專利名稱：一種聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機-有機復(fù)合材料類的制備，具體涉及一種聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料及其制備方法
背景技術(shù)：
地質(zhì)聚合物是一類以無機[SiO4]4' [AlO4 ]&四面體為主要骨架，由離子鍵、共價鍵鍵合而成的無機硅鋁酸鹽，其結(jié)構(gòu)為不規(guī)則的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，堿金屬陽離子和堿土金屬陽離子充填網(wǎng)絡(luò)空隙而形成的非晶態(tài)至半晶態(tài)的固體材料。它具有抗壓強度高、環(huán)保、耐高溫、耐腐蝕、體積收縮小和導(dǎo)熱率低等優(yōu)異性能，但是它的抗拉、抗彎強度低，極限應(yīng)變小，抗沖強度差，脆性大，易開裂，存在著嚴重的耐久性問題，限制了其應(yīng)用范圍。針對上述缺點，通常需要添加一些有機物或無機物來增加地質(zhì)聚合物的力學(xué)和物理性能。目前，張耀君等人的發(fā)明專利(申請?zhí)?200910022109. 4,200910022112. 6,200910022803. 6、201010153097. I)報導(dǎo)了有機高分子與地質(zhì)聚合物復(fù)合膠凝材料的制備方法。這四個專利中有機高分子分別指的是苯乙烯/丙烯酸甲酯共聚乳液、苯乙烯/丙烯酸丁酯共聚物乳液、二元復(fù)配的有機高分子醋酸乙烯酯乳膠粉和聚丙烯酸酯樹脂乳液、丙烯酸丁酯-丙烯酸樹脂乳液，通過添加以上有機高分子制備的復(fù)合材料抗折強度雖然得到提高，但是強度提高的幅度不是十分理想，其28d齡期的抗折強度最大為9. OMpa,比無機硅鋁酸鹽聚合物提高了 2. 08倍。除此之外，以地質(zhì)聚合物為基體，在制備過程中添加各種纖維改善地質(zhì)聚合物的韌性及抗裂性，纖維的加入雖然可顯著增強其強度，但存在價格昂貴、成型工藝復(fù)雜等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有堿激發(fā)地質(zhì)聚合物膠凝材料普遍存在脆性大，韌性差的缺陷，本發(fā)明的目的在于，采用堿激發(fā)技術(shù)、有機高分子樹脂增強技術(shù)、受壓成型技術(shù)相結(jié)合的途徑提供一種早強、高強、高韌，強度性能穩(wěn)定，可替代陶瓷材料、有機以及木材等作板材、管材、棒材、絕緣材料、低溫材料等，具有防水、耐腐蝕性、耐久性、耐候性、防火特性、抗裂性好等優(yōu)點的聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料及其制備方法。聚氯乙烯樹脂增強的地質(zhì)聚合物復(fù)合材料的制備方法是通過以下步驟實現(xiàn)的將偏高嶺土、水玻璃溶液和水在室溫下攪拌均勻后制得堿激發(fā)地質(zhì)聚合物；將50-70%(質(zhì)量百分數(shù)，后同)的堿激發(fā)地質(zhì)聚合物、29. 13-45. 45%的聚氯乙烯樹脂和0. 87-4. 55%的熱穩(wěn)定劑經(jīng)高速混合機混合均勻、塑煉、受壓成型、脫模獲得聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料。所述的堿激發(fā)地質(zhì)聚合物由偏高嶺土、水玻璃溶液和水組成，其基本組分為
= 3,0-4.5 ,= 0.8-1.1,= 9.0-11.5。
IiM2OjIiA2O3IiAl2O3所述的偏高嶺土是由高嶺土在500-800 V的條件下煅燒I. 5-2. 5h、粉磨成100-1000目細粉，其主要組分質(zhì)量百分數(shù)含量分別為，Al2O3 42-46%，SiO2 50-57%，其它1%-4%。
所述的水玻璃溶液由模數(shù)為I. 5-3. 2的水玻璃與NaOH配制成的水溶液，密封陳化12-48h 備用。所述的熱穩(wěn)定劑包括鈣鋅復(fù)合熱穩(wěn)定劑、硬脂酸鋇、硬脂酸鋅、稀土復(fù)合穩(wěn)定劑、甲基有機錫、環(huán)氧大豆油等中的一種或一種以上的混合物。所述塑煉其溫度為140_180°C，時間為4_8min。所述受壓成型其壓力為5-15Mpa，溫度為160_180°C，時間為5_10min。本發(fā)明的聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料及其制備方法，帶來的技術(shù)效果是采用有機高分子聚氯乙烯樹脂對地質(zhì)聚合物進行結(jié)構(gòu)改性，有機聚合物與無機聚合物被均勻地混合在一起。聚氯乙烯樹脂經(jīng)過塑煉后聚氯乙烯分子鏈則與地質(zhì)聚合物的Si-O-Al網(wǎng)絡(luò)形成新的無機-有機穿插的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善地質(zhì)聚合物的微觀結(jié)構(gòu)，而且聚氯乙烯樹脂的加入量較大，從而大幅提高了復(fù)合材料的韌性，該復(fù)合材料抗折強度均高于地質(zhì)聚合物，最高抗折強度達到78. 5Mpa以上；解決了偏高嶺土制備的地質(zhì)聚合物存在脆性大、韌性差的關(guān)鍵技術(shù)問題。另外，本發(fā)明的產(chǎn)品聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料不但具有地質(zhì)聚合物的優(yōu)良特性，還具有聚氯乙烯樹脂的特性，可替代陶瓷材料、有機以及木材等作板材、管材、棒材、絕緣材料、低溫材料等。同時，它制備工藝簡單、具有很好的加工性，無需養(yǎng)護，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有產(chǎn)業(yè)的利用價值。本發(fā)明具有上述諸多優(yōu)點及實用價值，其不論在制備及應(yīng)用方法、產(chǎn)品功效上皆有較大的改進，在技術(shù)上有顯著的進步，并產(chǎn)生了好用及實用的效果。本發(fā)明的創(chuàng)新性之處在于(I)創(chuàng)新性地提出了有機高分子聚氯乙烯樹脂對地質(zhì)聚合物進行增韌改性的新方法。(2)創(chuàng)新性地提出堿激發(fā)技術(shù)、有機高分子樹脂增強技術(shù)、受壓成型技術(shù)相結(jié)合的途徑對地質(zhì)聚合物進行增韌改性的新方法，使復(fù)合材料具有較好的力學(xué)性能。
具體實施例方式以下是發(fā)明的實施例，需要說明的是，這些實施例僅為了發(fā)明人更好地詮釋本發(fā)明，本發(fā)明不限于這些實施例。實施例I :稱取22. 28g氫氧化鈉溶于130. 36g 3. I模數(shù)的水玻璃中，密封陳化24h ;稱取偏高嶺土 130g，水9. 20g，在室溫下將偏高嶺土、陳化的水玻璃溶液以及水，置入雙轉(zhuǎn)雙速凈漿攪拌機中進行攪拌，攪拌形成混合均勻的漿體，制得堿激發(fā)地質(zhì)聚合物；稱取聚氯乙烯樹脂(型號為SG5) 277. 94g，鈣鋅復(fù)合熱穩(wěn)定劑13. 90g，將制備的堿激發(fā)地質(zhì)聚合物與已稱量好的聚氯乙烯樹脂和鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑在高速混合機中混合2min后，置于雙輥開煉機上進行塑煉，塑煉溫度172°C，塑煉時間5min ;將塑煉的薄片置于鋼制模具中，在液壓機上受壓成型，成型壓力15Mpa，成型溫度176°C，成型時間5min ;降溫至40°C脫模，即得聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料。測定該實施例制備的聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料的抗折強度為78. 5Mpa0實施例2 :稱取30.85g氫氧化鈉溶于180. 50g 3. I模數(shù)的水玻璃中，密封陳化24h ;稱取偏高嶺土 180g，水12. 74g，在室溫下將偏高嶺土、陳化的水玻璃溶液以及水，置入雙轉(zhuǎn)雙速凈漿攪拌機中進行攪拌，攪拌形成混合均勻的漿體，制得堿激發(fā)地質(zhì)聚合物；稱取聚氯乙烯樹脂(型號為SG5) 254. 14g，鈣鋅復(fù)合熱穩(wěn)定劑15. 25g，將制備的堿激發(fā)地質(zhì)聚合物與已稱量好的聚氯乙烯樹脂和鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑在高速混合機中混合2min后，置于雙輥開煉機上進行塑煉，塑煉溫度176°C，塑煉時間4min ;將塑煉的薄片置于鋼制模具中，在液壓機上受壓成型，成型壓力15Mpa，成型溫度176°C，成型時間5min ;降溫至40°C脫模，即得聚氯乙烯樹脂增強 地質(zhì)聚合物復(fù)合材料。測定該實施例制備的聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料的抗折強度69.26Mpa0實施例3 :稱取32. 57g氫氧化鈉溶于190. 53g 3. I模數(shù)的水玻璃中，密封陳化12h ;稱取偏高嶺土 190g，水20. 73g，在室溫下將偏高嶺土、陳化的水玻璃溶液以及水，置入雙轉(zhuǎn)雙速凈漿攪拌機中進行攪拌，攪拌形成混合均勻的漿體，制得堿激發(fā)地質(zhì)聚合物；稱取聚氯乙烯樹脂(型號為SG5) 220. 38g，鈣鋅復(fù)合熱穩(wěn)定劑13. 22g，將制備的堿激發(fā)地質(zhì)聚合物與已稱量好的聚氯乙烯樹脂和鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑在高速混合機中混合Imin后，置于雙輥開煉機上進行塑煉，塑煉溫度175°C，塑煉時間5. 5min ;將塑煉的薄片置于鋼制模具中，在液壓機上受壓成型，成型壓力15Mpa，成型溫度173°C，成型時間6min ;降溫至40°C脫模，SP得聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料。測定該實施例制備的聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料的抗折強度68.35Mpa0實施例4:稱取37. 71g氫氧化鈉溶于220.62g 3. I模數(shù)的水玻璃中，密封陳化24h ;稱取偏高嶺土 220g，水15. 57g，在室溫下將偏高嶺土、陳化的水玻璃溶液以及水，置入雙轉(zhuǎn)雙速凈漿攪拌機中進行攪拌，攪拌形成混合均勻的漿體，制得堿激發(fā)地質(zhì)聚合物；稱取聚氯乙烯樹脂(型號為SG5) 199. 69g，鈣鋅復(fù)合熱穩(wěn)定劑11. 98g，將制備的堿激發(fā)地質(zhì)聚合物與已稱量好的聚氯乙烯樹脂和鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑在高速混合機中混合Imin后，置于雙輥開煉機上進行塑煉，塑煉溫度170°C，塑煉時間6min ;將塑煉的薄片置于鋼制模具中，在液壓機上受壓成型，成型壓力15Mpa，成型溫度175°C，成型時間5min ;降溫至40°C脫模，即得聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料。測定該實施例制備的聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料的抗折強度58.20Mpa。實施例5 :稱取22. 28g氫氧化鈉溶于130. 36g 3. I模數(shù)的水玻璃中，密封陳化24h ;稱取偏高嶺土 130g，水9. 20g，在室溫下將偏高嶺土、陳化的水玻璃溶液以及水，置入雙轉(zhuǎn)雙速凈漿攪拌機中進行攪拌，攪拌形成混合均勻的漿體，制得堿激發(fā)地質(zhì)聚合物；稱取聚氯乙烯糊樹脂(型號為P_440)277. 94g，鈣鋅復(fù)合熱穩(wěn)定劑13. 90g，將制備的堿激發(fā)地質(zhì)聚合物與已稱量好的聚氯乙烯糊樹脂和鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑在高速混合機中混合2min后，置于雙輥開煉機上進行塑煉，塑煉溫度142°C，塑煉時間Smin ;將塑煉的薄片置于鋼制模具中，在液壓機上受壓成型，成型壓力15Mpa，成型溫度178°C，成型時間5min ;降溫至40°C脫模，即得聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料。測定該實施例制備的聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料的抗折強度為76. 6Mpa。
實施例6 :稱取30. 85g氫氧化鈉溶于180. 50g 3. I模數(shù)的水玻璃中，密封陳化24h ;稱取偏高嶺土 180g，水12. 74g，在室溫下將偏高嶺土、陳化的水玻璃溶液以及水，置入雙轉(zhuǎn)雙速凈漿攪拌機中進行攪拌，攪拌形成混合均勻的漿體，制得堿激發(fā)地質(zhì)聚合物；稱取聚氯乙烯糊樹脂(型號為P_440)254. 14g，鈣鋅復(fù)合熱穩(wěn)定劑15. 25g，將制備的堿激發(fā)地質(zhì)聚合物與已稱量好的聚氯乙烯糊樹脂和鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑在高速混合機中混合Imin后，置于雙輥開煉機上進行塑煉，塑煉溫度162°C，塑煉時間4. 5min ;將塑煉的薄片置于鋼制模具中，在液壓機上受壓成型，成型壓力15Mpa，成型溫度178°C，成型時間5min ;降溫至40°C脫模，即得聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料。測定該實施例制備的聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料的抗折強度65. 98Mpa0實施例7 :稱取32. 57g氫氧化鈉溶于190. 53g 3. I模數(shù)的水玻璃中，密封陳化12h ;稱取偏高嶺土 190g，水20. 73g，在室溫下將偏高嶺土、陳化的水玻璃溶液以及水，置入 雙轉(zhuǎn)雙速凈漿攪拌機中進行攪拌，攪拌形成混合均勻的漿體，制得堿激發(fā)地質(zhì)聚合物；稱取聚氯乙烯糊樹脂(型號為P_440)212. 36g，鈣鋅復(fù)合熱穩(wěn)定劑21. 24g，將制備的堿激發(fā)地質(zhì)聚合物與已稱量好的聚氯乙烯糊樹脂和鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑在高速混合機中混合Imin后，置于雙輥開煉機上進行塑煉，塑煉溫度175°C，塑煉時間5. 5min ;將塑煉的薄片置于鋼制模具中，在液壓機上受壓成型，成型壓力15Mpa，成型溫度175°C，成型時間6min ;降溫至40°C脫模，即得聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料。測定該實施例制備的聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料的抗折強度64. 14Mpa0實施例8:稱取37. 71g氫氧化鈉溶于220.62g 3. I模數(shù)的水玻璃中，密封陳化24h ;稱取偏高嶺土 220g，水15. 58g，在室溫下將偏高嶺土、陳化的水玻璃溶液以及水，置入雙轉(zhuǎn)雙速凈漿攪拌機中進行攪拌，攪拌形成混合均勻的漿體，制得堿激發(fā)地質(zhì)聚合物；稱取聚氯乙烯糊樹脂(型號為P-440) 192. 43g，鈣鋅復(fù)合熱穩(wěn)定劑19. 24g，將制備的堿激發(fā)地質(zhì)聚合物與已稱量好的聚氯乙烯糊樹脂和鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑在高速混合機中混合Imin后，置于雙輥開煉機上進行塑煉，塑煉溫度155°C，塑煉時間6min ;將塑煉的薄片置于鋼制模具中，在液壓機上受壓成型，成型壓力15Mpa，成型溫度175°C，成型時間5min ;降溫至40°C脫模，即得聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料。測定該實施例制備的聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料的抗折強度60.20Mpa。
權(quán)利要求
1.一種聚氯乙烯樹脂增強的地質(zhì)聚合物復(fù)合材料的制備方法，是通過以下步驟實現(xiàn)的將偏高嶺土、水玻璃溶液和水在室溫下攪拌均勻后制得堿激發(fā)地質(zhì)聚合物；將50-70% (質(zhì)量百分數(shù)，后同)的堿激發(fā)地質(zhì)聚合物、29. 13-45. 45%的聚氯乙烯樹脂和0. 87-4. 55%的熱穩(wěn)定劑經(jīng)高速混合機混合均勻、塑煉、受壓成型、脫模獲得聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種聚氯乙烯樹脂增強的地質(zhì)聚合物復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于，所述的堿激發(fā)地質(zhì)聚合物由偏高嶺土、水玻璃溶液和水組成，其基本組分為
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的一種聚氯乙烯樹脂增強的地質(zhì)聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的偏高嶺土是由高嶺土在500-800°C的條件下煅燒I. 5-2. 5h、粉磨成100-1000目細粉，其主要組分質(zhì)量百分數(shù)含量分別為，Al2O3 42-46%，SiO2 50_57%，其它 1%-4%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的一種聚氯乙烯樹脂增強的無機聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的水玻璃溶液由模數(shù)為I. 5-3. 2的水玻璃與NaOH配制成的水溶液，密封陳化12-48h備用。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種聚氯乙烯樹脂增強的無機聚合物復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于，所述的熱穩(wěn)定劑包括鈣鋅復(fù)合熱穩(wěn)定劑、硬脂酸鋇、硬脂酸鋅、稀土復(fù)合穩(wěn)定齊U、甲基有機錫、環(huán)氧大豆油等中的一種或一種以上的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種聚氯乙烯樹脂增強的無機聚合物復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于，所述塑煉其溫度為140-180°C，時間為4-8min。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種聚氯乙烯樹脂增強的無機聚合物復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于，所述受壓成型其壓力為5-15Mpa，溫度為160-180°C，時間為5_10min。
全文摘要
本發(fā)明公開了聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料的制備方法，是通過以下步驟實現(xiàn)的將偏高嶺土、水玻璃溶液和水在室溫下攪拌均勻后制得堿激發(fā)地質(zhì)聚合物；將50-70%(質(zhì)量百分數(shù)，后同)的堿激發(fā)地質(zhì)聚合物、29.13-45.45%的聚氯乙烯樹脂和0.87-4.55%的熱穩(wěn)定劑經(jīng)高速混合機混合均勻、塑煉、受壓成型、脫模獲得聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料。本發(fā)明制備的聚氯乙烯樹脂增強地質(zhì)聚合物復(fù)合材料抗折強度均高于地質(zhì)聚合物，具有早強、高強、高韌、強度穩(wěn)定性好，最高抗折強度達到78.5Mpa以上。本發(fā)明解決了偏高嶺土制備的地質(zhì)聚合物存在脆性大、韌性差的關(guān)鍵技術(shù)問題。
文檔編號C04B28/26GK102617105SQ20121008109
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者宋曉玲, 崔學(xué)民, 彭兵, 林坤圣, 王祖芳, 黃東 申請人:廣西大學(xué), 新疆石河子中發(fā)化工有限責(zé)任公司