一種納米二氧化鈦改性的聚氯乙烯材料及製備方法與流程
2023-10-11 17:25:34 3
本發明涉及一種納米顆粒改性的聚氯乙烯(PVC)包覆材料及其製備方法，尤其是一種納米尺度半導體顆粒改性的聚氯乙烯(PVC)包覆材料及其製備方法，具體地說是一種納米二氧化鈦改性的聚氯乙烯材料及製備方法。
背景技術：
生態格網技術，就是將抗腐蝕、耐磨損、高強度的低碳重鍍鋅、鍍鋁或鍍鋁鋅加混合稀土鋼絲，或包覆聚合物的同質鋼絲，編織成的多鉸狀、六邊形網目的網片或夾筋網片，然後將網片裁剪、組裝成固濱籠、綠濱墊等結構單元，內部填充石塊等填充物，作為建築基本構件，經嚴格設計計算，形成安全、穩定的斷面結構，用於岸坡、堤防、路基等防護工程。
聚氯乙烯(PVC)具有強度高、成形性能好等特點，常被作為生態格網技術中鋼絲表面包覆的聚合物材料，以提高生態格網的抗腐蝕性，但其在應用中由於長時間經受腐蝕、日曬和磨粒磨損，其存在著耐腐蝕性、耐老化、耐磨損性不足的問題。
眾所周知，向聚氯乙烯(PVC)等聚合物材料中添加納米二氧化鈦(TiO2)等納米尺度半導體陶瓷顆粒可以提高聚氯乙烯(PVC)等聚合物材料的結晶度和抗腐蝕性，同時亦可以有效提高聚氯乙烯(PVC)等聚合物材料的耐老化性。
迄今為止，我國尚未有一種納米二氧化鈦改性的聚氯乙烯材料及製備方法可供使用，這在一定程度上制約了我國高性能PVC材料的發展。
技術實現要素：
本發明的目的是在聚氯乙烯(PVC)主要成分的基礎上，通過添加納米尺度二氧化鈦(TiO2)顆粒，發明一種納米二氧化鈦改性的聚氯乙烯材料及製備方法， 從而，在保持強度高特點的基礎上，使其具有更好的耐蝕性、耐磨性、耐老化性等功能特性。
按照本發明提供的技術方案，一種納米二氧化鈦改性的聚氯乙烯材料，其特徵在於：包括以下組份，其組份比例按重量份數計：
聚氯乙烯(PVC)98.50～99.00份，納米二氧化鈦(TiO2)1.0～1.5份；
先採用高能球磨機分別對納米二氧化鈦(TiO2)顆粒進行高能球磨分散；再將高能球磨分散的納米二氧化鈦(TiO2)顆粒與聚氯乙烯(PVC)顆粒混合，並再次進行高能球磨混合；再採用螺杆擠壓機將納米二氧化鈦(TiO2)與聚氯乙烯(PVC)混合料熔融、擠出製成成品，即可獲得納米二氧化鈦(TiO2)改性的聚氯乙烯(PVC)材料。
一種納米二氧化鈦改性的聚氯乙烯材料的製備方法，包括以下步驟，其組份比例按重量份數計：
(1)、採用高能球磨機對納米二氧化鈦(TiO2)顆粒進行高能球磨分散；
取粒徑40～100納米的二氧化鈦(TiO2)顆粒放入球磨機中，進行高能球磨，球磨機型號為：QM-3SP4，球磨轉速為200～250r/min，球磨時間為2～3h；
(2)、製備納米二氧化鈦(TiO2)與聚氯乙烯(PVC)混合料；
取經球磨的納米二氧化鈦(TiO2)14～20份，聚氯乙烯(PVC)顆粒3960～4172份，放入球磨機中，進行高能球磨，球磨機型號為：QM-3SP4，球磨轉速為300～350r/min，球磨時間為3～4h；充分混合均勻成納米二氧化鈦(TiO2)與聚氯乙烯(PVC)混合料；
(3)、製備改性的聚氯乙烯(PVC)材料；
在1000立升螺杆擠壓機(SHJ-20B)中加入納米二氧化鈦(TiO2)與聚氯乙烯(PVC)混合料75～80份、碳黑粉12～15份、石墨粉8～15份，同時啟動螺 杆擠壓機加熱設備，溫度達到130～150℃，熔融、擠出製成納米二氧化鈦(TiO2)改性的聚氯乙烯(PVC)材料。
本發明的有益效果是：
(1)本發明納米二氧化鈦(TiO2)改性的聚氯乙烯(PVC)材料，保持了聚氯乙烯的成形性能好、表面質量高、組織緻密、強度高等特點。如本發明納米二氧化鈦(TiO2)改性的聚氯乙烯(PVC)材料(以實施例一為例)，其強度(按GB/T1040-1992測試)為28.059MPa，比常規聚氯乙烯(以對比例一為例)的強度27.157MPa提高了3.32％。
(2)本發明納米二氧化鈦(TiO2)改性的聚氯乙烯(PVC)材料，具有高的抗腐蝕性。如在3.5％的NaCl水溶液中恆溫水浴120小時(試驗溫度為60℃)的腐蝕試驗中，本發明納米二氧化鈦(TiO2)改性的聚氯乙烯(PVC)材料(以實施例一為例)的腐蝕失重2.4047g/m2，僅是常規聚氯乙烯包覆材料(以對比例一為例)腐蝕失重(11.0586g/m2)的21.75％，耐腐蝕性提高4.6倍。
(3)本發明公開了納米二氧化鈦(TiO2)改性的聚氯乙烯(PVC)材料及製備方法，在一定程度上促進了我國生態格網的發展。
附圖說明
圖1是本發明實施例一的腐蝕表面形貌。
圖2是本發明對比例一的腐蝕表面形貌。
具體實施方式：
下面本發明將結合實施例作進一步描述：
實施例一：本發明一種納米二氧化鈦改性的聚氯乙烯材料的製備方法，包括以下步驟，其組份比例按重量份數計：
(1)、採用高能球磨機對納米二氧化鈦(TiO2)顆粒進行高能球磨分散；
取粒徑40納米的二氧化鈦(TiO2)顆粒放入球磨機中，進行高能球磨，球磨機型號為：QM-3SP4，球磨轉速為200r/min，球磨時間為2h；
(2)、製備納米二氧化鈦(TiO2)與聚氯乙烯(PVC)混合料；
取經球磨的納米二氧化鈦(TiO2)14份，聚氯乙烯(PVC)顆粒3960份，放入球磨機中，進行高能球磨，球磨機型號為：QM-3SP4，球磨轉速為300r/min，球磨時間為3h；充分混合均勻成納米二氧化鈦(TiO2)與聚氯乙烯(PVC)混合料；
(3)、製備改性的聚氯乙烯(PVC)材料；
在1000立升螺杆擠壓機(SHJ-20B)中加入納米二氧化鈦(TiO2)與聚氯乙烯(PVC)混合料75份、碳黑粉12份、石墨粉8份，同時啟動螺杆擠壓機加熱設備，溫度達到130℃，熔融、擠出製成納米二氧化鈦(TiO2)改性的聚氯乙烯(PVC)材料。
本實施例得到的納米二氧化鈦(TiO2)改性的聚氯乙烯(PVC)材料的成分為：1.0％納米二氧化鈦(TiO2)、99.0％聚氯乙烯(PVC)。
本實施例得到的納米二氧化鈦(TiO2)改性的聚氯乙烯(PVC)材料，按GB/T1040-1992檢測，其強度為28.059MPa；在3.5％的NaCl水溶液中恆溫水浴120小時(試驗溫度為60℃)的腐蝕試驗中腐蝕失重為2.4047g/m2，腐蝕表面僅有微量面積被腐蝕(圖1)。
對比例一：一種常規聚氯乙烯包覆材料的製備方法：
按4000g聚乙烯配製為例。
將4000g聚氯乙烯採用螺杆擠壓機熔融、擠出製成製品，即可獲得常規聚氯乙烯。
本對比例的聚氯乙烯包覆材料的成分為：100％聚氯乙烯。
本對比例的聚氯乙烯包覆材料，其強度為27.157MPa，，在3.5％的NaCl水溶液中恆溫水浴120小時(試驗溫度為60℃)的腐蝕試驗中腐蝕失重11.0586g/m2，腐蝕表面有大量面積被腐蝕(圖2)。