一种塑钢型材及其制备方法与流程

本发明实施例涉及塑钢型材的材料领域，具体涉及一种塑钢型材及其制备方法。

背景技术：

塑钢型材是用于制作门窗使用的pvc型材，由于其物理性能，如刚性、弹性、耐腐蚀和抗老化等性能相对较好，因而，其越来越被广泛地用于金属材料的替代品。

然而，在实际使用过程中，现有的塑钢型材在使用过程中，由于其本身是以pvc材料作为基材，因此，在很多情况下仍然会出现强度和韧性较差，且抗老化性能相对较差，在长期使用过程中容易出现发脆和易变黄等问题，从而导致其使用周期相对较短，更换成本更是相对更高。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种塑钢型材及其制备方法，通过结合其本身特性，在其中引入气相二氧化硅和钙质填充剂，进一步提高其表面硬度、韧性、光洁度和抗老化等性能，大大提高了产品的使用周期。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

在本发明实施例的一个方面，提供了一种塑钢型材，包括pvc树脂粉、气相二氧化硅、钙质填充剂、环保稳定剂、润滑剂和其它加工助剂；且，

所述气相二氧化硅的粒径为纳米级。

作为本发明的一种优选方案，所述气相二氧化硅为采用硬脂酸和醇类改性后的气相二氧化硅。

作为本发明的一种优选方案，所述pvc树脂粉的含量为50～80重量份，所述气相二氧化硅的含量为3～10重量份，所述钙质填充剂的含量为25～100重量份，所述环保稳定剂的含量为3～8重量份，所述润滑剂的含量为1～3重量份，所述其它加工助剂的含量为1～4重量份；且，

所述环保稳定剂为钙锌稳定剂和/或有机锡稳定剂；

所述润滑剂为聚乙烯蜡和/或硬脂酸；

所述其它加工助剂选自双甲酯、二辛脂和苯乙烯中的一种或多种。

本发明还提供了一种塑钢型材的制备方法，包括：

s100、将pvc树脂粉、气相二氧化硅、钙质填充剂、环保稳定剂、润滑剂和其它加工助剂加热混合后冷却至温度为50～65℃，得到预混料；

s200、将所述预混料加热至140～200℃后挤出成型，得到塑钢型材。

作为本发明的一种优选方案，所述气相二氧化硅的制备方法包括：

s101、在ph值为8～10，温度为40～50℃，且精氨酸存在的条件下，将正硅酸四乙酯加入水中振荡混合，得到第一混合液；

s102、将所述第一混合液置于温度为60～70℃的水浴条件下，向其中继续加入正硅酸四乙酯后，持续向所述第一混合液中底吹nh3进行混合，得到第二混合液；

s103、向所述第二混合液中加入水杨酸调节至ph值为5～6，在温度为60～70℃的水浴条件下，向其中继续加入正硅酸四乙酯后振荡混合，得到第三混合液；

s104、向第三混合液中加入硅烷偶联剂混合后，经浓缩干燥，得到气相二氧化硅。

作为本发明的一种优选方案，步骤s104还包括：

s1041、将得到的气相二氧化硅在温度为120～150℃的真空条件下预活化3～5h后，得到活化的气相二氧化硅；

s1042、向活化的气相二氧化硅中加入石油醚振荡混合，调节ph值为5～6后，向其中加入硬脂酸和醇类加热并搅拌回流，抽滤，将滤渣干燥后，得到改性的气相二氧化硅。

作为本发明的一种优选方案，步骤s102中底吹nh3具体包括：

s1021、一次底吹：向所述第一混合液置于反应釜中底吹nh3进行混合10～20min后停止底吹，向反应釜中加压至压强为2～3个大气压，保持20～30min；

s1022、继续向所述第一混合液中底吹nh3进行混合5～10min后，释放反应釜中压力至压强为常压，得到第二混合液。

作为本发明的一种优选方案，步骤s1042中硬脂酸和醇类的加入过程包括：先于温度为50～60℃的条件下加入醇类搅拌混合后，再向其中加入硬脂酸后，以0.2～0.5℃/min的升温速率升温至70～80℃后，恒温加热搅拌8～12h。

作为本发明的一种优选方案，步骤s200中，挤出过程的挤出机机筒温度145～200℃，模具温度150～205℃，主机转速10～15转/min，喂料转速10～20转/min。

本发明的实施方式具有如下优点：

通过气相二氧化硅和钙质填充剂的协同引入，钙质填充剂能够对气相二氧化硅的三维孔隙中进行相应的填充，使得pvc树脂材料分支与气相二氧化硅分子之间形成桥接效果，保证了整个塑钢材料的结构稳定性，同时，孔隙中得到有效的充填，也进一步提高了整个塑钢材料的硬度和强度等理化性能，对外界环境的腐蚀和老化也具有更好地补强效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的塑钢型材的制备方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的气相二氧化硅的制备方法的流程图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种塑钢型材，包括pvc树脂粉、气相二氧化硅、钙质填充剂、环保稳定剂、润滑剂和其它加工助剂；且，

所述气相二氧化硅的粒径为纳米级。

一种优选的实施例中，所述气相二氧化硅为采用硬脂酸和醇类改性后的气相二氧化硅。

进一步优选的实施例中，所述pvc树脂粉的含量为50～80重量份，所述气相二氧化硅的含量为3～10重量份，所述钙质填充剂的含量为25～100重量份，所述环保稳定剂的含量为3～8重量份，所述润滑剂的含量为1～3重量份，所述其它加工助剂的含量为1～4重量份；且，

所述环保稳定剂为钙锌稳定剂和/或有机锡稳定剂；

所述润滑剂为聚乙烯蜡和/或硬脂酸；

所述其它加工助剂选自双甲酯、二辛脂和苯乙烯中的一种或多种。

如图1所示，本发明还提供了一种塑钢型材的制备方法，包括：

s100、将pvc树脂粉、气相二氧化硅、钙质填充剂、环保稳定剂、润滑剂和其它加工助剂加热混合后冷却至温度为50～65℃，得到预混料；

s200、将所述预混料加热至140～200℃后挤出成型，得到塑钢型材。

当然，步骤s100中加热温度可以进一步选择为100～115℃。

在本发明的一种优选的实施例中，为了更好地提高制得的气相二氧化硅的孔道的均匀性和分散性，如图2所示，所述气相二氧化硅的制备方法包括：

s101、在ph值为8～10，温度为40～50℃，且精氨酸存在的条件下，将正硅酸四乙酯加入水中振荡混合，得到第一混合液；

s102、将所述第一混合液置于温度为60～70℃的水浴条件下，向其中继续加入正硅酸四乙酯后，持续向所述第一混合液中底吹nh3进行混合，得到第二混合液；

s103、向所述第二混合液中加入水杨酸调节至ph值为5～6，在温度为60～70℃的水浴条件下，向其中继续加入正硅酸四乙酯后振荡混合，得到第三混合液；

s104、向第三混合液中加入硅烷偶联剂混合后，经浓缩干燥，得到气相二氧化硅。

通过精氨酸的催化，使得正硅酸四乙酯在水中进行初步水解，再于60～70℃的水浴条件继续加入正硅酸四乙酯进行二次水解后，向其中吹入nh3，不仅能够起到一定的混匀作用，且nh3的存在能够进一步加速其水解，并形成均匀且丰富的孔道结构，在此基础上在通过酸性环境，结合水杨酸作为催化剂，进一步将孔道结构进行延伸，形成更为立体的三维结构。当然，步骤s101、s102和s103每次的正硅酸四乙酯的加入量可以呈递减趋势，且递减比例为1：0.2-0.3：0.1-0.2。

一种更为优选的实施例中，为了实现既能够进一步提高气相二氧化硅的疏水性能，避免出现团聚，提高其比表面积，又能够提高孔道的稳定性，进一步提高其与pvc树脂粉等材料的相容性，提高二者的结合力，进一步保证强度等理化性能的提高，步骤s104还包括：

s1041、将得到的气相二氧化硅在温度为120～150℃的真空条件下预活化3～5h后，得到活化的气相二氧化硅；

s1042、向活化的气相二氧化硅中加入石油醚振荡混合，调节ph值为5～6后，向其中加入硬脂酸和醇类加热并搅拌回流，抽滤，将滤渣干燥后，得到改性的气相二氧化硅。

进一步优选的实施例中，步骤s102中底吹nh3具体包括：

s1021、一次底吹：向所述第一混合液置于反应釜中底吹nh3进行混合10～20min后停止底吹，向反应釜中加压至压强为2～3个大气压，保持20～30min；

s1022、继续向所述第一混合液中底吹nh3进行混合5～10min后，释放反应釜中压力至压强为常压，得到第二混合液。

在本发明的一种更为优选的实施例中，步骤s1042中硬脂酸和醇类的加入过程包括：先于温度为50～60℃的条件下加入醇类搅拌混合后，再向其中加入硬脂酸后，以0.2～0.5℃/min的升温速率升温至70～80℃后，恒温加热搅拌8～12h。当然，这里的醇类可以选用任意合适的醇类，进一步地，这里的醇类可以选择为烷基数量不小于10的一元醇类。

进一步优选的实施例中，步骤s200中，挤出过程的挤出机机筒温度145～200℃，模具温度150～205℃，主机转速10～15转/min，喂料转速10～20转/min。

进一步地，还可以对挤出后的木塑材料经模具成型后冷却定型，并进行后续的牵引和切割等操作。在切割后还可对其进行后期工艺处理，当然，这里的后期工艺处理包括但不限于转印、吸塑、uv。

以下通过具体实施例进行进一步的说明。这里的钙质填充剂选用的为轻质碳酸钙。

在不作说明的情况下，改性的气相二氧化硅为通过以下步骤制得：

在温度为50℃的条件下，向水中加入精氨酸调节至ph值为9左右，将正硅酸四乙酯加入调节后的水(固液重量比为1:6)中振荡混合，得到第一混合液；

将所述第一混合液置于温度为60℃的水浴条件下，向其中继续加入正硅酸四乙酯(固液重量比为0.2:7)后，向所述第一混合液置于反应釜中底吹nh3进行混合15min后停止底吹，向反应釜中加压至压强为3个大气压，保持30min；继续向所述第一混合液中底吹nh3进行混合10min后，释放反应釜中压力至压强为常压(常规条件下的一个大气压)，得到第二混合液；

向所述第二混合液中加入水杨酸调节至ph值为5～6，在温度为70℃的水浴条件下，向其中继续加入正硅酸四乙酯(固液重量比为0.1:7.2)后振荡混合，得到第三混合液；

向第三混合液中加入kh550硅烷偶联剂混合后，经浓缩干燥，得到气相二氧化硅；

将得到的气相二氧化硅在温度为150℃的真空条件下预活化3h后，得到活化的气相二氧化硅；

向活化的气相二氧化硅中加入石油醚振荡混合，调节ph值为5～6后，先于温度为50℃的条件下加入醇类(具体使用的为正二十二醇)搅拌混合后，再向其中加入硬脂酸后，以0.2～0.5℃/min的升温速率升温至80℃后，恒温加热搅拌回流12h，抽滤，将滤渣干燥后，得到改性的气相二氧化硅。

实施例1

将50重量份pvc树脂粉、3重量份改性的气相二氧化硅、25重量份钙质填充剂、3重量份环保稳定剂、1重量份润滑剂和苯乙烯加热混合后冷却至温度为50℃，得到预混料；将所述预混料加热至140℃后挤出成型，得到塑钢型材a1。

实施例2

将80重量份pvc树脂粉、10重量份改性的气相二氧化硅、100重量份钙质填充剂、8重量份环保稳定剂、3重量份润滑剂和苯乙烯加热混合后冷却至温度为65℃，得到预混料；将所述预混料加热至200℃后挤出成型，得到塑钢型材a2。

实施例3

将60重量份pvc树脂粉、5重量份改性的气相二氧化硅、50重量份钙质填充剂、5重量份环保稳定剂、2重量份润滑剂和苯乙烯加热混合后冷却至温度为65℃，得到预混料；将所述预混料加热至180℃后挤出成型，得到塑钢型材a3。

实施例4

按照实施例1的制备方法进行制备，不同的是，使用的为制得的气相二氧化硅，得到塑钢型材a4。

实施例5

按照实施例2的制备方法进行制备，不同的是，使用的为市售气相二氧化硅，得到塑钢型材a5。

对比例1

市售常规塑钢型材d1。

测试例

将上述得到的a1-a5和d1分别按照gb/t8814-2004进行检测，得到的结果如表1所示。其中，国标中的要求记为d2。

表1

通过上表可以看出，本发明制得的塑钢型材，其理化性能高于传统塑钢型材且其它各项也均符合国标的要求，在使用性能方面强度和耐磨性都有了大幅提高，且材料表面的光洁度得到有效改善；同时无需额外加入抗老剂即可保证高效的抗老性能；且在实际使用中气相二氧化硅的加入量相对不高，且无需额外加入增韧剂等其它加工助剂，有效降低成本；在整个制备过程中未引入甲醛、重金属，使得产品本身在生产及使用的过程中不会对环境、人造成危害，提高了环保性能。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。