根據權利要求1所述的抗衝擊改性劑，其特徵在於所述的抗衝擊改性劑中的長鏈脂肪酸選自硬脂酸，其含量為2.0～3.0％。
9.根據權利要求1所述的抗衝擊改性劑，其特徵在於根據權利要求1～8之一所述的抗衝擊改性劑的製備方法，其特徵在於，所述的抗衝擊改性劑由納米級碳酸鈣加入到高速混合器中，再加入適量的水及彈性體膠乳或長鏈脂肪酸，先進行低速攪拌，升溫至60℃±5℃，保溫5分鐘，升至高速進行攪拌，達110℃±5℃時，保溫10分鐘，再冷卻至40℃或以下，即得到本發明的抗衝擊改性劑組合物。
10.根據權利要求1～8之一所述的抗衝擊改性劑用於PVC型材的製備，其特徵在於按照重量份數比計，PVC型材抗衝擊改性劑為100∶8-18。
全文摘要
本發明提供一種PVC用納米級抗衝擊改性劑及其製備方法和用途,該抗衝擊改性劑可以完全取代現有的PVC用衝擊改性劑。本發明的抗衝擊改性劑包括納米級碳酸鈣、水和彈性體膠乳或長鏈脂肪酸,這些組份在普通的高速混合機中進行混合即可製得本發明的抗衝擊改性劑。採用本發明的抗衝擊改性劑用於PVC型材生產時,其性能良好。
文檔編號C08L27/00GK1386798SQ0212091
公開日2002年12月25日 申請日期2002年6月4日 優先權日2002年6月4日
發明者楊冬麟, 陳偉瑜 申請人:陳偉瑜, 楊冬麟