一种高强度、耐冲击的聚氯乙烯注塑材料组合物及其制备方法与流程

本发明涉及pvc改性，具体涉及一种高强度、耐冲击的聚氯乙烯注塑材料组合物及其制备方法。

背景技术：

1、热塑性塑料是一类在一定温度下具有可塑性，冷却后固化且能回收、重塑的塑料。热塑性塑料根据性能特点、用途广泛性和成型技术通用性可分为通用塑料、工程塑料和特殊塑料，其中，通用塑料包括聚乙烯（pe）、聚氯乙烯（pvc）、聚丙烯（pp）、聚苯乙烯（ps）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（abs）等“五大通用塑料”。聚氯乙烯作为“五大通用塑料”之一，凭借优良的绝缘性、自阻燃性、可加工性、耐腐蚀性以及与改性剂相容性良好、生产成本低、合成工艺成熟等优点，已被成功应用于轻工业、建筑业、包装业、电器电子原件领域。

2、近年来，随着建筑业、市政工程、水利工程、农业和工业等行业市场需求的不断加大，塑料管材取得了迅猛发展，pvc材料已成为塑料管材的主导产品，pvc材料是由聚氯乙烯树脂与稳定剂、润滑剂等配合后经过挤出成型或注塑成型得到的塑料，利用pvc材料制成的拉伸强度高，但是冲击强度与耐冲击性较差，在使用过程中易出现管材爆裂的现象。

3、为改善pvc材料的强度，往往需要在聚氯乙烯中添加碳酸钙等无机填料，然而无机填料的加入会造成pvc材料力学性能大幅下降，尤其是拉伸强度和冲击强度会显著下降，主要原因就是聚氯乙烯树脂跟碳酸钙相容性差，碳酸钙的加入使得pvc流动性变差，塑化峰和平衡扭矩提高，加工性能变差，产品表面没有光泽度。在pvc材料中加入偶联剂不仅可使填料和聚合物紧密相连而达到良好的机械强度，而且填料经过偶联剂处理后，可提高填料在聚合物中的分散性，使填料聚合物体系的流动性得以改善。然而偶联剂多数含有重金属，且对使用环境要求较高，不利于环境保护与批量化生产。

4、为综合改善pvc材料的力学性能与强度，现有技术通常将pvc树脂与冲击改性剂共混的方式以提高pvc材料的冲击强度，冲击改性剂采用acr树脂以提高pvc材料的综合性能。acr树脂提高对pvc材料冲击强度的主要作用机理为：交联橡胶粒子以分散粒子形式分布于pvc基体中，当pvc材料收到冲击时能引发银纹或剪切带生成，通过吸收冲击能量而提高pvc材料的冲击强度。将acr树脂与pvc树脂共混虽然能够提高pvc材料的冲击强度，但是现有技术并未公开acr树脂对pvc材料弯曲性能以及耐冲击性的影响，且由于acr树脂含有交联结构，不利于pvc材料的回收与再利用，对环境造成不利影响。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的pvc材料冲击强度、弯曲性能与耐冲击性等综合性能不平衡的问题，本发明提供一种高强度、耐冲击的聚氯乙烯注塑材料组合物及其制备方法，赋予聚氯乙烯注塑材料优良的冲击强度、弯曲性能与耐冲击性，使聚氯乙烯注塑材料组合物可回收再利用。

2、第一方面，本发明提供一种高强度、耐冲击的聚氯乙烯注塑材料组合物，包括如下重量份数的组分：pvc树脂粉100份、热稳定剂1.5-4份、固体增塑剂1-3份、加工助剂1.5-3.5份、复合增韧剂4-6份、无机填料6-20份、外润滑剂0.5-2.5份、内润滑剂1.5-4份、光稳定剂0.2-0.5份、抗氧剂0.1-0.4份、光亮剂0.1-1份。

3、其中，固体增塑剂为戊二酸类聚酯增塑剂、壬二酸类聚酯增塑剂或癸二酸类聚酯增塑剂中的至少一种。固体增塑剂的分子量为8000-12000g/mol。

4、进一步的，pvc树脂粉为通用型乙烯法合成的pvc树脂，pvc树脂的聚合度为650-750。

5、进一步的，复合增韧剂的制备方法包括如下步骤：

6、步骤（1）：分别称取pvc树脂粉、abs高胶粉加入高速混合机中搅拌；

7、步骤（2）：分别称取氯化聚乙烯、白油、分散剂加入步骤（1）所述高速混合机中搅拌混合后，在搅拌过程中升温；

8、步骤（3）：称取纳米活性碳酸钙加入步骤（2）所述高速混合机中搅拌混合后，在搅拌过程中升温，然后在低速搅拌下冷却，得到复合增韧剂。

9、进一步的，每重量份上述复合增韧剂中的abs高胶粉、pvc树脂粉、氯化聚乙烯、纳米活性碳酸钙、白油和分散剂的质量比为50:50:5-10:3-8:1-3:0.1-0.4。

10、进一步的，abs高胶粉包括10%-14%丙烯腈（an）、丁二烯（bd）和26%-30%苯乙烯（sm）。

11、进一步的，步骤（1）中，搅拌时间为1-2min。

12、进一步的，步骤（2）中，搅拌混合的搅拌速率为1000-1500rpm，搅拌时间为2-5min；在搅拌过程中升温至温度达到60℃，搅拌速率为1000-1500rpm。

13、进一步的，步骤（3）中，搅拌混合的搅拌速率为1000-1500rpm，搅拌时间为5-10min；在搅拌过程中升温至温度达到100-120℃；低速搅拌的搅拌速率为500-800rpm，冷却至温度达到40-50℃。

14、进一步的，热稳定剂为二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡、二甲基二巯基乙酸异辛酯锡、β-巯基丙酸二正辛基锡中的至少一种。本发明采用的锡类热稳定剂为无毒、高效的环保型热稳定剂，其中，二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡透明性极好。

15、进一步的，加工助剂为丙烯酸酯类共聚物。加工助剂包括但不限于粘数为201、401、20、40的丙烯酸酯类共聚物。丙烯酸酯类共聚物为线性结构的聚合物，线性结构的丙烯酸酯类共聚物与聚氯乙烯注塑材料组合物相容性好，可以加快聚氯乙烯注塑材料组合物中各组分熔融，缩短塑化时间，改善聚氯乙烯注塑材料组合物的均匀性，使聚氯乙烯注塑材料组合物不易开裂。

16、进一步的，无机填料为纳米活性碳酸钙和纳米活性硫酸钡的至少一种。纳米活性碳酸钙可以增加聚氯乙烯注塑材料组合物的强度与体积、降低成本；纳米活性硫酸钡是一种具有环保功能的无机填料，不但可以在不降低聚氯乙烯注塑材料组合物冲击强度的前提下增加聚氯乙烯注塑材料组合物的抗冲击强度、弯曲强度和弯曲模量，还可以降低成本，改善聚氯乙烯注塑材料组合物的光泽度，使其具有优良的耐候性，扩大了聚氯乙烯注塑材料组合物的适用范围，同时也赋予聚氯乙烯注塑材料组合物高热导性和流变性，缩短材料的成型周期。

17、进一步的，外润滑剂为聚乙烯蜡和低密度氧化聚乙烯蜡，聚乙烯蜡与低密度氧化聚乙烯蜡的重量比为2-4：1，聚乙烯蜡采用分子量为1000-1500g/mol的乙烯合成法聚乙烯蜡。聚乙烯蜡在常温下以微晶形式浮布在聚氯乙烯注塑材料组合物表面，有助于聚氯乙烯注塑材料组合物脱模，同时可以增加聚氯乙烯注塑材料组合物的粘度与相容性，改善材料的加工性能；低密度氧化聚乙烯蜡可以降低锡类热稳定剂的析出，提高聚氯乙烯注塑材料组合物的挤出速度，增加聚氯乙烯注塑材料组合物的外观光泽度。本发明配合使用聚乙烯蜡与低密度氧化聚乙烯蜡，减少了聚氯乙烯注塑材料组合物的表面析出与低密度氧化聚乙烯蜡的用量。

18、进一步的，内润滑剂为甘油脂肪酸酯与硬脂酸钙，甘油脂肪酸酯与硬脂酸钙的重量比为3-5：1。硬脂酸钙在单独使用时可以加快塑化，提高熔体粘度，与外润滑剂配合使用时则可以协同强化润滑作用，降低聚氯乙烯注塑材料组合物的转矩值；硬脂酸钙还可以用于吸收熔体中氯化聚乙烯因加热产生的氯化氢。硬脂酸钙与甘油脂肪酸酯共同作用可以均匀分散到熔体分子链之间，减少分子链的内摩擦，提高熔体流动性，改善聚氯乙烯注塑材料组合物的表面光洁度。内润滑剂与外润滑剂能够弥补热稳定剂与加工助剂在润滑性方面的不足。

19、进一步的，光稳定剂为二苯甲酮类uv531，抗氧剂为抗氧剂四元酚类1010，分散剂为乙烯基双硬脂酰胺，白油的运动黏度是4-5cst，光亮剂为季戊四醇硬脂酸酯。

20、第二方面，本发明提供一种如上所述的一种高强度、耐冲击的聚氯乙烯注塑材料组合物的制备方法，包括如下步骤：

21、步骤一：将pvc树脂粉、热稳定剂、内润滑剂、固体增塑剂加入高速混合机中混合，并在混合过程中升温；

22、步骤二：将外润滑剂、光亮剂、加工助剂、抗氧剂、光稳定剂和复合增韧剂加入至步骤一的高速混合机中升温混合；

23、步骤三：将无机填料加入至步骤二的高速混合机中搅拌混合，并在混合过程中升温，得到混合料；

24、步骤四：将步骤三所得混合料放入冷混机中降温冷却，放料；

25、步骤五：将步骤四所得混合料加入到锥形双螺杆挤出机中挤出造粒并热切粒料，待粒料冷却后得到高强度、耐冲击的聚氯乙烯注塑材料组合物。

26、进一步的，步骤一中，在混合过程中升温至温度达到60℃。

27、进一步的，步骤二中，升温混合为将温度升高至90-100℃后在此温度范围内混合。

28、进一步的，步骤三中，搅拌混合的转速控制在1000-1500rpm，在混合过程中升温至温度达到115-125℃。

29、进一步的，步骤四中，降温冷却至温度达到40-50℃。

30、进一步的，步骤五中，锥形双螺杆挤出机的挤出温度为160-185℃，锥形双螺杆挤出机的转速为40-400r/min。

31、本发明的有益效果在于：

32、本发明利用复合增韧剂与热稳定剂、固体增塑剂、加工助剂、无机填料、外润滑剂、内润滑剂、光稳定剂、抗氧剂与光亮剂之间的配合作用对pvc树脂改性，综合提高了聚氯乙烯注塑材料组合物的冲击强度、弯曲强度与弯曲模量。本发明通过加入固体增塑剂避免了液体增塑剂对聚氯乙烯注塑材料组合物带来的“反增塑”效应，提高了pvc树脂与无机填料之间的相容性，加工性、分散性和耐冲击性，从而达到聚氯乙烯注塑材料组合物的组分均匀，性能稳定。

33、本发明使用了复合增韧剂，将abs高胶粉、pvc树脂粉、氯化聚乙烯进行预处理，氯化聚乙烯一方面用于辅助本身就具有海-岛结构的abs高胶粉增加聚氯乙烯注塑材料组合物的韧性，另一方面提高了pvc树脂与无机填料、abs高胶粉之间的相容性，促进无机填料、abs高胶粉在pvc树脂中均匀分散，进而改善聚氯乙烯注塑材料组合物的可加工性与耐冲击性，使聚氯乙烯注塑材料组合物组分分布均匀，性能稳定。同时，abs高胶粉能起到增加聚氯乙烯注塑材料组合物韧性的作用，有助于提高聚氯乙烯注塑材料组合物的悬臂梁缺口冲击强度；abs高胶粉可加工性和流动性好。最后，通过调整复合增韧剂中共聚体的弹性结构比例，使最终制得的复合增韧剂具有一种核-壳结构，利用abs、pvc、氯化聚乙烯形成的复合体系对无机填料实现包覆，使复合增韧剂够与接下来的pvc基体树脂和填料更好地紧密结合，解决了无机填料和pvc、单一增韧剂之间分散性不好，相容性差的缺点。

34、本发明通过调控聚氯乙烯注塑材料组合物的组分与制备方法，无需使用偶联剂，即可解决聚氯乙烯注塑材料组合物的强度与抗冲击性不能兼顾的矛盾。