一种pvc塑料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种pvc塑料及其制备方法 (PVC plastic and preparation method thereof ) 是由 张燕丹 葛铁军 肖尚雄 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种PVC塑料,由以下原料组成：PVC、抗静电剂、N,N’-乙撑双硬脂酰胺、甲基异丁基甲醇、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。本发明的PVC塑料具有良好的机械性能与防静电性能,制备方法简单,易于工业化生产。(The invention discloses PVC plastic which is prepared from the following raw materials: PVC, an antistatic agent, N' -ethylene bis stearamide, methyl isobutyl carbinol and ethoxylated trimethylolpropane triacrylate. The PVC plastic disclosed by the invention has good mechanical properties and antistatic properties, and the preparation method is simple and is easy for industrial production.)
技术领域
本发明涉及塑料技术领域，具体涉及一种PVC塑料及其制备方法。
背景技术
PVC塑料具有机械强度高、电绝缘性好，来源丰富、价格便宜等优点；作为通用的热塑性塑料之一，广泛用于农业、工业、建筑、电力、汽车等领域。它是由氯乙烯在引发剂的作用下聚合而成。尽管PVC有许多优良的性能，但是仍然存在一些明显的缺点，例如热稳定性差，在高温下其分解产生氯化氢气体；抗冲击性能较差，尤其是对缺口比较敏感。此外，对于一些有特殊作业要求(抗静电、阻燃、电磁屏蔽)的领域，其应用也受到了限制。本发明旨在利用PVC本身的优良特性，制备一种可以满足抗静电应用环境的PVC塑料。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种PVC塑料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种PVC塑料，由以下原料组成：PVC、抗静电剂、N,N’-乙撑双硬脂酰胺、甲基异丁基甲醇、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
优选的，一种PVC塑料，由以下重量份原料组成：90-120重量份PVC、20-40重量份抗静电剂、1-5重量份N,N’-乙撑双硬脂酰胺、2-5重量份甲基异丁基甲醇、0.5-2重量份乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。其中，N,N’-乙撑双硬脂酰胺是润滑剂，甲基异丁基甲醇是分散剂，乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯是交联剂。
所述抗静电剂为十八烷基三甲基氯化铵或功能化十八烷基三甲基氯化铵。优选的，所述抗静电剂为功能化十八烷基三甲基氯化铵。
所述的功能化十八烷基三甲基氯化铵由以下方法制备而成：将十八烷基三甲基氯化铵和无水乙醇按质量比1:(5-15)混合，在15-50℃以1000-1500rpm搅拌1-5h后得到混合液；加入质量为所述混合液质量20-40％的改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯，15-50℃以1000-1500rpm搅拌15-30h，在65-95℃真空干燥48-72h，110-150℃烘干1-3h后得到所述功能化十八烷基三甲基氯化铵。
所述改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯由以下方法制备而成：将四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯和无水乙醇按质量比1:(3-10)混合，20-40℃以1000-1500rpm搅拌1-5h后加入抗静电功能增强剂，所述抗静电功能增强剂和所述四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯的质量比为1:(2-5)，继续在20-30℃以1000-1500rpm搅拌1-10h，12000-20000rpm离心处理，过滤后在110-150℃烘干滤渣3-12h，得到所述改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯。
优选的，所述抗静电功能增强剂为纳米银粉和/或纳米二氧化钛粉。采用本发明制备的功能化十八烷基三甲基氯化铵作为抗静电剂，塑料的防静电性能得到增强；这是因为改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯对十八烷基三甲基氯化铵进行功能化后，由于十八烷基三甲基氯化铵本身具有抗静电效果，铵盐中的铵根离子具有极性，一方面改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯中的四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯的钛属于金属元素，本身具有一定极性，能够释放和吸收电子，能促进电子的迁移扩散，减小塑料的体积电阻率；并且，四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯中的酰氧基属于给电子团，其中的氧原子存在孤对电子，孤对电子容易与环境中的电子发生交换，这就促进了电子的扩散迁移，进一步降低体积电阻率；改性后十八烷基三甲基氯化铵的铵根和四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯的酰氧基(极性)协同形成一种近似离子键的键合，也就使得这两种物质的功能超越了简单的叠加；
另一方面改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯中的纳米银与纳米二氧化钛当的金属原子可作为电子的良好运载体，金属本身的还原性使其易失电子，成为阳离子后又可以吸收环境中的游离电子并氧化成原子，一失一得之间就促进了电子的扩散移动，并且可以起到催化作用使这种短程内的氧化还原作用不断进行，由此对电子迁移扩散作出贡献；此外四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯中的酰氧基存在一定程度的极性作用，可以与纳米银、纳米二氧化钛以离子键形式结合，而非简单的加和。
进一步优选的，所述抗静电功能增强剂是纳米银粉和纳米二氧化钛粉按质量比1:(1-5)的混合物。
采用纳米银和纳米二氧化钛复配制备的改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯，进一步提高了塑料的防静电性能；这是因为塑料电阻的产生是塑料中各原子对电子产生了散射波，而这两种物质的原子半径的差别恰好导致了它们各自对电子的散射波之间存在相位差，两种散射波之间正好发生抵消，也就减小了塑料的体积电阻率。
所述PVC塑料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方将PVC、抗静电剂、N,N’-乙撑双硬脂酰胺、甲基异丁基甲醇与乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯共混20-50min，共混温度为100-120℃，共混转速为300-600rpm，得到混合料；
(2)将混合料加送入挤出机挤出，注塑成型，挤出温度为120-180℃，得到PVC塑料。
本发明的有益效果：本发明的PVC塑料具有良好的机械性能与防静电性能，制备方法简单，易于工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
本申请中部分原料的介绍：
PVC，聚氯乙烯，牌号：1007，购于上海凯茵化工有限公司。
N,N’-乙撑双硬脂酰胺，CAS：110-30-5，纯度99％，购于成都远大化工有限公司。
乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，CAS：28961-43-5，分子量912，纯度97％，购于山东西亚化工科技有限公司。
甲基异丁基甲醇，CAS：108-11-2，纯度99％，购于上海易恩化学技术有限公司。
十八烷基三甲基氯化铵，CAS：112-03-8，纯度99％，购于北京华威锐科化工有限公司。
无水乙醇，CAS：64-17-5，购于萨恩化学技术(上海)有限公司，产品编号：A01A040857。
四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯，CAS：65460-52-8，购于湖北巨盛科技有限公司。
纳米银粉，CAS：85-60-9，购于萨恩化学技术(上海)有限公司，产品编号：W010789-10ml，粒径为30nm。
纳米二氧化钛粉，CAS：1317-70-0，购于萨恩化学技术(上海)有限公司，产品编号：A62322-500g，粒径为20nm。
纳米铁粉，CAS：7439-89-6，购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司，产品编号：I116363-100g，粒径为30nm。
实施例1
一种PVC塑料，由以下重量份原料组成：
100重量份PVC、35重量份抗静电剂、1.5重量份N,N’-乙撑双硬脂酰胺、2.5重量份甲基异丁基甲醇、1重量份乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
所述抗静电剂为功能化十八烷基三甲基氯化铵，所述功能化十八烷基三甲基氯化铵的制备方法为：将十八烷基三甲基氯化铵和无水乙醇按质量比1:10在烧瓶中混合，25℃以1200rpm搅拌2h后得到混合液；加入质量为所述混合液的30％的改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯，25℃以1200rpm搅拌20h，在80℃真空干燥48h，120℃烘干2h后得到所述功能化十八烷基三甲基氯化铵。
所述改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯的制备方法为：将四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯和无水乙醇按质量比1:5在烧瓶中混合，25℃以1200rpm搅拌3h后加入抗静电功能增强剂，所述抗静电功能增强剂和所述四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯的质量比为1:4，继续在25℃以1200rpm搅拌5h，转速16000rpm离心处理，过滤后在120℃烘干滤渣5h，得到所述改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯；所述抗静电功能增强剂为纳米二氧化钛粉。
所述PVC塑料，由以下方法制备而成：
(1)按配方将PVC、抗静电剂、N,N’-乙撑双硬脂酰胺、甲基异丁基甲醇与乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯共混25min，共混温度为115℃，共混转速为500rpm，得到混合料；
(2)将混合料加送入挤出机挤出，注塑成型，挤出温度为165℃，得到PVC塑料。
对比例1
一种PVC塑料，由以下重量份原料组成：
100重量份PVC、35重量份抗静电剂、1.5重量份N,N’-乙撑双硬脂酰胺、2.5重量份甲基异丁基甲醇、1重量份乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
所述抗静电剂为十八烷基三甲基氯化铵。
所述PVC塑料，由以下方法制备而成：
(1)按配方将PVC、抗静电剂、N,N’-乙撑双硬脂酰胺、甲基异丁基甲醇与乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯共混25min，共混温度为115℃，共混转速为500rpm，得到混合料；
(2)将混合料加送入挤出机挤出，注塑成型，挤出温度为165℃，得到PVC塑料。
对比例2
一种PVC塑料，由以下重量份原料组成：
100重量份PVC、35重量份抗静电剂、1.5重量份N,N’-乙撑双硬脂酰胺、2.5重量份甲基异丁基甲醇、1重量份乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
所述抗静电剂为功能化十八烷基三甲基氯化铵，所述功能化十八烷基三甲基氯化铵的制备方法为：将十八烷基三甲基氯化铵和无水乙醇按质量比1:10在烧瓶中混合，25℃以1200rpm搅拌2h后得到混合液；加入质量为所述混合液的30％的四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯，25℃以1200rpm搅拌20h，在80℃真空干燥48h，120℃烘干2h后，得到所述功能化十八烷基三甲基氯化铵。
所述PVC塑料，由以下方法制备而成：
(1)按配方将PVC、抗静电剂、N,N’-乙撑双硬脂酰胺、甲基异丁基甲醇与乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯共混25min，共混温度为115℃，共混转速为500rpm，得到混合料；
(2)将混合料加送入挤出机挤出，注塑成型，挤出温度为165℃，得到PVC塑料。
实施例2
一种PVC塑料，由以下重量份原料组成：
100重量份PVC、35重量份抗静电剂、1.5重量份N,N’-乙撑双硬脂酰胺、2.5重量份甲基异丁基甲醇、1重量份乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
所述抗静电剂为功能化十八烷基三甲基氯化铵，所述功能化十八烷基三甲基氯化铵的制备方法为：将十八烷基三甲基氯化铵和无水乙醇按质量比1:10在烧瓶中混合，25℃以1200rpm搅拌2h后得到混合液；加入质量为所述混合液的30％的改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯，25℃以1200rpm搅拌20h，在80℃真空干燥48h，120℃烘干2h后得到所述功能化十八烷基三甲基氯化铵。
所述改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯的制备方法为：将四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯和无水乙醇按质量比1:5在烧瓶中混合，25℃以1200rpm搅拌3h后加入抗静电功能增强剂，所述抗静电功能增强剂和所述四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯的质量比为1:4，继续在25℃以1200rpm搅拌5h，转速16000rpm离心处理，过滤后在120℃烘干滤渣5h，得到所述改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯；所述抗静电功能增强剂为纳米银粉。
所述PVC塑料，由以下方法制备而成：
(1)按配方将PVC、抗静电剂、N,N’-乙撑双硬脂酰胺、甲基异丁基甲醇与乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯共混25min，共混温度为115℃，共混转速为500rpm，得到混合料；
(2)将混合料加送入挤出机挤出，注塑成型，挤出温度为165℃，得到PVC塑料。
实施例3
一种PVC塑料，由以下重量份原料组成：
100重量份PVC、35重量份抗静电剂、1.5重量份N,N’-乙撑双硬脂酰胺、2.5重量份甲基异丁基甲醇、1重量份乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
所述抗静电剂为功能化十八烷基三甲基氯化铵，所述功能化十八烷基三甲基氯化铵的制备方法为：将十八烷基三甲基氯化铵和无水乙醇按质量比1:10在烧瓶中混合，25℃以1200rpm搅拌2h后得到混合液；加入质量为所述混合液的30％的改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯，25℃以1200rpm搅拌20h，在80℃真空干燥48h，120℃烘干2h后得到所述功能化十八烷基三甲基氯化铵。
所述改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯的制备方法为：将四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯和无水乙醇按质量比1:5在烧瓶中混合，25℃以1200rpm搅拌3h后加入抗静电功能增强剂，所述抗静电功能增强剂和所述四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯的质量比为1:4，继续在25℃以1200rpm搅拌5h，转速16000rpm离心处理，过滤后在120℃烘干滤渣5h，得到所述改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯；所述抗静电功能增强剂为纳米银粉和纳米二氧化钛粉按质量比1:1的混合物。
所述PVC塑料，由以下方法制备而成：
(1)按配方将PVC、抗静电剂、N,N’-乙撑双硬脂酰胺、甲基异丁基甲醇与乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯共混25min，共混温度为115℃，共混转速为500rpm，得到混合料；
(2)将混合料加送入挤出机挤出，注塑成型，挤出温度为165℃，得到PVC塑料。
对比例3
一种PVC塑料，由以下重量份原料组成：
100重量份PVC、35重量份抗静电剂、1.5重量份N,N’-乙撑双硬脂酰胺、2.5重量份甲基异丁基甲醇、1重量份乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
所述抗静电剂为功能化十八烷基三甲基氯化铵，所述功能化十八烷基三甲基氯化铵的制备方法为：将十八烷基三甲基氯化铵和无水乙醇按质量比1:10在烧瓶中混合，25℃以1200rpm搅拌2h后得到混合液；加入质量为所述混合液的30％的改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯，25℃以1200rpm搅拌20h，在80℃真空干燥48h，120℃烘干2h后得到所述功能化十八烷基三甲基氯化铵。
所述改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯的制备方法为：将四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯和无水乙醇按质量比1:5在烧瓶中混合，25℃以1200rpm搅拌3h后加入抗静电功能增强剂，所述抗静电功能增强剂和所述四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯的质量比为1:4，继续在25℃以1200rpm搅拌5h，转速16000rpm离心处理，过滤后在120℃烘干滤渣5h，得到所述改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯；所述抗静电功能增强剂为纳米银粉和纳米铁粉按质量比1:1的混合物。
所述PVC塑料，由以下方法制备而成：
(1)按配方将PVC、抗静电剂、N,N’-乙撑双硬脂酰胺、甲基异丁基甲醇与乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯共混25min，共混温度为115℃，共混转速为500rpm，得到混合料；
(2)将混合料加送入挤出机挤出，注塑成型，挤出温度为165℃，得到PVC塑料。
对比例4
一种PVC塑料，由以下重量份原料组成：
100重量份PVC、35重量份抗静电剂、1.5重量份N,N’-乙撑双硬脂酰胺、2.5重量份甲基异丁基甲醇、1重量份乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
所述抗静电剂为功能化十八烷基三甲基氯化铵，所述功能化十八烷基三甲基氯化铵的制备方法为：将十八烷基三甲基氯化铵和无水乙醇按质量比1:10在烧瓶中混合，25℃以1200rpm搅拌2h后得到混合液；加入质量为所述混合液的30％的改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯，25℃以1200rpm搅拌20h，在80℃真空干燥48h，120℃烘干2h后得到所述功能化十八烷基三甲基氯化铵。
所述改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯的制备方法为：将四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯和无水乙醇按质量比1:5在烧瓶中混合，25℃以1200rpm搅拌3h后加入抗静电功能增强剂，所述抗静电功能增强剂和所述四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯的质量比为1:4，继续在25℃以1200rpm搅拌5h，转速16000rpm离心处理，过滤后在120℃烘干滤渣5h，得到所述改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯；所述抗静电功能增强剂为纳米铁粉和纳米二氧化钛粉按质量比1:1的混合物。
所述PVC塑料，由以下方法制备而成：
(1)按配方将PVC、抗静电剂、N,N’-乙撑双硬脂酰胺、甲基异丁基甲醇与乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯共混25min，共混温度为115℃，共混转速为500rpm，得到混合料；
(2)将混合料加送入挤出机挤出，注塑成型，挤出温度为165℃，得到PVC塑料。
测试例1
体积电阻率测试：按照国家标准GB/T 15662-1995《导电、防静电塑料体积电阻率测试方法》对实施例及对比例的PVC塑料试样进行抗静电性能测试。试样尺寸：80mm×10mm×3mm，测试环境：23±2℃，50％±5％；平行5组，取平均值。
表1 PVC塑料的抗静电性能测试结果
测试例2
防静电性能测试：按照大众汽车Antistatic property acc.to PV3977方法对实施例及对比例的PVC塑料试样进行测试，时间120s，温度23℃。平行测试20次，剔除异常值，再取平均值。注：标准≤0.3KV(after 120s)。
表2 PVC塑料的测试结果(90℃/500h老化后)
90℃/500h老化后
实施例1
0.22KV
对比例2
0.43KV
实施例2
0.20KV
实施例3
0.11KV
对比例3
0.27KV
对比例4
0.29KV
对比例1
0.50KV
比较实施例1-2与对比例1-2可知，采用改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯对十八烷基三甲基氯化铵进一步改性后，塑料的防静电性能得到增强；这是因为十八烷基三甲基氯化铵具有抗静电效果，铵盐中的铵根离子具有极性，一方面改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯中的四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯的钛属于金属元素，本身具有一定极性，能够释放和吸收电子，能促进电子的迁移扩散，减小塑料的体积电阻率；并且，四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯中的酰氧基属于给电子团，其中的氧原子存在孤对电子，孤对电子容易与环境中的电子发生交换，这就促进了电子的扩散迁移，进一步降低体积电阻率；改性后十八烷基三甲基氯化铵的铵根和四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯的酰氧基(极性)协同形成一种近似离子键的键合，也就使得这两种物质的功能超越了简单的叠加；
另一方面改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯中的纳米银与纳米二氧化钛当的金属原子可作为电子的良好运载体，金属本身的还原性使其易失电子，成为阳离子后又可以吸收环境中的游离电子并氧化成原子，一失一得之间就促进了电子的扩散移动，并且可以起到催化作用使这种短程内的氧化还原作用不断进行，由此对电子迁移扩散作出贡献；此外四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯中的酰氧基存在一定程度的极性作用，可以与纳米银、纳米二氧化钛以离子键形式结合，而非简单的加和。
比较实施例3与实施例1-2及对比例3-4可知，采用纳米银和纳米二氧化钛复配制备的改性四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯，进一步提高了塑料的防静电性能；这是因为塑料电阻的产生是塑料中各原子对电子产生了散射波，而这两种物质的原子半径的差别恰好导致了它们各自对电子的散射波之间存在相位差，两种散射波之间正好发生抵消，也就减小了塑料的体积电阻率；而铁原子的尺寸使得其在与纳米银或纳米二氧化钛复配使用时各元素原子对于电子散射波的叠加相消效果不如纳米银/纳米二氧化钛复配，这与各原子对电子的散射波的相位差有关。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
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