一種低溫增韌pvc排水管材料及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種低溫增韌PVC排水管材料及其制備方法和應用，所述PVC排水管材料通過如下制備方法制得：通過乳液聚合法以納米二氧化硅與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物為原料制備具有核殼結構的復合改性粒子；然后將所述復合改性粒子與PVC熔融共混，制備得到三元納米復合材料；本發明通過選用特定的納米粒子與彈性體有機結合，形成以納米二氧化硅為核、以ABS為殼的核殼結構復合改性粒子，然后將復合改性粒子與PVC樹脂熔融共混，使復合改性粒子在PVC基體中良好分散，進而對PVC進行增韌增強改性。
【專利說明】—種低溫增韌PVC排水管材料及其制備方法和應用

【技術領域】
[0001]本發明涉及塑料管材【技術領域】，尤其涉及一種低溫增韌PVC排水管材料及其制備方法和應用。

【背景技術】
[0002]PVC-U排水管中所用原料聚氯乙烯(PVC)是綜合性能優良、價格低廉且原材料來源廣泛的通用塑料品種，其產量和用量僅次于聚乙烯，已在各個領域獲得了廣泛的應用。但是PVC也存在一些性能的缺陷或不足，其中脆性是PVC塑料的最大缺點之一。硬質PVC塑料在常溫下韌性差，沖擊強度低，在低溫下韌性更差，降低溫度時迅速變硬變脆，受沖擊時極易脆裂，這就限制了 PVC材料作為結構材料的應用及在低溫環境中的應用。因此，改進PVC的低溫韌性具有重要經濟和社會意義。


【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供一種低溫增韌PVC排水管材料，通過選用納米二氧化硅與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物有機結合，形成以二氧化硅為核、以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物為殼的核殼結構復合改性粒子，并采用此復合改性粒子對PVC進行改性，從而實現對PVC進行增韌增強改性。
[0004]本發明的另一目的在于提供上述PVC管材料的制備方法。
[0005]本發明的另一目的在于提供上述PVC管材料在制備PVC排水管中的應用。
[0006]本發明的另一目的在于提供上述PVC管材料制備所得的PVC排水管。
[0007]為實現上述目的，本發明通過如下技術方案予以實現:
一種低溫增韌PVC排水管材料，所述PVC排水管材料通過如下制備方法制得:
通過乳液聚合法以納米二氧化硅與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物為原料制備具有核殼結構的復合改性粒子；然后將所述復合改性粒子與PVC熔融共混，制備得到三元納米復合材料；
其中，所述納米二氧化硅與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的質量配比為10: I~4;所述復合改性粒子與PVC的質量配比為4~6:100。
[0008]本發明通過選用納米二氧化硅與ABS有機結合，形成以納米二氧化硅為核、以ABS為殼的核殼結構復合改性粒子，然后將復合改性粒子與PVC熔融共混，使核殼結構的復合改性粒子在PVC基體中良好分散，進而對PVC進行增韌增強改性。
[0009]優選地，所述納米二氧化硅首先經有機改性劑改性后再和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物制備復合改性粒子。
[0010]通過有機改性劑對納米二氧化硅進行處理后，納米二氧化硅表面的羥基數減少，分散性能好，減少了納米二氧化硅的團聚，這有利于后續步驟中納米二氧化硅與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的充分混合。
[0011]優選地，納米二氧化硅經有機改性劑改性的具體操作方法為:將納米二氧化硅與有機改性劑在30~120°C內攪拌均勻；然后加熱至50~120°C并進行持續固相攪拌O~1min ;冷卻即得復合改性粒子。
[0012]進一步優選地，所述有機改性劑為硅烷偶聯劑KH-550，本發明中的有機改性劑的用量可參考現有技術中的常規用量。
[0013]優選地，步驟SI中所述納米二氧化硅與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的質量配比為10:3。
[0014]優選地，步驟S3中所述復合改性粒子與PVC的質量配比為5: 100。
[0015]本發明提供的乳液聚合法具體包括如下步驟:
稱取納米二氧化硅適量置于冷凝裝置的反應器中，加入適量去離子水，攪拌均勻，然后加入乳化劑、ABS，加熱至80~95°C并攪拌分散均勻，加入引發劑，在80~95°C溫度反應2~5h，持續攪拌，反應結束后冷卻至室溫，即得到以納米二氧化硅為核以ABS為殼的復合改性粒子。
[0016]與現有技術相比，本發明通過粒子的結構設計，形成以納米二氧化硅為核、以ABS為殼的核殼結構粒子，對PVC進行增韌增強。復合改性粒子兼具納米二氧化硅和ABS增韌PVC的優點，與單純的納米二氧化硅增韌PVC相比，由于殼層為ABS，因此與PVC的相容性更好；與簡單的納米二氧化硅、ABS、PVC共混形成的三元復合材料相比，由于形成了復合改性粒子后再用于PVC的增韌，更有利于復合改性粒子的分散，故采用本發明的復合改性粒子的PVC排水管材料的耐低溫韌性得到了顯著的增強，本發明在保護PVC原有寶貴性能的同時，有效地提高了 PVC排水管材料的韌性。

【具體實施方式】
[0017]下面結合具體實施例對本發明作進一步的解釋說明，但具體實施例并不對本發明作任何限定。除非特別說明，實施例中所涉及的試劑、方法均為本領域常用的試劑和方法。
[0018]實施例1
使用100重量份納米二氧化硅與1.5重量份硅烷偶聯劑KH-550在30°C攪拌均勻，得混合物備用；將得到的混合物加熱至50°C并進行固相攪拌lmin，然后冷卻到常溫即得到改性納米二氧化硅；將100重量份的改性納米二氧化硅與10重量份的ABS采用乳液聚合法，制備出形成以納米二氧化硅為核、以ABS為殼的核殼結構復合改性粒子，具體操作步驟為:將上述經改性后的納米二氧化硅置于冷凝裝置的反應器中，加入去離子水，攪拌均勻，然后加入乳化劑、ABS，加熱至80°C并攪拌分散均勻，加入常規引發劑，在80°C溫度反應2h，持續攪拌，反應結束后冷卻至室溫，即得到以納米二氧化硅為核以ABS為殼的復合改性粒子。
[0019]然后將4重量份復合改性粒子與100重量份PVC熔融共混，使復合改性粒子在PVC基體中良好分散，從而制備出高性能的三元納米復合材料。
[0020]將上述高性能的三元納米復合材料經雙螺桿擠出機熔融共混和成型，再經冷卻定型制得具有高效低溫增韌性能的PVC排水管材。
[0021]實施例2
使用100重量份納米二氧化硅與2重量份硅烷偶聯劑KH-550在50°C攪拌均勻，得混合物備用；將得到的混合物加熱至70°C并進行固相攪拌4min，然后冷卻到常溫即得到改性納米二氧化硅；將100重量份的改性納米二氧化硅與15重量份的ABS采用乳液聚合法，制備出形成以納米二氧化硅為核、以ABS為殼的核殼結構復合改性粒子，具體操作步驟為:將上述經改性后的納米二氧化硅置于冷凝裝置的反應器中，加入去離子水，攪拌均勻，然后加入乳化劑、ABS，加熱至85°C并攪拌分散均勻，加入常規引發劑，在85°C溫度反應3h，持續攪拌，反應結束后冷卻至室溫，即得到以納米二氧化硅為核以ABS為殼的復合改性粒子。
[0022]然后將5重量份復合改性粒子與100重量份PVC熔融共混，使復合改性粒子在PVC基體中良好分散，從而制備出高性能的三元納米復合材料。
[0023]將上述高性能的三元納米復合材料經雙螺桿擠出機熔融共混和成型，再經冷卻定型制得具有高效低溫增韌性能的PVC排水管材。
[0024]實施例3
使用100重量份納米二氧化硅與2.5重量份硅烷偶聯劑KH-550在70°C攪拌均勻，得混合物備用；將得到的混合物加熱至90°C并進行固相攪拌5min，然后冷卻到常溫即得到改性納米二氧化硅；將100重量份的改性納米二氧化硅與20重量份的ABS采用乳液聚合法，制備出形成以納米二氧化硅為核、以ABS為殼的核殼結構復合改性粒子，具體操作步驟為:將上述經改性后的納米二氧化硅置于冷凝裝置的反應器中，加入去離子水，攪拌均勻，然后加入乳化劑、ABS，加熱至90°C并攪拌分散均勻，加入常規引發劑，在90°C溫度反應3h，持續攪拌，反應結束后冷卻至室溫，即得到以納米二氧化硅為核以ABS為殼的復合改性粒子。
[0025]然后將6重量份復合改性粒子與100重量份PVC熔融共混，使復合改性粒子在PVC基體中良好分散，從而制備出高性能的三元納米復合材料。
[0026]將上述高性能的三元納米復合材料經雙螺桿擠出機熔融共混和成型，再經冷卻定型制得具有高效低溫增韌性能的PVC排水管材。
[0027]實施例4
使用100重量份納米二氧化硅與3.0重量份硅烷偶聯劑KH-550在100°C攪拌均勻，得混合物備用；將得到的混合物加熱至100°C并進行固相攪拌8min，然后冷卻到常溫即得到改性納米二氧化硅；將100重量份的改性納米二氧化硅與30重量份的ABS采用乳液聚合法，制備出形成以納米二氧化硅為核、以ABS為殼的核殼結構復合改性粒子，具體操作步驟為:將上述經改性后的納米二氧化硅置于冷凝裝置的反應器中，加入去離子水，攪拌均勻，然后加入乳化劑、ABS，加熱至95°C并攪拌分散均勻，加入常規引發劑，在95°C溫度反應4h，持續攪拌，反應結束后冷卻至室溫，即得到以納米二氧化硅為核以ABS為殼的復合改性粒子。
[0028]然后將5重量份復合改性粒子與100重量份PVC熔融共混，使復合改性粒子在PVC基體中良好分散，從而制備出高性能的三元納米復合材料。
[0029]將上述高性能的三元納米復合材料經雙螺桿擠出機熔融共混和成型，再經冷卻定型制得具有高效低溫增韌性能的PVC排水管材。
[0030]實施例5
使用100重量份納米二氧化硅與3.5重量份硅烷偶聯劑KH-550在120°C攪拌均勻，得混合物備用；將得到的混合物加熱至120°C并進行固相攪拌lOmin，然后冷卻到常溫即得到改性納米二氧化硅；將100重量份的改性納米二氧化硅與40重量份的ABS采用乳液聚合法，制備出形成以納米二氧化硅為核、以ABS為殼的核殼結構復合改性粒子，具體操作步驟為:將上述經改性后的納米二氧化硅置于冷凝裝置的反應器中，加入去離子水，攪拌均勻，然后加入乳化劑、ABS，加熱至90°C并攪拌分散均勻，加入常規引發劑，在90°C溫度反應5h，持續攪拌，反應結束后冷卻至室溫，即得到以納米二氧化硅為核以ABS為殼的復合改性粒子。
[0031 ] 然后將6重量份復合改性粒子與100重量份PVC熔融共混，使復合改性粒子在PVC基體中良好分散，從而制備出高性能的三元納米復合材料。
[0032]將上述高性能的三元納米復合材料經雙螺桿擠出機熔融共混和成型，再經冷卻定型制得具有高效低溫增韌性能的PVC排水管材。
[0033]對比例I
使用100重量份納米二氧化硅、1.5重量份的硅烷偶聯劑KH-550、10重量份的ABS共混形成混合物，備用；將5重量份的上述混合物與100重量份PVC熔融共混，制備高性能的三元納米復合材料；
將上述三元納米復合材料經雙螺桿擠出機熔融共混和成型，再經冷卻定型制得PVC排水管材。
[0034]對比例2
使用100重量份納米二氧化硅與3重量份硅烷偶聯劑KH-550在100°C攪拌均勻，得混合物備用；將得到的混合物加熱至100°C并進行固相攪拌8min，然后冷卻到常溫即得到改性納米二氧化硅；將100重量份的改性納米二氧化硅與30重量份的氯化聚乙烯(CPE)采用乳液聚合法，制備出形成以納米二氧化硅為核、以ABS為殼的核殼結構復合改性粒子，具體操作步驟為:將上述經改性后的納米二氧化硅置于冷凝裝置的反應器中，加入去離子水，攪拌均勻，然后加入乳化劑、CPE，加熱至95°C并攪拌分散均勻，加入常規引發劑，在95°C溫度反應5h，持續攪拌，反應結束后冷卻至室溫，即得到以納米二氧化硅為核以CPE為殼的復合改性粒子。
[0035]然后將5重量份復合改性粒子與100重量份PVC熔融共混，使復合改性粒子在PVC基體中良好分散，從而制備出高性能的三元納米復合材料。
[0036]將上述高性能的三元納米復合材料經雙螺桿擠出機熔融共混和成型，再經冷卻定型制得具有高效低溫增韌性能的PVC排水管材。
[0037]對比例3
使用100重量份納米碳酸鈣與3.5重量份硅烷偶聯劑KH-550在120°C攪拌均勻，得混合物備用；將得到的混合物加熱至120°C并進行固相攪拌lOmin，然后冷卻到常溫即得到改性納米碳酸鈣；將100重量份的改性納米碳酸鈣與40重量份的ABS采用乳液聚合法，制備出形成以納米碳酸鈣為核、以ABS為殼的核殼結構復合改性粒子，具體操作步驟為:將上述經改性后的納米碳酸鈣置于冷凝裝置的反應器中，加入去離子水，攪拌均勻，然后加入乳化劑、ABS，加熱至85°C并攪拌分散均勻，加入常規引發劑，在85°C溫度反應3h，持續攪拌，反應結束后冷卻至室溫，即得到以納米碳酸鈣為核以ABS為殼的復合改性粒子。
[0038]然后將6重量份復合改性粒子與100重量份PVC熔融共混，使復合改性粒子在PVC基體中良好分散，從而制備出高性能的三元納米復合材料。
[0039] 將上述高性能的三元納米復合材料經雙螺桿擠出機熔融共混和成型，再經冷卻定型制得具有高效低溫增韌性能的PVC排水管材。
[0040]將實施例1~5與對比例I~3制備所得的PVC排水管材進行韌性測試，測試結果見下表1。
[0041]本發明的各實施例與對比例中制備得到的PVC管力學性能按照如下測定方法進行測定:
拉伸強度，按GB/T8804.2-2003標準進行測試；
斷裂伸長率，按GB/T5836-1996標準進行測試；
低溫沖擊強度，按GB/T13525-1992標準進行測試；
常溫沖擊強度，按GB/T13525-1992標準進行測試。
[0042]表1

【權利要求】
1.一種低溫增韌PVC排水管材料，其特征在于，所述PVC排水管材料通過如下制備方法制得: 通過乳液聚合法以納米二氧化硅與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物為原料制備具有核殼結構的復合改性粒子；然后將所述復合改性粒子與PVC熔融共混，制備得到三元納米復合材料； 其中，所述納米二氧化硅與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的質量配比為10: I~4;所述復合改性粒子與PVC的質量配比為4~6:100。
2.根據權利要求1所述的低溫增韌PVC排水管材料，其特征在于，所述納米二氧化硅首先經有機改性劑改性后再和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物制備復合改性粒子。
3.根據權利要求2所述的低溫增韌PVC排水管材料，其特征在于，納米二氧化硅經有機改性劑改性的操作方法為:將納米二氧化硅與有機改性劑在30~120°C內攪拌均勻；然后加熱至50~120°C并進行持續固相攪拌O~1min ;冷卻即得復合改性粒子。
4.根據權利要求1所述的低溫增韌PVC排水管材料，其特征在于，所述有機改性劑為硅燒偶聯劑。
5.根據權利要求1所述的低溫增韌PVC排水管材料，其特征在于，所述納米二氧化硅與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的質量配比為10:3。
6.根據權利要求1所述的低溫增韌PVC排水管材料，其特征在于，所述復合改性粒子與PVC的質量配比為5: 100。
7.權利要求1~6任一權利要求所述的低溫增韌PVC排水管材料的制備方法，其特征在于，所述乳液聚合法包括如下步驟: S1:稱取納米二氧化硅置于冷凝裝置的反應器中，加入去離子水，攪拌均勻； S2:向上述混合液中加入乳化劑、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，加熱至80~95°C并攪拌分散均勻，得混合液備用； S3:向步驟S2的混合液中加入引發劑，在80~95°C溫度反應2~5h，持續攪拌，反應結束后冷卻，即得到以納米二氧化硅為核以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物為殼的復合改性粒子。
8.權利要求1~6任一權利要求所述的低溫增韌PVC排水管材料在制備PVC排水管中的應用。
9.權利要求1~6任一權利要求所述的低溫增韌PVC排水管材料制備所得的PVC排水管。
【文檔編號】C08L55/02GK104130526SQ201410373038
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】代營偉, 李錦松 申請人:河南聯塑實業有限公司