一種適合高原環(huán)境抗紫外的pvc復(fù)合材料制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域技術(shù)，具體地說是針對增強(qiáng)聚氯乙烯（PVC）材料功能性進(jìn)行改進(jìn)的制備工藝。本發(fā)明的制備工藝是：(1)納米增強(qiáng)體的制備；(2) 化學(xué)溶液法制備混雜型PVC功能復(fù)合材料；即制得混雜型PVC功能復(fù)合材料。本發(fā)明方法將氧化鋅與二氧化鈦復(fù)合使用，可極大提高復(fù)合材料的抗紫外性能；本發(fā)明將納米氫氧化鎂、氧化鋅與二氧化鈦粒子三者有機(jī)地結(jié)合起來制備的PVC復(fù)合材料，優(yōu)化了PVC的抗紫外能力、降低了老化速率，延長了使用壽命，增加了阻燃性能,降低了火災(zāi)的發(fā)生，最終提高了PVC材料在青藏高原的外部環(huán)境適應(yīng)能力。
【專利說明】一種適合高原環(huán)境抗紫外的PVC復(fù)合材料制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是針對增強(qiáng)聚氯乙烯(PVC)材料功能性進(jìn)行改進(jìn)的制備工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]塑料作為四大基礎(chǔ)材料之一，聚氯乙烯(PVC)是世界上最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的塑料品種之一。它的應(yīng)用涉及生產(chǎn)生活幾乎所有的行業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中具有重要的戰(zhàn)略意義。PVC具有難燃、抗化學(xué)腐蝕、耐磨、電絕緣性優(yōu)良和機(jī)械強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、日用品、包裝以及電力行業(yè)。PVC的經(jīng)濟(jì)效益在整個(gè)國家經(jīng)濟(jì)效益中占有舉足輕重的地位。
[0003]青海省地處青藏高原，全省平均海拔4000米左右，高原大氣層相對稀薄，日光透過率高，加之氣候干燥、降雨量少，云層遮蔽率低，日射強(qiáng)烈，日照十分充足，紫外線強(qiáng)。如PVC不做抗紫外處理與阻燃性能處理，會(huì)加速PVC老化過程，減少PVC使用壽命，并引發(fā)火災(zāi)。因此，如何優(yōu)化PVC的抗紫外能力、增加PVC的阻燃性能，提高PVC使用壽命，是目前在青海省發(fā)展PVC產(chǎn)業(yè)的突破點(diǎn)。
[0004]目前對單一納米氫氧化鎂、氧化鋅與二氧化鈦粒子增強(qiáng)PVC復(fù)合材料研宄較多，但是對納米氫氧化鎂、氧化鋅與二氧化鈦粒子混雜增強(qiáng)的復(fù)合材料研宄尚未見報(bào)導(dǎo)。李梅等研宄了以氫氧化鎂、三氧化二銻、十溴聯(lián)苯醚、氧化鋅為主的復(fù)合阻燃體系對PVC軟、硬質(zhì)品的阻燃作用，結(jié)果表明，復(fù)合阻燃劑用于PVC制品中，阻燃性能、機(jī)械性能、抗紫外性能、電性能和加工性能均得到一定提高，且具有一定的抑煙效果。楊明嬌通過原位乳液聚合法，在納米T12表面接枝上丙烯酸酯類聚合物，制得聚丙烯酸酯/納米T1 2復(fù)合粒子的紫外光穩(wěn)定劑，并將其用于改性PVC，結(jié)果表明，復(fù)合粒子顯著提高PVC的抗紫外光性能。張瑩等采用不同共混方法將載銀納米二氧化鈦分散到PVC清漆中，研宄其分散及改性效果，最終制得光催化降解甲基橙率及抗菌率均較高的抗菌PVC塑料。
[0005]在前人眾多研宄的基礎(chǔ)之上，本發(fā)明結(jié)合青海地區(qū)豐富的鹽湖資源與極端的氣候條件，采用化學(xué)溶液法制備納米氫氧化鎂、氧化鋅與二氧化鈦粒子混雜三相增強(qiáng)PVC復(fù)合材料。首先，通過原位嫁接聚合法在納米氫氧化鎂、氧化鋅與二氧化鈦粒子表面接枝硅烷偶聯(lián)劑(KH-570);其次，在機(jī)械攪拌過程中引入超聲處理，增加了改性的三種納米粒子在PVC基體中的分散特性，從而延緩了其沉降速度，實(shí)現(xiàn)納米粒子在PVC基體中分散均勻的目的。通過相關(guān)性能測試分析發(fā)現(xiàn):氫氧化鎂由于熱分解溫度高、高效促基材成炭作用、強(qiáng)除酸能力、無毒、抑煙、不揮發(fā)、不產(chǎn)生腐蝕性氣體等優(yōu)點(diǎn)，可以提高復(fù)合材料的阻燃性能，減少火災(zāi)的發(fā)生；二氧化鈦?zhàn)鳛樽钤玳_發(fā)的紫外屏蔽劑之一，具有原料資源豐富、價(jià)格便宜、對環(huán)境無毒無害且具有寬頻帶、強(qiáng)吸收的紫外吸收特性等優(yōu)點(diǎn)，在化妝品、汽車清漆、織物防曬等方面得到廣泛應(yīng)用。但是，由于二氧化鈦禁帶寬度較寬，不能吸收可見光的能量，使其在戶外使用過程中受到限制；氧化鋅與二氧化鈦具有相近的禁帶寬度，也具備優(yōu)良的紫外吸收性能，其阻隔長波紫外線(355nm~380 nm)的效果甚至優(yōu)于二氧化鈦，但是氧化鋅在短波范圍(330nm~355nm)內(nèi)的紫外吸收不強(qiáng)，且光穩(wěn)定性差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域技術(shù)，是針對增強(qiáng)PVC材料功能性進(jìn)行改進(jìn)的制備工藝，由于納米氫氧化鎂、氧化鋅與二氧化鈦粒子屬于無機(jī)化合物，與高分子化合物PVC潤濕性不好，在熔融的PVC液體中不易分散，團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，造成局部富集，從而使PVC復(fù)合材料的功能性不夠理想。本發(fā)明通過合理的工藝設(shè)計(jì)，采用原位嫁接聚合的方法將硅烷偶聯(lián)劑(KH-570)包覆在納米氫氧化鎂、氧化鋅與二氧化鈦粒子表面，有效地改善了納米粒子在PVC材料中的分散性，消除了納米粒子的富集現(xiàn)象，有效地提高了復(fù)合材料的抗紫外與阻燃性能。本發(fā)明的制備工藝是:納米增強(qiáng)體的制備；化學(xué)溶液法制備混雜型PVC功能復(fù)合材料。
[0007]本發(fā)明體積分?jǐn)?shù)配比:納米T12顆粒(20nm，分析純，Aladdin試劑)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6% ;納米ZnO顆粒(30nm，分析純，Aladdin試劑)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.8% ;納米Mg(OH)2顆粒(80nm，分析純，Aladdin試劑)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6% ;余量為聚氯乙烯(PVC，型號:SG5，標(biāo)準(zhǔn):GB/T5761-2006)。
[0008]本發(fā)明的制備工藝是:
I)納米增強(qiáng)體的制備
1.1)基體和增強(qiáng)體的計(jì)算與稱量；
首先將PVC稱量好，然后根據(jù)PVC的質(zhì)量計(jì)算并稱量納米氫氧化鎂、氧化鋅與二氧化鈦粒子，使得三種納米增強(qiáng)體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:納米打02為0.6% ;納米ZnO為1.8% ;納米Mg(OH)2S 0.6%。
[0009]1.2)三種納米粒子改性；
將稱量好的納米氫氧化鎂、氧化鋅與二氧化鈦粒子與硅烷偶聯(lián)劑(KH-570)混合到一起，磁力攪拌2h，使得三種納米粒子與硅烷偶聯(lián)劑(KH-570)初步混合，并使宏觀團(tuán)聚到一起的納米粒子進(jìn)行初步的分散。
[0010]1.3)超聲分散；
將混合后三種改性的納米粒子轉(zhuǎn)移到一大容量燒杯中，并加入適量的無水乙醇，至無水乙醇將納米粉末充分淹沒。在高剪切乳化機(jī)下充分混合20min，調(diào)節(jié)溶液PH=6，將得到的反應(yīng)液在60°C下水浴反應(yīng)2h，超聲分散60min。
[0011]1.4)烘干
對超聲處理后的溶液進(jìn)行離心分離并用乙醇反復(fù)清洗5次后，將納米粒子放入一立式烘箱中，溫度恒定80 0C，進(jìn)行干燥Ih。
[0012]2)化學(xué)溶液法制備混雜型PVC功能復(fù)合材料。
[0013]2.1)熔化 PVC;
將預(yù)先稱量好的稱取的PVC粉末，放入15ml環(huán)己酮中，在高剪切乳化機(jī)下充分混合20min，將得到的反應(yīng)液超聲分散60min，使PVC保持液態(tài)。
[0014]2.2)機(jī)械攪拌；
將攪拌器插入到PVC漿液中，開啟攪拌器，使其轉(zhuǎn)速控制在350r/min，此時(shí)在PVC液體表面產(chǎn)生一漩渦，將改性后的三種納米增強(qiáng)體緩慢的加入到漩渦中，使其隨漩渦卷入到PVC液體中，增強(qiáng)體完全加入后，再持續(xù)攪拌30min ； 2.3)超聲處理；
將一功率超聲發(fā)生器插入到PVC混合漿液中，開啟超聲波，持續(xù)超聲40min后，在60°C下水浴反應(yīng)2h。
[0015]2.4)成膜
超聲完畢后，將PVC混合漿液稍作冷卻，然后制得的漿液于平整干凈的玻璃板上成膜后取下。即制得混雜型PVC功能復(fù)合材料。
[0016]本發(fā)明一種適合高原環(huán)境抗紫外的PVC復(fù)合材料制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比較有如下有益效果:本發(fā)明通過合理的設(shè)計(jì)工藝制備了納米氫氧化鎂、氧化鋅與二氧化鈦粒子混雜三相增強(qiáng)的功能復(fù)合材料。改善了納米氫氧化鎂、氧化鋅與二氧化鈦粒子在制備過程中團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重的問題，提高了其在復(fù)合材料中的分散性，三種納米粒子在復(fù)合材料中起到了協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)，有效地提高了 PVC復(fù)合材料的抗紫外與阻燃性能。本發(fā)明方法將氧化鋅與二氧化鈦復(fù)合使用，可極大提高復(fù)合材料的抗紫外性能；本發(fā)明將納米氫氧化鎂、氧化鋅與二氧化鈦粒子三者有機(jī)地結(jié)合起來制備的PVC復(fù)合材料，優(yōu)化了 PVC的抗紫外能力、降低了老化速率，延長了使用壽命，增加了阻燃性能，降低了火災(zāi)的發(fā)生，最終提高了 PVC材料在青藏高原的外部環(huán)境適應(yīng)能力。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明一種適合高原環(huán)境抗紫外的PVC復(fù)合材料制備方法技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
[0018]本發(fā)明體積分?jǐn)?shù)配比:納米T12顆粒(20nm，分析純，Aladdin試劑)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6% ;納米ZnO顆粒(30nm，分析純，Aladdin試劑)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.8% ;納米Mg(OH)2顆粒(80nm，分析純，Aladdin試劑)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6% ;余量為聚氯乙烯(PVC，型號:SG5，標(biāo)準(zhǔn):GB/T5761-2006)。
[0019]本發(fā)明的制備工藝是:
I)納米增強(qiáng)體的制備
1.1)基體和增強(qiáng)體的計(jì)算與稱量；
首先將PVC稱量好，然后根據(jù)PVC的質(zhì)量計(jì)算并稱量納米氫氧化鎂、氧化鋅與二氧化鈦粒子，使得三種納米增強(qiáng)體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:納米打02為0.6% ;納米ZnO為1.8% ;納米Mg(OH)2S 0.6%。
[0020]1.2)三種納米粒子改性；
將稱量好的納米氫氧化鎂、氧化鋅與二氧化鈦粒子與硅烷偶聯(lián)劑(KH-570)混合到一起，磁力攪拌2h，使得三種納米粒子與硅烷偶聯(lián)劑(KH-570)初步混合，并使宏觀團(tuán)聚到一起的納米粒子進(jìn)行初步的分散。
[0021]1.3)超聲分散;
將混合后三種改性的納米粒子轉(zhuǎn)移到一大容量燒杯中，并加入適量的無水乙醇，至無水乙醇將納米粉末充分淹沒。在高剪切乳化機(jī)下充分混合20min，調(diào)節(jié)溶液PH=6，將得到的反應(yīng)液在60°C下水浴反應(yīng)2h，超聲分散60min。
[0022]1.4)烘干
對超聲處理后的溶液進(jìn)行離心分離并用乙醇反復(fù)清洗5次后，將納米粒子放入一立式烘箱中，溫度恒定80 0C，進(jìn)行干燥Ih。
[0023]2)化學(xué)溶液法制備混雜型PVC功能復(fù)合材料。
[0024]2.1)熔化 PVC ；
將預(yù)先稱量好的稱取的PVC粉末，放入15ml環(huán)己酮中，在高剪切乳化機(jī)下充分混合20min，將得到的反應(yīng)液超聲分散60min，使PVC保持液態(tài)。
[0025]2.2)機(jī)械攪拌；
將攪拌器插入到PVC漿液中，開啟攪拌器，使其轉(zhuǎn)速控制在350r/min，此時(shí)在PVC液體表面產(chǎn)生一漩渦，將改性后的三種納米增強(qiáng)體緩慢的加入到漩渦中，使其隨漩渦卷入到PVC液體中，增強(qiáng)體完全加入后，再持續(xù)攪拌30min ；
2.3)超聲處理；
將一功率超聲發(fā)生器插入到PVC混合漿液中，開啟超聲波，持續(xù)超聲40min后，在60°C下水浴反應(yīng)2h。
[0026]2.4)成膜
超聲完畢后，將PVC混合漿液稍作冷卻，然后制得的漿液于平整干凈的玻璃板上成膜后取下。即制得混雜型PVC功能復(fù)合材料。
[0027]本發(fā)明中制備的PVC功能材料的性能:
PVC的質(zhì)量分?jǐn)?shù):100%
最大拉應(yīng)力:18.72N/cm2
紫外透過率:68.4%
極限氧指數(shù):25.6%
本發(fā)明中制備的納米T12增強(qiáng)PVC功能復(fù)合材料的性能:
納米1102質(zhì)量分?jǐn)?shù): 3%
PVC的質(zhì)量分?jǐn)?shù):97%
最大拉應(yīng)力:22.26 N/cm2
紫外透過率:9.84%
極限氧指數(shù):26.2%
本發(fā)明中制備的納米Ti02/Zn0增強(qiáng)PVC功能復(fù)合材料的性能:
納米1102質(zhì)量分?jǐn)?shù): 0.75%
納米ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù): 2.25%
PVC的質(zhì)量分?jǐn)?shù):97%
最大拉應(yīng)力:26.70 N/cm2
紫外透過率:8.68%
極限氧指數(shù):27.4%
本發(fā)明中制備的納米T12/ 1%(0!1)2增強(qiáng)PVC功能復(fù)合材料的性能:
納米1102質(zhì)量分?jǐn)?shù):0.9%
納米Mg (OH) 2質(zhì)量分?jǐn)?shù):2.1%
PVC的質(zhì)量分?jǐn)?shù):97%
最大拉應(yīng)力:25.43 N/cm2
紫外透過率:9.06%極限氧指數(shù):30.2%
本發(fā)明中制備的多元納米PVC功能復(fù)合材料的性能:最大拉應(yīng)力:26.39 N/cm2
紫外透過率:8.94%
極限氧指數(shù):31.4%。
【權(quán)利要求】
1.一種適合高原環(huán)境抗紫外的復(fù)合材料制備方法，其特征在于所述的復(fù)合材料包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料配比:納米了102顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6% ；納米2=0顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.8% ；納米18(0?) 2顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6% ；余量為型號:％5，標(biāo)準(zhǔn)48/15761-2006的聚氯乙烯； 所述的復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟: 1)納米增強(qiáng)體的制備 1.1)基體和增強(qiáng)體的計(jì)算與稱量； 首先將稱量好，然后根據(jù)？的質(zhì)量計(jì)算并稱量納米氫氧化鎂、氧化鋅與二氧化鈦粒子，使得三種納米增強(qiáng)體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:納米1102為0.6% ；納米2=0為1.8% ；納米啦(0?) 2為 0.6% ； 1.2)三種納米粒子改性； 將稱量好的納米氫氧化鎂、氧化鋅與二氧化鈦粒子與硅烷偶聯(lián)劑(1(11-570)混合到一起，磁力攪拌2匕使得三種納米粒子與硅烷偶聯(lián)劑(1(11-570)初步混合，并使宏觀團(tuán)聚到一起的納米粒子進(jìn)行初步的分散； 1.3)超聲分散； 將混合后三種改性的納米粒子轉(zhuǎn)移到一大容量燒杯中，并加入適量的無水乙醇，至無水乙醇將納米粉末充分淹沒；在高剪切乳化機(jī)下充分混合20111111，調(diào)節(jié)溶液？訴6，將得到的反應(yīng)液在601:下水浴反應(yīng)211，超聲分散60111111 ； 1.4)烘干 對超聲處理后的溶液進(jìn)行離心分離并用乙醇反復(fù)清洗5次后，將納米粒子放入一立式烘箱中，溫度恒定801:，進(jìn)行干燥111 ； 2)化學(xué)溶液法制備混雜型功能復(fù)合材料: 2.1)熔化？乂?: 將預(yù)先稱量好的稱取的粉末，放入151111環(huán)己酮中，在高剪切乳化機(jī)下充分混合20111111,將得到的反應(yīng)液超聲分散60111111，使保持液態(tài)； 2.2)機(jī)械攪拌 將攪拌器插入到漿液中，開啟攪拌器，使其轉(zhuǎn)速控制在35017^111，此時(shí)在液體表面產(chǎn)生一漩渦，將改性后的三種納米增強(qiáng)體緩慢的加入到漩渦中，使其隨漩渦卷入到？乂0液體中，增強(qiáng)體完全加入后，再持續(xù)攪拌30111111 ； 2.3)超聲處理 將一功率超聲發(fā)生器插入到混合漿液中，開啟超聲波，持續(xù)超聲40111111后，在601下水浴反應(yīng)211 ； 2.4)成膜 超聲完畢后，將混合漿液稍作冷卻，然后制得的漿液于平整干凈的玻璃板上成膜后取下；即制得混雜型功能復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合高原環(huán)境抗紫外的復(fù)合材料制備方法，其特征在于:所述的納米了102為2011111，分析純，^18(1(1111試劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合高原環(huán)境抗紫外的復(fù)合材料制備方法，其特征在于:所述的納米2110顆粒為3011111，分析純，八13(1(1111試劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合高原環(huán)境抗紫外的復(fù)合材料制備方法，其特征在于:所述的納米啦(011)2顆粒為8011111，分析純，八13(1(1111試劑。
【文檔編號】C08J5/18GK104497435SQ201410647595
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月16日
【發(fā)明者】南輝, 李小松, 王剛, 韋浩民, 陳慧媛, 王沖 申請人:青海大學(xué)