[发明专利]聚氯乙烯制品用增强、增韧复合材料及制备方法

说明书

(一)技术领域：本发明涉及一种聚氯乙烯制品成型用增强、增韧复合材料及制备方法，是一种塑料成型用的功能性填料，是以无机粉料为基础，以改性剂对无机粉料表面改性，使无机粉料表面具有可与塑料长链分子发生交联或缠绕的活性基团，此活性基团，一方面与填料结合，另一方面与塑料分子发生物化作用而结为一体，从而起到增强、增韧作用，属于新型复合材料加工技术领域。

(二)背景技术：聚氯乙烯制品用无机填料(粉体)一般都存在着与有机高分子基团界面状况不同，相容性差，且有在塑料中难以分散的问题，只能作为制品的增容性材料，主要起降低聚氯乙烯制品的生产成本作用，添加量为5～8％，过多则严重影响制品的机械力学性能，为此，必须对无机粉体进行表面改性，解决无机粉体与改性剂的有关复合问题。

(三)发明内容

本发明针对聚氯乙烯塑料制品的性能与特点，选取一定晶体组成的无机粉体，对无机粉体进行表面改性；对改性剂种类及用量进行选择性复配。

本发明是由轻质碳酸钙为主的，粒径小于10μm的无机粉体和改性剂组成，无机粉体的晶体结构主要为片状、针柱状、纺锤状的组合体，改性剂由分散润滑剂，偶联剂和助剂组成；改性剂通过化学反应与无机粉体表面结合，在表面上形成可与塑料长链分子紧密结合的活性基团，无机粉料的组成为轻质碳酸钙70～100％(重量)，滑石粉或硅灰石为0～30％。无机粉料的粒径优选值小于6μm。分散润滑剂由硬脂酸和硬脂酸酯组成。偶联剂为硅烷类或钛酸酯类或铝酸酯类，助剂由(ACR)和(CPE)组成。改性剂的组成含量，以无机粉料为100％计，其中分散润滑剂百分比含量为0.5～2％，偶联剂百分比含量为0.2～1.0％，助剂百分比含量为1～4％。偶联剂如采用硅烷类为KH-550或KH-560，如采用钛酸酯类为TC-114或TC-F或TG-6或NDZ-311，如采用铝酸酯类为DL-411-A或DL-411-D。其制备方法有以下步骤：

(1)将配制好无机粉体置于高速捏合机中进行搅拌10～15分钟，其间加热至90～120℃；

(2)按重量百分比配制改性剂；

(3)将配制好的改性剂加入到高速捏合机中继续加热搅拌15～20分钟；改性剂中的硅烷类偶联剂KH-550在PH＝8～9条件下进行水解，KH-560在PH＝4～5条件下进行水解，用HCl、NH₄OH调节PH值，如用钛酸酯、铝酸酯为偶联剂采用乙醇、220号溶剂油以1∶1的比例稀释，也可直接加入，分散润滑剂和助剂可直接加入。

本发明的化学原理如下：

硅烷偶联剂化学通式为RSiX₃，X为可水解的烷氧基，R为有机基团，硅烷先水解生成硅醇RSi(OH)₃，其-OH的脱离使硅烷分子形成空价键，与无机粉体表面中的羟基(-OH)、游离质子经加热搅拌获取能量发生化学反应而复合；铝酸酯偶联剂，则通过Al(OH)₃基团的缩合作用与无机粉体羟基化的表面形成共价键联合；钛酸酯偶联剂(ROS)-Ti-(OX-R-Y)，通过和Ti相联接的偶联无机相(ROS)的脱离空价键，与无机粉体表面的-OH、游离质子发生化学反应形成共价键而结合。而硬脂酸对轻质碳酸钙、滑石及硅灰石的分散改性则表现为：硬脂酸中的有机基RCOO-和碳酸钙中的钙离子，滑石及硅灰石中的钙、镁、铝离子形成脂肪酸盐沉淀，此沉淀物包覆于碳酸钙等表面。其反应过程表现为：脂肪酸根RCOO-离子从脂肪酸液相主体中迁移到碳酸钙粒子附近或与Ca离子反应生成难溶盐前驱体；脂肪酸根RCOO-离子和裸露在碳酸钙粒子外面的Ca离子反应生成难溶盐，同时液相主体中的难溶盐前驱体迁移到碳酸钙粒子表面；难溶盐在碳酸钙粒子表面成核并生长，把碳酸钙粒子包裹起来形成结合状态。

本发明的优点是：

用本方法制备的PVC复合材料，填充聚乙烯型材制品中，与未改性的相同粒度级别的物料比较，补强效果提高80％、增韧效果提高60％。添加量可由原来的5～8份增加到15～20份，加工性和流动性显著提高，其它物理及机械力学性能保持不变。PVC制品的成本降低500～1000元/吨。

(四)具体实施方式

以下为本发明的实施例：

例1：填充PVC管材的复合材料