[发明专利]聚氯乙烯/丁腈橡胶/层状硅酸盐纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种聚氯乙烯/丁腈橡胶/层状硅酸盐纳米复合材料及其制备方法。

技术背景：

目前煤矿、油田、天然气及矿山井下用的排水、通风、压风、抽放瓦斯用的管材、管件及托辊辊体主要以钢材和通过改性的具有阻燃抗静电的PE和PVC材料为主。由于上述环境恶劣，有的湿度达到90％以上，在这些材料中，钢材由于存在不耐腐蚀、容易生锈、重量大、搬运困难、使用成本高的缺点，PE材料由于存在耐磨、导热性和强度不高的缺点，导致使用寿命短，易燃(不利于煤矿安全)，同时，相同管径的壁厚比PVC厚1/4成本高，单位重量大；更重要的是原材料贵，生产成本高，每生产1吨PE材料需要耗费7-8吨石油，不利于战略资源的节能、降耗；PVC材料由于存在韧性不好，低温下(-20C°)容易发脆、断裂的缺点，同样影响了它的使用寿命，并且使用环境受温度制约。

目前，改性PE材料和PVC材料是煤矿、油田、天然气及矿山领域用材的重点研究发展方向，在以往的研究开发成果中，如专利号为ZL03116693.8的“层状纳米硅酸盐/球形纳米粒子共同协同改性聚氯乙烯复合材料及其制备方法”、ZL00122333.X的“纳米粒子增韧增塑聚氯乙烯的制备方法”和ZL200710069856.4的“纳米滑石和纳米碳酸钙复合改性PVC树脂的制备方法”，以及国外采用丁腈橡胶与聚氯乙烯混合、纳米层状硅酸盐于聚氯乙烯混合的研究，是通过单一的纳米硅酸盐、纳米滑石和纳米碳酸钙改性PVC尽管提高了PVC的强度，但韧性又得不到提高，使PVC材料更容易变脆、干裂；而通过丁腈橡胶改性PVC，尽管韧性有了很大的提高，但又影响了PVC的强度。

发明内容：

为了解决上述问题，使本发明的聚氯乙烯/丁腈橡胶/层状硅酸盐纳米复合材料既能达到PE材料的韧性，又能达到PVC材料的强度，本发明利用丁腈橡胶的韧性优势和纳米层状硅酸盐的刚性优势来共同改性PVC，并且制备了一种新的聚氯乙烯/丁腈橡胶/层状硅酸盐纳米复合材料；这种新复合材料可制成管材、管件和托辊辊体。

这种复合管材主要以聚氯乙烯树脂为基材，通过加入一定比例的丁腈橡胶粉、纳米层状硅酸盐、导电炭黑、轻质碳酸钙、润滑剂及增塑剂、加热复合稳定剂提高PVC的物理性能，最终使使用此复合材料制成的管材、管件和托辊辊体的拉伸强度、耐压性、压扁平性、耐磨性和不破坏纵向尺寸变化率得到了成倍的提高，具体原料重量份组成为：

名称               分量(公斤)

PVC                100

纳米层状硅酸盐     4-20

丁腈橡胶粉         6-20

轻质碳酸钙         1-9

导电炭黑           1-12

增塑剂             1-10

润滑剂             8

加热稳定剂         2-12

以聚氯乙烯树脂为基础材料，由于层状纳米硅酸盐具有很好的刚性和分散性，通过加入它可显著提高PVC的强度和PVC与丁腈橡胶的分散度；由于丁腈橡胶粉具有优异的抗拉、抗压、抗冲性能，通过加入它可显著提高复合材料的拉伸强度、纵向尺寸变化率和抗冲击性能；通过加入轻质碳酸钙可进一步提高PVC的强度；通过加入导电炭黑提高PVC的抗静电性；通过加入增塑剂提高PVC的塑性；通过加入润滑剂提高挤出性能；通过加入加热复合稳定剂提高加热和挤出过程中稳定性。

上述材料聚氯乙烯树脂为齐鲁石化公司生产，为白色粉状物；纳米层状硅酸盐为淄博市周村石油化工厂生产，为粒目大于300的白色粉状物；丁腈橡胶粉为南京盛东化工有限公司生产，为白色粉状物质；轻质碳酸钙为南京欧米亚公司生产，为白色800目以上的粉状物；导电炭黑为临淄华光化工厂生产，为黑色粉状物；润滑剂为青岛红星化工厂生产，其中包括全为白色颗粒状的硬脂酸、硬脂酸钡和硬脂酸钙；增塑剂为山东齐鲁增塑剂股份有限公司生产，为棕色液体；加热复合稳定剂为日本中渊公司生产，为白色粉状物。

上述原材料除丁腈橡胶粉外称量混合，混合后经高速捏合机捏合，捏合温度为110℃～125℃，然后将捏合后的材料放入冷混机冷混，并在冷混时加入称量的丁腈橡胶粉，冷混至低于40℃后放料，再用挤出机挤塑或多层共挤成型，最终制成管材、管件和托辊辊体。

本发明所述的聚氯乙烯/丁腈橡胶/层状硅酸盐纳米复合材料具有如下效果和优点：