[发明专利]纳米二氧化硅-氯乙烯原位聚合杂化材料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及化学工程技术领域，尤其涉及原位聚合纳米二氧化硅-聚氯乙烯杂化材料的制备方法。

背景技术：

聚氯乙烯(PVC)具有阻燃、绝缘、耐化学腐蚀等优良特点，在建筑、轻工、农用、包装、日用等领域有着广泛的应用。但是聚氯乙烯也具有抗冲击性能差、热稳定性差等明显的缺陷，一定程度上限制了聚氯乙烯的应用范围。传统的聚氯乙烯增韧方法是在基体中添加CPE、ACR、MBS等橡胶弹性体，橡胶弹性体的加入使材料的韧性大幅度提高，但同时使材料的刚度、强度、热变形温度大幅降低，并使材料的成本加大。

近些年随着纳米材料的迅速发展，人们开始尝试用纳米材料改性聚氯乙烯。熔融共混法制备纳米颗粒改性的聚氯乙烯复合材料使材料的力学性能和热稳定性得到一定程度的提高。但是熔融共混过程中伴随着聚氯乙烯的分解，在一定程度上降低了材料的有效使用期和稳定性。同时无机纳米材料由于本身容易团聚且与有机基体材料相容性差的因素，很难在基体材料中实现良好的分散，使材料的性能并不能达到理想的要求。

原位聚合技术是在纳米颗粒存在于氯乙烯单体聚合反应体系的情况下引发单体聚合，在氯乙烯单体聚合成聚氯乙烯的过程中使纳米颗粒分散到聚氯乙烯基体中。原位聚合技术可以有效地解决纳米颗粒在聚氯乙烯基体中的分散性问题，同时，纳米颗粒表面的活性基团还可以与单体聚合过程中或聚合后的合适的有机结构发生化学反应，使纳米颗粒与聚氯乙烯分子链以化学键相连接，有效增强二者之间的作用力，对材料的性能也会带来很大的提高。尤其是采用表面修饰技术生产的纳米二氧化硅，其表面修饰上的有机活性官能团存在参与氯乙烯单体聚合反应的可能，大大提高了纳米颗粒与聚氯乙烯基体材料化学键相连的几率。采用原位聚合技术可以充分体现纳米材料的增强特性，达到以少量的纳米材料使用量获得较高的材料性能的效果，对控制杂化材料的生产成本起到积极有效的作用。

发明内容

本发明的目的是利用纳米二氧化硅原位改性聚氯乙烯树脂，提供一种力学性能和热稳定性优良的纳米二氧化硅-聚氯乙烯杂化材料的制备方法。

方法步骤为：

(1)将纳米二氧化硅加入有机溶剂和无离子水的混合溶剂中，搅拌使纳米二氧化硅充分分散，用无离子水将其稀释。充分混合至纳米二氧化硅均匀分散，制得均匀的纳米二氧化硅乳液。

(2)在聚合反应釜中加入无离子水、分散剂、PH值调节剂、聚合引发剂等原料，密闭反应釜，搅拌均匀；

(3)向聚合反应釜中加入氯乙烯单体，开动搅拌，冷搅0-30min，使聚合体系混合均匀；

(4)升温至反应温度30～70℃，聚合反应开始，控制聚合反应温度。

(5)向反应体系加入纳米二氧化硅乳液的方式可以选择在反应开始前随物料一起加入反应釜或在聚合反应过程中加入反应体系。

(6)待反应釜内体系压力下降到0.03-0.25MPa时，终止聚合反应。

(7)脱除未反应的氯乙烯单体，出料、离心、干燥得纳米二氧化硅-聚氯乙烯杂化树脂材料。

所述纳米二氧化硅为气相法纳米二氧化硅、沉淀法纳米二氧化硅和经过表面改性技术生产的纳米二氧化硅。优先选用与聚氯乙烯单体具有较好相容性的、表面以化学键结合有机化合物而实现改性的纳米二氧化硅。用量为每1000质量份的氯乙烯单体加入纳米二氧化硅0.1～200质量份。

所述纳米二氧化硅乳液中有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、庚烷等碳链长度在10个碳以内的醇类、酮类、烯酸类或液态烷烃、烯烃类物质中的一种或两种的复合物。用量为纳米二氧化硅、有机溶剂、水质量比为1∶0.5～5.0∶1～5。

所述纳米二氧化硅乳液加入反应体系方式为聚合反应开始前随其他物料一起加入或在聚合反应过程中一次性加入、或均匀流加、或在聚合反应过程中分批次多次加入。

所述分散剂为不同醇解度、不同聚合度的聚乙烯醇类和纤维素醚类分散剂中的一种或两种或三种的复合物。用量为每1000g氯乙烯单体加入分散剂0.3～7g。

所述聚合引发剂为偶氮类和过氧类引发剂中的一种或两种的复合物。用量为每1000g氯乙烯单体加入引发剂0.4～7mL。

所述PH值调节剂为碳酸氢钠、碳酸氢铵、氨水、磷酸钙中的一种。用量为每1000g的氯乙烯单体加入PH值调节剂的量为0.05～1.5g。

聚合反应所用氯乙烯单体与无离子水的质量比为1∶1.5～2.5。