一种PVC/PS共混发泡材料及其制备方法与流程

一种pvc/ps共混发泡材料及其制备方法
技术领域
1.本发明公开涉及高分子材料领域，尤其涉及一种pvc/ps共混发泡材料及其制备方法。


背景技术：

2.聚氯乙烯(pvc)是世界上最早实现工业化生产的塑料品种之一，目前产量仅次于聚乙烯，位居第二位。虽然pvc具有良好的综合力学性能，耐热性和耐化学品性能优良，尤其是可以根据用途要求，改变增塑剂而制得硬质、半硬质和软质pvc，但是pvc也存在一些性能上的缺陷和不足。如pvc热稳定性较差；硬质pvc制品呈脆性；耐热性较差；还存在熔体粘度高、物料剪切摩擦生热大、熔体对加工设备金属表面粘附严重。增塑剂的加入可以降低pvc的塑化温度和增加熔融物料的流动性,但是也会降低塑料的热变形温度和刚性等物理机械性能。
3.pvc微孔塑料冲击强度、韧性、疲劳寿命和热稳定性等性能都得到了提升，具有质轻、防蛀、防腐、防潮、导热系数低、保温隔热性能好、耐候性优良等特点，可以与木材相媲美。
4.聚苯乙烯是苯乙烯的聚合物，缩写代号是ps，聚苯乙烯热导率较小，是优良的绝热保温材料，聚苯乙烯泡沫是应用广泛的优质绝热材料，但是聚苯乙烯与聚氯乙烯的相容性较差。
5.解决以上问题及缺陷的难度为：
6.①
如何增加聚苯乙烯与聚氯乙烯二者的相容性，pvc/ps相容性不好，找到合适的相容剂实现二者优良性能互补，为获得力学性能良好的共混材料具有极大的意义，pvc/ps共混的研究少之又少，在pvc/ps共混基础上实现超临界发泡目前在中国乃至世界都是未曾有过的，一旦实现会有极大的现实意义；
7.②
如何增加聚氯乙烯为主料的混合物的阻燃性；
8.③
如何降低聚苯乙烯与聚氯乙烯共混体系的发泡难度，利用pvc的阻燃性以及ps的高发泡性能，通过二者共混发泡对于降低材料密度以及降低生产成本具有极大的商业意义。
9.解决以上问题及缺陷的意义为：
10.①
pvc热稳定性较差，需要找到合适的并且无害的稳定剂来保证其稳定性和耐热性；
11.②
找到合适的增塑剂来降低塑化温度，从而减小因温度过高导致pvc分解产生氯化氢现象的产生；
12.③
稳定剂与增塑剂的量需要根据实验调控达到最优效果；
13.④
内润滑用于分子间的内部润滑，外润滑用于原料与加工设备金属表面的外部润滑；
14.⑤
相容剂的选择，pvc与ps是两种结构与性能有很大差异性和互补性的树脂，通过
pvc/ps的相容来获得综合性能优异的新型材料，因此相容剂的选择至关重要；
15.⑥
利用超临界co2发泡技术，在达到相容性良好的基础上采用ps的高发泡优势实现共混发泡的目的。


技术实现要素：

16.为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种pvc/ps共混发泡材料及其制备方法。所述技术方案如下：
17.根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种pvc/ps共混发泡材料，该pvc/ps共混发泡材料的配方组分重量份数如下：
[0018][0019][0020]
在一个实施例中，所述pvc的型号为sg-8，pvc发泡制品密度为0.33g/cm
3-0.70g/cm3。
[0021]
在一个实施例中，所述ps的型号为gp-525，ps经过高发泡，密度为0.02g/cm
3-0.15g/cm3。
[0022]
根据本公开实施例的第一方面，提供一种适用于上述pvc/ps共混发泡材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0023]
步骤一：pvc/ps共混体系；
[0024]
步骤二：pvc/相容剂/ps共混体系；
[0025]
步骤三、pvc/相容剂/ps共混发泡体系。
[0026]
在一个实施例中，所述步骤一：pvc/ps共混体系，其具体为，将ps和按照一定配比的pvc及其助剂在高速搅拌机内混合均匀，在微型异向双螺杆内熔融共混挤出，得到pvc/ps共混料；微型双螺杆挤出机的工艺参数：一区温度：165℃、二区温度：170℃、三区温度：175℃、加料口转速20rpm、螺杆转速50rpm；
[0027]
在一个实施例中，步骤二：pvc/相容剂/ps共混体系，其具体为：
[0028]
在同pvc/ps共混体系一样的工艺条件下，分别添加三种相容剂，相容剂0-15份。
[0029]
在一个实施例中，步骤三、pvc/相容剂/ps共混发泡体系，其具体为：
[0030]
将ps和按照一定配比的pvc及其助剂在高速搅拌机内混合均匀，在微型异向双螺杆内熔融，接着注入超临界co2流体，经过超临界co2气体与聚合物充分混合并溶解扩散、泡孔成核、泡孔生长、泡孔冷却成型，得到pvc/ps共混发泡体系；微型双螺杆挤出机的工艺参
数：一区温度：165℃、二区温度：170℃、三区温度：175℃、加料口转速20rpm、螺杆转速50rpm。
[0031]
本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：如表1所示：
[0032][0033]
[0034]
表1
[0035]
当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
[0036]
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
[0037]
图1是本发明所述一种pvc/ps共混发泡材料的配比示意图；
[0038]
图2是本发明所述一种pvc/ps共混发泡材料的制备方法的的工艺流程图；
[0039]
图3是本发明所述pvc/ps共混的扫描电镜sem微观形态图片(pvc/ps相界面清晰，相容性不佳)；
[0040]
图4是本发明制备方法中，实施例1的表观形态图(pvc/ps共混体系)，通过微型双螺杆挤出机挤出样品；
[0041]
图5是本发明制备方法中，实施例1的pvc/ps共混发泡体系的表观形态图(有明显的泡孔)，通过微型双螺杆挤出机挤出样品；
[0042]
图6是本发明制备方法中，实施例2的扫描电镜图(pvc/ps共混发泡体系)；
[0043]
图7是本发明制备方法中，实施例2的均相体系形成过程示意图(pvc/ps/co2)。
具体实施方式
[0044]
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0045]
本发明公开实施例所提供的技术方案涉及一种pvc/ps共混发泡材料及其制备方法，尤其涉及高分子材料领域。在相关技术中，聚氯乙烯pvc热稳定性较差，聚苯乙烯ps热导率较小，是优良的绝热保温材料，二者结构与性能有很大差异性和互补性的树脂，目前如何使二者共混挤出以获取综合性能优异的新型材料存在技术瓶颈。基于此，本公开技术方案所提供的一种pvc/ps共混发泡材料及其制备方法，由于聚苯乙烯与聚氯乙烯均具有可发泡性。ps发泡产品工艺成熟，发泡倍率高，制品成本低，现在应用最广泛的外墙发泡保温板都为ps发泡制品；pvc中由于含有氯元素，具有阻燃性能，将这两者共混发泡，得到既具有高发泡率、低密度，又具有一定阻燃性的材料，减少火灾的发生；pvc/ps相容性不好，找到合适的相容剂实现二者优良性能互补，为获得力学性能良好的共混材料具有极大的意义；pvc/ps共混的研究少之又少，在pvc/ps共混基础上实现超临界发泡目前在中国乃至世界都是未曾有过的，一旦实现会有极大的现实意义；利用pvc的阻燃性以及ps的高发泡性能，通过二者共混发泡对于降低材料密度以及降低生产成本具有极大的商业意义。
[0046]
图2指出本发明公开技术方案所提供的一种pvc/ps共混发泡材料的制备方法流程图。根据图1至图7可知，包括以下步骤：
[0047]
步骤s01：pvc/ps共混体系。
[0048]
步骤s02：pvc/相容剂/ps共混体系。
[0049]
步骤s03：pvc/相容剂/ps共混发泡体系。
[0050]
实施例1：挤出成型
[0051]
(1)pvc/ps共混挤出。将ps和按照一定配比的pvc及其助剂在高速搅拌机内混合均匀，在微型异向双螺杆内熔融共混挤出，得到pvc/ps共混料，接着将共混料造粒，在注塑机中冲出拉伸和冲击样条，进行一系列测试；微型双螺杆挤出机的工艺参数：一区温度：165℃、二区温度：170℃、三区温度：175℃、加料口转速20rpm、螺杆转速50rpm；
[0052]
pvc的型号为sg-8，pvc发泡制品密度范围0.33g/cm
3-0.70g/cm3。ps的型号为gp-525，ps经过高发泡，密度可达到0.02～0.15g/cm3。这里聚氯乙烯(pvc)90份，聚苯乙烯(ps)10份，填料10份，稳定剂2.5份，外润滑0.2份，内润滑0.1份。填料为碳酸钙，稳定剂为钙锌稳定剂，外润滑为氧化聚乙烯蜡。
[0053]
需要进一步指出的是，pvc具有一定的阻燃性、耐磨性，与未发泡的pvc相比，pvc微孔塑料的冲击强度、韧性、疲劳寿命和热稳定性等性能都得到了提升。采用pvc微孔塑料代替木材，为保护天然的树木资源做出极大的贡献；
[0054]
需要进一步指出的是，ps常被用来制作泡沫塑料制品，比如一次性饭盒，ps泡沫塑料的热导率低，广泛用做绝热材料，它具有缓冲性能，泡体又有一定的刚度，可用作屋面和墙体的保温。ps经过高发泡，密度可达到0.02～0.15g/cm3，正是因为其极好的发泡性，本实施例中选择将pvc与ps共混，从而获得低密度、高发泡、又具有一定阻燃性的材料；
[0055]
需要进一步指出的是，填料为碳酸钙，能够提高塑料的稳定性和耐热性；
[0056]
需要进一步指出的是，外润滑为氧化聚乙烯蜡，有润滑和偶联作用；
[0057]
需要进一步指出的是，发泡调节剂为92即甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的聚合物，发泡剂为ac、nahco3中的两种复配，发泡剂在pvc/ps共混体系以及pvc/相容剂/ps共混体系中均不出现，仅仅在pvc/相容剂/ps共混发泡体系中出现，在熔融共混过程中根据nahco3的吸热分解以及ac的发泡放热，通过二者复配达到动态热平衡，这里复配比为3：2，共0.5份，获得更加稳定的泡孔结构。在pvc/相容剂/ps配料过程中，发泡剂添加其中，在高速搅拌机中预混实现预发泡之后，静置冷却之后再在双螺杆内同超临界co2一同实现共混发泡。
[0058]
(2)pvc/相容剂/ps共混挤出。由于pvc、ps两种材料的冲击性能均不佳，极易脆性断裂，用作结构材料性能不理想，本实施例中，通过加入相容剂的方式改善二者的相容性：在同pvc/ps共混体系一样的工艺条件下，分别添加三种相容剂，相容剂0-15份，实现共混改性的目的。cpe-g-st、as以及asa作为相容剂进行改性，控制pvc为90份、ps为10份的量保持不变，每一种相容剂分别取2份、4份、6份、8份、10份，各自加入pvc与ps原料共混体系，通过高速搅拌机搅拌均匀，在微型双螺杆挤出机中挤出造粒，在注塑机中冲出拉伸和冲击样条。
[0059]
以上两种共混料挤出成型、造粒之后，通过
[0060]
①
测量拉伸强度、冲击强度进行力学性能测试；
[0061]
②
dma观察玻璃化转变温度；
[0062]
③
sem扫描电镜通过微观形态观察分散相粒径是否变小。
[0063]
这三种方式来验证二者的相容性。通过对比可以获得每个体系相容剂的最佳使用量以及三种相容剂中效果最好的一个。
[0064]
实施例2：连续挤出实现微孔发泡：
[0065]
pvc的配方具有合适的粘弹性能够满足流动和保持泡孔形貌的要求。pvc熔融发泡过程中，熔体黏度能够支撑泡孔的形成，并且能够防止孔壁变薄和破裂。
[0066]
将ps和按照一定配比的pvc及其助剂在高速搅拌机内混合均匀，这里聚氯乙烯(pvc)90份，聚苯乙烯(ps)10份，填料10份，稳定剂2.5份，外润滑0.2份，内润滑0.1份，发泡剂0.5份，发泡调节剂6份。在微型异向双螺杆内熔融，接着注入co2流体，经过co2气体与聚合物充分混合并溶解扩散、泡孔成核、泡孔生长、泡孔冷却成型，得到pvc/ps共混发泡体系；微型双螺杆挤出机的工艺参数：一区温度：165℃、二区温度：170℃、三区温度：175℃、加料口转速20rpm、螺杆转速50rpm.先将聚合物加入到螺杆进行熔融，接着注入co2流体，随着螺杆的高速转动，co2与聚合物中充分混合并溶解扩散形成pvc/ps/co2均相体系，随后在挤出模头降压降温使泡孔成核、生长，最后冷却定型。图5是pvc/ps/co2均相体系的形成过程示意图。
[0067]
发泡剂仅仅在pvc/相容剂/ps共混发泡体系中出现，发泡调节剂为92即甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的聚合物，发泡剂为ac、nahco3中的两种复配。在熔融共混过程中nahco3/ac的复配比为3：2，共0.5份。在pvc/相容剂/ps配料过程中，发泡剂添加其中，在高速搅拌机中预混实现预发泡之后，静置冷却之后再在双螺杆内同超临界co2一同实现共混发泡。
[0068]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
[0069]
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。