低成本環保可注塑成型超韌硬質聚氯乙烯納米複合物及製備方法

2023-05-15 15:00:06 1

專利名稱：低成本環保可注塑成型超韌硬質聚氯乙烯納米複合物及製備方法
技術領域：
本發明涉及一種低成本環保可注塑成型超韌硬質聚氯乙烯納米複合物及製備方法。
背景技術：
聚氯乙烯是常用的通用塑料之一，具有阻燃、耐化學藥品性高、機械強度及電絕緣 性良好、價格低、應用領域廣等優點。同時也具有一些缺點，如韌性差、熱穩定性差、加工困 難、耐燃性差等，嚴重限制了其使用。塑料納米複合材料是利用物理共混或化學接枝的方法而獲得的高性能、功能化、 專用化的一類新材料。塑料納米複合材料產品可廣泛用於汽車、電子、精密儀器、辦公設備、 包裝材料、建築材料等領域。它能改善或提高現有塑料的性能並降低成本，已成為塑料工業 中最為活躍的品種之一，增長十分迅速。聚氯乙烯納米複合材料是塑料納米複合材料中常 見的一種，但是現在的聚氯乙烯硬製品往往衝擊強度偏低且受溫度影響明顯，低溫韌性差， 因此目前的聚氯乙烯硬製品由於韌性問題而在使用上受到限制。2009年2月18日公開的中 國專利CN101367978A公開了 「超韌聚氯乙烯合金材料及其製備方法」，該合金由硬質聚氯 乙烯樹脂、丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯三元共聚物、MBS樹脂、光熱穩定劑及加工助劑經混合、 擠出工藝製得，該合金在改善聚氯乙烯韌性的同時，還具有良好的拉伸強度、彎曲強度、彈 性模量。2010年2月17日公開的中國專利CN101649094A公開了「低成本高性能阻燃ABS/ 聚氯乙烯/PETG合金及其製備方法」，該合金由丙烯腈_ 丁二烯-苯乙烯三元共聚物、聚氯 乙烯樹脂、廢舊PETG樹脂、增容劑、熱穩定劑和硬脂酸潤滑劑共混製得，該合金不僅改善了 ABS/聚氯乙烯合金的加工性能和阻燃性能，還提高了合金的拉伸強度，降低了成本。2009 年12月2日公開的中國專利CN1015914 63A公開了 「阻燃ACS/聚氯乙烯塑料合金及其制 備方法」，該合金由ACS樹脂、聚氯乙烯樹脂及複合阻燃劑、穩定劑、相容劑、加工助劑、抗氧 劑、潤滑劑經高速混合、擠出製得，該合金具有優異的阻燃性能、耐熱性能、抗靜電性能、機 械性能。2008年9月10日公開的中國專利CN10126 0215A公開了廢羧基丁腈膠粉與聚氯 乙烯共混物的製備方法，該共混物由增塑劑、熱穩定劑和聚氯乙烯混合物經雙輥塑煉、平板 硫化機模壓製得，該共混物提高了衝擊強度和斷裂伸長率，且加工工藝簡單，成本低。2001 年11月28日公開的中國專利CN1075535C公開了「一種聚氯乙烯合金材料及其製法」，該合 金由聚氯乙烯樹脂、高橡膠相含量丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯三元共聚物、鉛鹽穩定劑、金屬 皂類穩定劑、硬脂酸潤滑劑、微細活性碳酸鈣經高速混合、擠出工藝製得，該合金具有良好 的耐熱和抗衝擊性能，在不影響聚氯乙烯/ABS合金的物理機械性能的情況下，降低了生產 成本。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術的，提供一種低成本環保可注塑成型超韌硬質聚氯
3乙烯納米複合物及製備方法。它可以獲得高韌性、低成本、綜合力學性能優良、環境友好、適 合注塑加工的聚氯乙烯納米複合物，以克服現有技術的不足。低成本環保可注塑成型超韌硬質聚氯乙烯納米複合物的原料組成為聚氯乙烯 100重量份、納米碳酸鈣10-100重量份、丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯三元共聚物4-100重量 份、鑭錫複合穩定劑1-3重量份、丙烯酸脂類加工助劑1-3重量份、內潤滑劑1-3重量份、外 潤滑劑0. 3-1重量份。所述的丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯三元共聚物的組成為丙烯腈重量含量12-15%、 丁二烯重量含量50-65%、苯乙烯重量含量20-28%。所述的納米碳酸鈣粒徑為30-200納 米。所述鑭錫複合穩定劑為硬脂酸鑭和甲基硫醇有機錫的混合物，硬脂酸鑭和甲基硫醇有 機錫的重量比為8 2-4 6。所述內潤滑劑為硬脂酸單甘油酯、硬脂酸或硬脂酸鈣。所述 外潤滑劑為氧化聚乙烯蠟或石蠟。低成本環保可注塑成型超韌硬質聚氯乙烯納米複合物的製備方法包括如下步 驟1)將10-100重量份納米碳酸鈣與4-100重量份丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯三元共 聚物加入高速混合機混合，出料冷卻，得到納米碳酸鈣/丙烯腈_ 丁二烯-苯乙烯三元共聚 物複合物；2)將100重量份聚氯乙烯、1-3重量份鑭錫複合穩定劑加入高速混合機中，混合 至50°C -60°C，依次加入1-3重量份丙烯酸脂類加工助劑、1-3重量份內潤滑劑，混合至 70°C -80°C，加入0. 3-1重量份外潤滑劑，混合至90°C -100°C，加入納米碳酸鈣/丙烯腈-丁 二烯-苯乙烯三元共聚物複合物，混合至110-120°C出料冷卻，得到聚氯乙烯納米複合物；3)將聚氯乙烯納米複合物加入錐形雙螺杆擠出機，在一區溫度為130°C -170°c、 二區溫度為140-180°C、三區溫度為150-185°C、四區溫度為140_180°C、螺杆轉速為4_30轉 /分鐘、加料轉速為5-20轉/分鐘的條件下熔融擠出，切粒，得到低成本環保型可注塑成型 的超韌硬質聚氯乙烯納米複合物。高速混合機的轉速為900_1100轉/分鐘本發明與現有技術相比，具有有益效果是1)採用鑭錫複合穩定劑，環保無毒，具有優益的熱穩定性；且稀土熱穩定劑的添 加可提高加工流動性，並顯著降低成本；2)該納米複合物採用納米碳酸鈣和丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯三元共聚物協同增 韌，抗衝性能高於市場現有產品，且綜合性能優異，以聚氯乙烯作為主體樹脂，阻燃性好、耐 腐蝕、價格低廉；3)該納米複合物不含增塑劑，通過內潤滑劑用量來控制納米複合物的加工流動 性，克服了以往添加增塑劑帶來的易遷移的缺點。
具體實施例方式以下結合實施例來具體說明本發明實施例1將30重量份硬脂酸處理的納米碳酸鈣與20重量份牌號為HR181的丙烯腈-丁二 烯_苯乙烯三元共聚物加入高速混合機混合，出料冷卻，得到納米碳酸鈣/丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯三元共聚物複合物；將100重量份牌號為S700的聚氯乙烯、2重量份硬脂酸鑭 和甲基硫醇有機錫重量比為6 4的鑭錫複合穩定劑加入高速混合機中，混合至60°C，依 次加入3重量份丙烯酸脂類加工助劑、1重量份硬脂酸單甘油酯，混合至80°C，加入0. 5重 量份氧化聚乙烯蠟，混合至90°C，加入納米碳酸鈣/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物 複合物，混合至120°C出料冷卻，得到聚氯乙烯納米複合物；將聚氯乙烯納米複合物加入錐 形雙螺杆擠出機，在一區溫度為160°C、二區溫度為170°C、三區溫度為172°C、四區溫度為 168°C、螺杆轉速為4轉/分鐘、加料轉速為10轉/分鐘的條件下熔融擠出，切粒，得到低成 本環保型可注塑成型的超韌硬質聚氯乙烯納米複合物。實施例2將20重量份硬脂酸處理納米碳酸鈣與5重量份牌號為HR150F的丙烯腈-丁二 烯_苯乙烯三元共聚物加入高速混合機混合，出料冷卻，得到納米碳酸鈣/丙烯腈_ 丁二 烯-苯乙烯三元共聚物複合物；將100重量份牌號位S-1000的聚氯乙烯、2重量份硬脂酸鑭 和甲基硫醇有機錫重量比為6 4的鑭錫複合穩定劑加入高速混合機中，混合至60°C，依次 加入3重量份丙烯酸脂類加工助劑、2重量份硬脂酸鈣，混合至80°C，加入0. 5重量份石蠟， 混合至100°C，加入納米碳酸鈣/丙烯腈-丁二烯_苯乙烯三元共聚物複合物，混合至120°C 出料冷卻，得到聚氯乙烯納米複合物；將聚氯乙烯納米複合物加入錐形雙螺杆擠出機，在一 區溫度為170°C、二區溫度為178°C、三區溫度為180°C、四區溫度為175°C、螺杆轉速為8轉 /分鐘、加料轉速為20轉/分鐘的條件下熔融擠出，切粒，得到低成本環保型可注塑成型的 超韌硬質聚氯乙烯納米複合物。實施例3將10重量份偶聯劑處理納米碳酸鈣與10重量份牌號為HR183的丙烯腈-丁二 烯_苯乙烯三元共聚物加入高速混合機混合，出料冷卻，得到納米碳酸鈣/丙烯腈_ 丁二 烯-苯乙烯三元共聚物複合物；將100重量份牌號位SG5的聚氯乙烯、2重量份硬脂酸鑭和 甲基硫醇有機錫重量比為6 4的鑭錫複合穩定劑加入高速混合機中，混合至60°C，依次加 入3重量份丙烯酸脂類加工助劑、3重量份硬脂酸，混合至80°C，加入0. 5重量份石蠟，混合 至100°C，加入納米碳酸鈣/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物複合物，混合至120°C出 料冷卻，得到聚氯乙烯納米複合物；將聚氯乙烯納米複合物加入錐形雙螺杆擠出機，在一區 溫度為170°C、二區溫度為178°C、三區溫度為180°C、四區溫度為175°C、螺杆轉速為8轉/ 分鐘、加料轉速為20轉/分鐘的條件下熔融擠出，切粒，得到低成本環保型可注塑成型的超 韌硬質聚氯乙烯納米複合物。實施例4將15重量份偶聯劑處理納米碳酸鈣與20重量份牌號為HR185的丙烯腈-丁二 烯_苯乙烯三元共聚物加入高速混合機混合，出料冷卻，得到納米碳酸鈣/丙烯腈_ 丁二 烯_苯乙烯三元共聚物複合物；將100重量份牌號為SG8的聚氯乙烯、2重量份硬脂酸鑭 和甲基硫醇有機錫重量比為7 3的鑭錫複合穩定劑加入高速混合機中，混合至60°C，依 次加入3重量份丙烯酸脂類加工助劑、2重量份硬脂酸單甘油酯，混合至80°C，加入0. 5重 量份氧化聚乙烯蠟，混合至100°C，加入納米碳酸鈣/丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯三元共聚物 複合物，混合至120°C出料冷卻，得到聚氯乙烯納米複合物；將聚氯乙烯納米複合物加入錐 形雙螺杆擠出機，在一區溫度為160°C、二區溫度為168°C、三區溫度為172°C、四區溫度為167°C、螺杆轉速為4轉/分鐘、加料轉速為10轉/分鐘的條件下熔融擠出，切粒，得到低成 本環保型可注塑成型的超韌硬質聚氯乙烯納米複合物。實施例5將30重量份偶聯劑處理納米碳酸鈣與16重量份牌號為HR181的丙烯腈-丁二 烯_苯乙烯三元共聚物加入高速混合機混合，出料冷卻，得到納米碳酸鈣/丙烯腈_ 丁二 烯-苯乙烯三元共聚物複合物；將100重量份牌號為SG8的聚氯乙烯、2重量份硬脂酸鑭 和甲基硫醇有機錫重量比為8 2的鑭錫複合穩定劑加入高速混合機中，混合至60°C，依 次加入1重量份丙烯酸脂類加工助劑、1重量份硬脂酸單甘油酯，混合至80°C，加入0. 5重 量份氧化聚乙烯蠟，混合至100°C，加入納米碳酸鈣/丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯三元共聚物 複合物，混合至120°C出料冷卻，得到聚氯乙烯納米複合物；將聚氯乙烯納米複合物加入錐 形雙螺杆擠出機，在一區溫度為156°C、二區溫度為168°C、三區溫度為170°C、四區溫度為 167°C、螺杆轉速為4轉/分鐘、加料轉速為10轉/分鐘的條件下熔融擠出，切粒，得到低成 本環保型可注塑成型的超韌硬質聚氯乙烯納米複合物。實施例6將10重量份偶聯劑處理納米碳酸鈣與4重量份牌號為HR181的丙烯腈-丁二 烯_苯乙烯三元共聚物加入高速混合機混合，出料冷卻，得到納米碳酸鈣/丙烯腈_ 丁二 烯-苯乙烯三元共聚物複合物；將100重量份牌號為S700的聚氯乙烯、1重量份鑭錫複合穩 定劑加入高速混合機中，混合至50°C，依次加入1重量份丙烯酸脂類加工助劑、1重量份硬 脂酸，混合至70°C，加入0. 3重量份外潤滑劑，混合至90°C，加入納米碳酸鈣/丙烯腈_ 丁 二烯-苯乙烯三元共聚物複合物，混合至110°C出料冷卻，得到聚氯乙烯納米複合物；將聚 氯乙烯納米複合物加入錐形雙螺杆擠出機，在一區溫度為130°C、二區溫度為140°C、三區 溫度為150°C、四區溫度為140°C、螺杆轉速為4轉/分鐘、加料轉速為5轉/分鐘的條件下 熔融擠出，切粒，得到低成本環保型可注塑成型的超韌硬質聚氯乙烯納米複合物。實施例7將100重量份硬脂酸處理納米碳酸鈣與100重量份丙烯腈_ 丁二烯-苯乙烯三元 共聚物加入高速混合機混合，出料冷卻，得到納米碳酸鈣/丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯三元共 聚物複合物；將100重量份聚氯乙烯、3重量份鑭錫複合穩定劑加入高速混合機中，混合至 60°C，依次加入3重量份丙烯酸脂類加工助劑、3重量份內潤滑劑，混合至80°C，加入1重量 份外潤滑劑，混合至100°C，加入納米碳酸鈣/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物複合物， 混合至120°c出料冷卻，得到聚氯乙烯納米複合物；將聚氯乙烯納米複合物加入錐形雙螺 杆擠出機，在一區溫度為170°C、二區溫度為180°C、三區溫度為185°C、四區溫度為180°C、 螺杆轉速為30轉/分鐘、加料轉速為20轉/分鐘的條件下熔融擠出，切粒，得到低成本環 保型可注塑成型的超韌硬質聚氯乙烯納米複合物。以下為本發明提供的實施例的性能對照表
權利要求
一種低成本環保可注塑成型超韌硬質聚氯乙烯納米複合物，其特徵在於原料組成為聚氯乙烯100重量份、納米碳酸鈣10-100重量份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物4-100重量份、鑭錫複合穩定劑1-3重量份、丙烯酸脂類加工助劑1-3重量份、內潤滑劑1-3重量份、外潤滑劑0.3-1重量份。
2.根據權利要求1所述的低成本環保可注塑成型超韌硬質聚氯乙烯納米複合物，其特 徵在於所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物的組成為丙烯腈重量含量12-15%、丁 二烯重量含量50-65 %、苯乙烯重量含量20-28 %。
3.根據權利要求1所述的低成本環保可注塑成型超韌硬質聚氯乙烯納米複合物，其特 徵在於所述的納米碳酸鈣粒徑為30-200納米。
4.根據權利要求1所述的低成本環保可注塑成型超韌硬質聚氯乙烯納米複合物，其特 徵在於所述鑭錫複合穩定劑為硬脂酸鑭和甲基硫醇有機錫的混合物，硬脂酸鑭和甲基硫醇 有機錫的重量比為8 2-4 6。
5.根據權利要求1所述的低成本環保可注塑成型超韌硬質聚氯乙烯納米複合物，其特 徵在於所述內潤滑劑為硬脂酸單甘油酯、硬脂酸或硬脂酸鈣。
6.根據權利要求1所述的低成本環保可注塑成型超韌硬質聚氯乙烯納米複合物，其特 徵在於所述外潤滑劑為氧化聚乙烯蠟或石蠟。
7.—種如權利要求1所述低成本環保可注塑成型超韌硬質聚氯乙烯納米複合物的制 備方法，其特徵在於包括如下步驟1)將10-100重量份納米碳酸鈣與4-100重量份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物 加入高速混合機混合，出料冷卻，得到納米碳酸鈣/丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯三元共聚物復 合物；2)將100重量份聚氯乙烯、1-3重量份鑭錫複合穩定劑加入高速混合機中，混合 至50°C -60°C，依次加入1-3重量份丙烯酸脂類加工助劑、1-3重量份內潤滑劑，混合至 70°C -80°C，加入0. 3-1重量份外潤滑劑，混合至90°C -100°C，加入納米碳酸鈣/丙烯腈-丁 二烯-苯乙烯三元共聚物複合物，混合至110°C -120°C出料冷卻，得到聚氯乙烯納米複合 物；3)將聚氯乙烯納米複合物加入錐形雙螺杆擠出機，在一區溫度為130°C-170°C、二區 溫度為140°C -180°C、三區溫度為150°C _185°C、四區溫度為140°C _180°C、螺杆轉速為 4-30轉/分鐘、加料轉速為5-20轉/分鐘的條件下熔融擠出，切粒，得到低成本環保型可注 塑成型的超韌硬質聚氯乙烯納米複合物。
8.根據權利要求7所述的一種低成本環保可注塑成型超韌硬質聚氯乙烯納米複合物 的製備方法，其特徵在於所述的高速混合機的轉速為900-1100轉/分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種低成本環保可注塑成型超韌硬質聚氯乙烯納米複合物及製備方法。其原料組成為聚氯乙烯100重量份、納米碳酸鈣10-100份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物4-100份、鑭錫複合穩定劑1-3份、丙烯酸脂類加工助劑1-3份、內潤滑劑1-3份、外潤滑劑0.3-1份。經高速混合機中混合、冷卻，再經錐形雙螺杆擠出機造粒得到低成本環保型可注塑成型的超韌硬質聚氯乙烯納米複合物。本發明綜合了聚氯乙烯樹脂阻燃性好、剛性強、價格低，納米碳酸鈣剛性強、可增韌聚氯乙烯、價格低以及ABS耐衝擊、耐低溫、易於成型加工等優點，產品價格廉價，環保，具有超高韌性及良好綜合力學性能，加工流動性好，在家電元件、汽車儀表等領域具有廣泛的應用前景和顯著的社會效益。
文檔編號B29C47/92GK101857706SQ20101020902
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月24日 優先權日2010年6月24日
發明者宋義虎, 林鵬飛, 鄭強, 都佩華 申請人:浙江大學