[发明专利]纳米水滑石和纳米碳酸钙复合改性聚氯乙烯树脂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学工程技术领域，尤其涉及一种纳米水滑石和纳米碳酸钙复合改性聚氯乙烯树脂的制备方法。

背景技术

聚氯乙烯(PVC)具有综合力学性能良好、阻燃、耐化学腐蚀等特点，而且可随添加增塑剂含量的多少，得到硬质、半硬质和软质制品，满足不同使用要求。但PVC也存在热稳定性差、燃烧烟密度大、硬制品抗冲强度较低等缺点。由于PVC含有不稳定结构，在受热条件下易发生脱除氯化氢的连锁反应，会使材料发生不希望的颜色变化，并造成材料力学性能的下降，因此，在PVC加工中必要添加热稳定剂，如有机酸金属盐、有机锡化合物和碱式铅化合物等。PVC制品在燃烧时，会产生大量的烟雾，这与PVC在高温下脱除氯化氢、形成多烯及芳环结构有关。为了降低PVC燃烧时的烟密度，可以采用金属氧化物或有机钼类化合物对PVC进行改性，但采用前者容易造成PVC材料力学性能的下降，而采用后者的成本较高。PVC抗冲改性主要采用添加有机抗冲改性剂(如丙烯酸酯类、氯化聚乙烯等)的方法，它们的抗冲效果比较显著，但容易造成PVC制品拉伸强度的下降。

20世纪80年代以来蓬勃发展的纳米技术，为开发高性能的PVC材料提供了新的途径。PVC纳米复合材料正在成为一个新兴的研究领域，并吸引着越来越多的研究者。在PVC纳米复合材料的制备方面，纳米碳酸钙是使用较多的无机纳米材料，这主要是由于纳米碳酸钙价格较为低廉，而且当纳米碳酸钙在PVC基体中达到纳米尺度的分散时，可以在一定程度上提高PVC制品的力学性能。但单一使用纳米碳酸钙，PVC性能提高主要体现在抗冲强度方面。

纳米水滑石是一种新的无机纳米材料，其化学组成为：Mg²⁺_1-xAl³⁺_x(OH^-)₂A^n-_x/n·mH₂O，其中A^n-为n价阴离子。水滑石具有类似蒙脱土的层状结构，层板为带正电的双金属氢氧化物，层间为阴离子和结合水。水滑石的纳米层板在一定条件下可以剥离，形成剥离性纳米材料。另一方面，通过控制合成条件，也可直接合成纳米尺寸的水滑石粒子，与PVC复合时不经纳米层板的剥离就可制得PVC纳米复合材料。

由于纳米水滑石层间阴离子和金属氢氧化物层板能与PVC分解产生的氯化氢发生反应，消耗氯化氢，从而可对PVC起到热稳定作用。当纳米水滑石与有机锡、钙-锌复合或钡-锌复合等热稳定剂复合使用时，对PVC的热稳定具有良好的协同作用，显示出更佳的热稳定效果。纳米水滑石及其高温(如在PVC制品燃烧条件)分解形成的双金属氧化物还具有多孔结构，除能吸收PVC分解产生的氯化氢外，对PVC燃烧的其他挥发性物质也有吸附作用，因此能大大降低PVC制品的燃烧烟密度。因此，纳米水滑石是一种优良的、多功能的PVC改性剂。但是，目前商品化的纳米水滑石的价格较贵，在一定程度上限制了其在PVC纳米改性中的广泛应用。结合纳米水滑石对PVC的热稳定和抑烟作用，及纳米碳酸钙对PVC的抗冲改性作用，可望得到一种综合性能优良的PVC纳米复合材料，同时以价格较低的纳米碳酸钙与纳米水滑石复合改性PVC，有利于降低改性PVC树脂的生产成本，为工业化生产提供基础。

纳米水滑石和纳米碳酸钙水滑石容易团聚，同时与PVC的极性差异较大，在PVC中难以达到均匀的纳米尺度的分散，不能充分发挥两者对PVC的各自改性作用，因此有必要采用有效的PVC/无机纳米粒子复合方法，达到无机纳米粒子的均匀、低尺度分散，充分挥发各自对PVC的改性作用。

原位聚合是制备聚合物/无机纳米粒子复合材料的新方法，它是在(改性)纳米粒子存在，在反应器内进行单体的聚合，就地生成聚合物/无机纳米粒子复合材料。由于无机纳米粒子先在液相(单体或反应介质)中分散，分散介质的黏度小，分散手段多(超声、高速搅拌剪切等)，同时又可以利用聚合过程对团聚纳米粒子的分散作用，因此，采用原位聚合往往能达到比熔融加工更好的无机纳米粒子在聚合物中的分散效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米水滑石和纳米碳酸钙复合改性聚氯乙烯树脂的制备方法。

方法的步骤为：

(1)将1.0g纳米水滑石、1.0～5.0g纳米碳酸钙加入到含0.1～0.5g分散剂的10～50g去离子水中，在20～100℃下超声或高速剪切分散10～60min，得到纳米水滑石和纳米碳酸钙复合分散液；