一种纤维素复合PVC材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及高分子材料，具体涉及一种纤维素复合pvc材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、pvc材料因其优异的阻燃、耐腐蚀、耐酸碱等特性被广泛应用在电器行业中，但是，pvc材料存在热稳定性差的短板，当应用环境温度较高，或者加工周期较长时，非常容易出现分解、老化的问题，并伴随气味的产生。为了解决pvc材料热稳定性差的问题，现有技术主要在产品中掺杂热稳定剂或分散改性剂，但是这种做法一般只能抑制pvc材料加工时的分解和老化，当产品的环境温度达到pvc分解临界点时，依然会出现分解现象；同时这类改性手段可能会削弱pvc材料本身的电绝缘性，使得产品的受用范围进一步限制。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种纤维素复合pvc材料，通过在产品中引入部分纤维素粉作为组分，同时复配特定的稳定剂和填充剂，可以使得产品不仅可以实现较高的热稳定性，分解温度较高，气味等级低，同时产品的表面电阻较高，适用于电器行业当中。

2、为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种纤维素复合pvc材料，包括以下重量份的组分：

4、pvc树脂75～105份、纤维素粉15～45份、稳定剂3～10份、填充剂2～12份；

5、所述填充剂为碳酸钙与氧化镁的混合物，两者的质量之比为(1:1)～(8:1)；

6、所述稳定剂为硬脂酸锌。

7、优选地，所述纤维复合pvc材料中，pvc树脂的重量份数为75份、80份、85份、90份、95份、100份、105份中的一者或任意两者的范围值，纤维素粉的重量份数为15份、20份、25份、30份、35份、40份、45份中的一者或任意两者的范围值，稳定剂的重量份数为3份、4份、5份、6份、7份、9份、10份中的一者或任意两者的范围值，填充剂的重量份数为2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份中的一者或任意两者的范围值。

8、优选地，所述纤维素复合pvc材料中，pvc树脂的质量含量≥50wt％。

9、优选地，所述纤维素复合pvc材料，包括以下重量份的组分：

10、pvc树脂80～100份、纤维素粉20～40份、稳定剂4～8份、填充剂3～10份。

11、更优选地，所述纤维素复合pvc材料，包括以下重量份的组分：

12、pvc树脂80～100份、纤维素粉20～40份、稳定剂4～8份、碳酸钙2～8份、氧化镁1～2份。

13、现有技术中也有部分采用生物质改性pvc产品的方案，但是由于没有经过碳化的生物质本身成分复杂，同时其含有的部分大分子物质容易在产品加工后变质，影响产品的性能甚至散发气味，因此这类方案中生物质的添加量大多较少，同时也并非作为主体改性成分使用。而在本发明技术方案中，发明人经过实验意外发现，当pvc产品中以部分生物来源的纤维素粉充当填料，同时搭配特定种类的填充剂和稳定剂，纤维素和pvc树脂在共同加热加工过程中，pvc树脂分解产生的氯化氢可以作为酸催化剂促进纤维素的脱水和分解，并提升pvc的分解温度，最终可以有效提升整体产品的分解温度，产品的热稳定性得到显著增强，同时纤维素粉在特定填充剂和稳定性的协同作用下没有引发较大的气味性问题，产品的气味等级较低，并且产品的电绝缘性较高，非常适用于电器行业当中。

14、此外，经过发明人实验发现，基于生物质种类所带来的结构和成分的差异性，若采用其他的一些生物质(诸如木粉等)，则可能无法有效提升产品的起始分解温度，同时基于生物质的特点可能还会大幅度降低产品的电绝缘性，气味等级提升。另一方面，本发明所述纤维素粉虽然作为填料应用，但并不能与常规填料类似根据实际需求增大添加量，否则可能会导致产品的热稳定性重新削弱，并且电绝缘性变差。

15、在本发明所述产品中，填充剂中的碳酸钙和氧化镁在特定搭配下存在着一定的抑酸性，搭配稳定剂硬脂酸锌可以有效维持pvc产品中的纤维素粉不会在加工及高温环境产生分解副产物影响pvc树脂本身的特性，同时也能够作为吸附剂吸附pvc自身分解产生的气味性分子，因此若对该组分进行替换或删除，则会导致产品的整体性能严重削弱。

16、优选地，所述碳酸钙与氧化镁的混合物，两者的质量之比为1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1中的一者或任意两者的范围值。

17、更优选地，所述碳酸钙与氧化镁的混合物，两者的质量之比为(3:1)～(5:1)。

18、经发明人验证，当碳酸钙与氧化镁的混合物的质量配比为上述优选范围时，产品的综合性能更佳。

19、优选地，所述碳酸钙的平均粒径d50为0.8～2μm，所述氧化镁的平均粒径d50为13～18μm。

20、优选地，所述碳酸钙的平均粒径d50为1.3～1.8μm，所述氧化镁的平均粒径d50为14～16μm。

21、所述碳酸钙和氧化镁的平均粒径d50可以直接采用粒度仪检测得到。

22、优选地，所述纤维素粉为乙基纤维素醚、乙酰纤维素醚、羟乙基纤维素醚、羟丙基纤维素醚中的至少一种。

23、经发明人实验发现，采用上述类型的纤维素粉均可以实现理想的产品增强效果。

24、优选地，所述纤维素粉的纯度≥90％，更优选为纯度≥95％。

25、更优选地，所述纤维素粉的纯度为95％、96％、97％、98％、99％、99.9％中的一者或任意两者的范围值。

26、更优选地，所述纤维素粉的平均粒径为90～125μm。

27、更优选地，所述纤维素粉的平均粒径为115～125μm。

28、所述纤维素粉的平均粒径可以采用激光衍射粒度仪直接检测得到。

29、更优选地，所述羟基醚纤维素的粘度为150～400mpa.s，所述粘度根据旋转粘度计法测试得到(溶剂为分析纯级环己酮)，测试温度为20℃。

30、更优选地，所述羟基醚纤维素的粘度为250～350mpa.s。

31、所述羟基醚纤维素的摩尔取代度为3.5～4.2，采用气相色谱法直接检测得到。

32、优选地，所述pvc树脂的聚合度为500～800。

33、所述pvc树脂的聚合度根据粘度法测试得到，测试条件为：将pvc样品溶解于适当的溶剂中(例如thf、dmf等)，然后在一定温度下测量其粘度，通过标准曲线计算出聚合度。

34、更优选地，所述pvc树脂的聚合物为500、600、700、800中的一者或任意两者的范围值。

35、当本发明所述产品中的pvc树脂的聚合物优选在上述范围内时，产品的性能将会进一步提升。

36、优选地，所述pvc树脂的粘度为＜95。

37、更优选地，所述pvc树脂的粘度为65～80。

38、所述pvc树脂的粘度根据毛细管粘度计测试得到，测试温度为25℃。

39、优选地，所述纤维素复合pvc材料的组分还包括加工助剂1～4份。

40、优选地，所述加工助剂包括抗氧剂0.2～0.6份以及润滑剂1.2～3份。

41、需要说明的是，在不损害本发明所述产品的技术效果的前提下，本领域技术人员可以根据实际需要在产品中引入合适的加工助剂，除本发明所说明的抗氧剂、润滑剂外，还可以引入诸如分散剂、防腐剂、抗静电剂等其他组分，本发明技术方案并没有针对加工助剂进行排他性限定。

42、优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。

43、更优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂按照质量比(1～2)：1复配的混合物。

44、优选地，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸中的至少一种。

45、需要说明的是，本发明所述抗氧剂、润滑剂的种类选择仅为优选选择，在实际生产使用过程中，本发明所述纤维素复合pvc材料可以根据实际需要选择更为合适的抗氧剂和润滑剂种类，并不局限在本发明所述优选的种类。

46、优选地，所述纤维素复合pvc材料的起始分解温度为240～250℃，体积电阻为2.8×1013～3.4×1013ω，气味等级为3～3.5级别。

47、本发明的另一目的在于提供所述纤维素复合pvc材料的制备方法，包括以下步骤：

48、将pvc树脂、稳定剂和润滑剂加热至75～85℃并混合均匀，随后加入纤维素粉和抗氧剂并加热至100～120℃混合均匀，最后加入填料混合并置入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，即得所述纤维素复合pvc材料。

49、优选地，所述熔融挤出造粒时的温度为100～180℃。

50、本发明所述纤维素复合pvc材料的制备方法操作步骤简单，可实现工业化规模生产。

51、本发明的再一目的在于提供所述纤维素复合pvc材料在制备电器零部件中的应用。

52、本发明所述纤维素复合pvc材料经过检测其起始分解温度可以达到最高接近250℃，热稳定性极高，同时气味等级较低，体积电阻最高达到3.2×1013ω以上，电绝缘性好，因此非常适用于制备一些电器所需要的零部件(例如隔绝套，电缆保护层等)当中。

53、本发明的有益效果在于，本发明提供了一种纤维素复合pvc材料，通过在产品中引入部分纤维素粉作为组分，同时复配特定的稳定剂和填充剂，可以使得产品不仅可以实现较高的热稳定性，分解温度较高，气味等级低，同时产品的体积电阻较高，适用于电器行业当中。