[发明专利]铝钛酸酯改性纳米碳酸钙的方法及PVC塑料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及PVC的技术领域，尤其涉及一种铝钛酸酯改性碳酸钙的方法及PVC塑料的制备方法。

背景技术

PVC（聚氯乙烯）是综合性能优良的通用塑料之一，具有阻燃、耐腐蚀、绝缘、耐磨损等优良的综合性能和价格低廉、原材料来源广泛的优点，已在各个领域获得了广泛应用。但是，PVC在加工应用中，尤其是用作结构材料时，也暴露了冲击强度低、热稳定性差等缺点，另外其耐紫外线性能差，在户外阳光长期照射下易于老化，因此需要对其进行改性，提高其应用性能。纳米碳酸钙是一种优良的无机填料，在PVC领域有着广阔的应用前景。但由于纳米碳酸钙的比表面积大，表面能高，易团聚；同时，表面极性大，亲水性很强，与有机基体间亲和力弱，易造成界面缺陷，导致材料性能下降。因此，有必要对碳酸钙进行表面改性，以降低其表面势能，改善亲水疏油性，提高它在塑料中的分散能力以及与有机基体的亲和力。

现有技术改性后纳米碳酸钙与PVC的相容性较差，将改性后的纳米碳酸钙填充于PVC后并未使得PVC的力学性能，例如拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度有较大的提高，流变性能也未得到较大的改善。

发明内容

有鉴于此，本发明一方面提供一种铝钛酸酯改性纳米碳酸钙的方法，该方法可使改性纳米碳酸钙与PVC的相容性良好，采用该改性纳米碳酸钙制备的PVC塑料具有优异的力学性能和流变性能。

一种铝钛酸酯改性纳米碳酸钙的方法，包括以下步骤：

（1）将纳米碳酸钙加入去离子水中，在2500～4000rpm的转速下搅拌5～10min；

（2）向经搅拌的分散有纳米碳酸钙的去离子水中加入占纳米碳酸钙质量0.4～1.4%铝钛酸酯，在60～80℃的温度下，在2500～4000rpm的转速下搅拌60～120min，制得碳酸钙分散液；

（3）对所述碳酸钙分散液中进行过滤并干燥，制得改性纳米碳酸钙。

其中，所述步骤（3）之后还包括将经烘干的改性纳米碳酸钙进行研细和过筛。

其中，所述步骤（1）中纳米碳酸钙的平均粒径为30～50nm。

其中，所述步骤（3）中改性纳米碳酸钙的平均粒径为180～360nm。

以上纳米碳酸钙的改性方法的技术方案中，铝钛酸酯为一种铝钛复合偶联剂，其结构通式为a(RO)_nAlO₂CR′₍₃-_n)·b(R′O)_mTiO₂CR′_(4-m)。式中，R为C_4-10低碳链烷基，R′为C_11-21高碳链烷基。在该分子结构中，铝、钛两个中心原子上均同时连接低碳链的烷氧基墓团和长碳链的烷酰氧基基团，而且两种金属中心原子之间还存在着一定的亲和作用。类似于单金属中心原子的烷氧基型偶联剂，这种铝钦复合偶联剂的偶联机理源于低碳链的烷氧基和长碳链的烷酰氧基两类完全不同性质的结构。一般认为，低碳链烷氧基具有亲无机物性，能够与无机填料表面的羟基氢发生脱低碳醇反应，其结果使偶联剂中心原子化学键合到填料表面，形成单分子吸附的偶联剂分子层。长碳链烷酰氧基则是亲有机物的，可与聚合物分子链发生物理缠绕作用。由于填料表面偶联剂单吸附层的存在，一方面降低了填料的高表面能，促进了有机聚合物的浸润效果，改善复合填充体系的分散性、流动性和填料润湿性;另一方面，偶联剂作为无机材料和有机材料之间的架桥，大大增强了二者的结合力，提高了高充填制品的力学性能和物理性能。尤其值得指出的是，由于双金属中心原子之间存在一定的亲和作用，二者复合偶联体系在填料表面形成的单分子吸附层较单金属中心原子偶联剂更为密集，因此显示出良好的协同偶联效果。本技术方案中的铝钛酸酯为天长市绿色化工助剂厂生产的TL-TA1618型，为白色或淡黄色皂状固体。

一种采用如上述的改性纳米碳酸钙制备PVC塑料的方法，包括以下步骤：

（1）以PVC树脂质量为基准，将30～60%的改性纳米碳酸钙、3～8%的三盐基硫酸铅、2～12%的DOP和PVC树脂混合均匀后进行混炼得到混炼胶；

（2）将混炼胶进行硫化，然后冷却成型，制得PVC塑料；

其中，所述步骤（1）中混炼在双辊塑炼机内进行，混炼温度为170～190℃，混炼时间为8～15min。

其中，所述步骤（2）中硫化具体为：待在175～185℃下预热8～15min后，置入模具内在14～15Mpa下压制2～5min成板材。