[發明專利]納米二氧化硅-氯乙烯原位聚合雜化材料的制備方法

無效

• 申請號: 200910209010.5
• 申請日: 2009-10-23
• 公開（公告）號: CN101838358A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 田愛娟;李小紅;王志東;束華東;張東州;張治軍
• 申請（專利權）人: 河南大學;天津渤天化工有限責任公司
• 主分類號: C08F114/06
• 分類號: C08F114/06;C08F2/44;C08K3/36;C08K9/04
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技術領域：

本發明涉及化學工程技術領域，尤其涉及原位聚合納米二氧化硅-聚氯乙烯雜化材料的制備方法。

背景技術：

聚氯乙烯(PVC)具有阻燃、絕緣、耐化學腐蝕等優良特點，在建筑、輕工、農用、包裝、日用等領域有著廣泛的應用。但是聚氯乙烯也具有抗沖擊性能差、熱穩定性差等明顯的缺陷，一定程度上限制了聚氯乙烯的應用范圍。傳統的聚氯乙烯增韌方法是在基體中添加CPE、ACR、MBS等橡膠彈性體，橡膠彈性體的加入使材料的韌性大幅度提高，但同時使材料的剛度、強度、熱變形溫度大幅降低，并使材料的成本加大。

近些年隨著納米材料的迅速發展，人們開始嘗試用納米材料改性聚氯乙烯。熔融共混法制備納米顆粒改性的聚氯乙烯復合材料使材料的力學性能和熱穩定性得到一定程度的提高。但是熔融共混過程中伴隨著聚氯乙烯的分解，在一定程度上降低了材料的有效使用期和穩定性。同時無機納米材料由于本身容易團聚且與有機基體材料相容性差的因素，很難在基體材料中實現良好的分散，使材料的性能并不能達到理想的要求。

原位聚合技術是在納米顆粒存在于氯乙烯單體聚合反應體系的情況下引發單體聚合，在氯乙烯單體聚合成聚氯乙烯的過程中使納米顆粒分散到聚氯乙烯基體中。原位聚合技術可以有效地解決納米顆粒在聚氯乙烯基體中的分散性問題，同時，納米顆粒表面的活性基團還可以與單體聚合過程中或聚合后的合適的有機結構發生化學反應，使納米顆粒與聚氯乙烯分子鏈以化學鍵相連接，有效增強二者之間的作用力，對材料的性能也會帶來很大的提高。尤其是采用表面修飾技術生產的納米二氧化硅，其表面修飾上的有機活性官能團存在參與氯乙烯單體聚合反應的可能，大大提高了納米顆粒與聚氯乙烯基體材料化學鍵相連的幾率。采用原位聚合技術可以充分體現納米材料的增強特性，達到以少量的納米材料使用量獲得較高的材料性能的效果，對控制雜化材料的生產成本起到積極有效的作用。

發明內容

本發明的目的是利用納米二氧化硅原位改性聚氯乙烯樹脂，提供一種力學性能和熱穩定性優良的納米二氧化硅-聚氯乙烯雜化材料的制備方法。

方法步驟為：

(1)將納米二氧化硅加入有機溶劑和無離子水的混合溶劑中，攪拌使納米二氧化硅充分分散，用無離子水將其稀釋。充分混合至納米二氧化硅均勻分散，制得均勻的納米二氧化硅乳液。

(2)在聚合反應釜中加入無離子水、分散劑、PH值調節劑、聚合引發劑等原料，密閉反應釜，攪拌均勻；

(3)向聚合反應釜中加入氯乙烯單體，開動攪拌，冷攪0-30min，使聚合體系混合均勻；

(4)升溫至反應溫度30～70℃，聚合反應開始，控制聚合反應溫度。

(5)向反應體系加入納米二氧化硅乳液的方式可以選擇在反應開始前隨物料一起加入反應釜或在聚合反應過程中加入反應體系。

(6)待反應釜內體系壓力下降到0.03-0.25MPa時，終止聚合反應。

(7)脫除未反應的氯乙烯單體，出料、離心、干燥得納米二氧化硅-聚氯乙烯雜化樹脂材料。

所述納米二氧化硅為氣相法納米二氧化硅、沉淀法納米二氧化硅和經過表面改性技術生產的納米二氧化硅。優先選用與聚氯乙烯單體具有較好相容性的、表面以化學鍵結合有機化合物而實現改性的納米二氧化硅。用量為每1000質量份的氯乙烯單體加入納米二氧化硅0.1～200質量份。

所述納米二氧化硅乳液中有機溶劑為甲醇、乙醇、丙酮、庚烷等碳鏈長度在10個碳以內的醇類、酮類、烯酸類或液態烷烴、烯烴類物質中的一種或兩種的復合物。用量為納米二氧化硅、有機溶劑、水質量比為1∶0.5～5.0∶1～5。

所述納米二氧化硅乳液加入反應體系方式為聚合反應開始前隨其他物料一起加入或在聚合反應過程中一次性加入、或均勻流加、或在聚合反應過程中分批次多次加入。

所述分散劑為不同醇解度、不同聚合度的聚乙烯醇類和纖維素醚類分散劑中的一種或兩種或三種的復合物。用量為每1000g氯乙烯單體加入分散劑0.3～7g。

所述聚合引發劑為偶氮類和過氧類引發劑中的一種或兩種的復合物。用量為每1000g氯乙烯單體加入引發劑0.4～7mL。

所述PH值調節劑為碳酸氫鈉、碳酸氫銨、氨水、磷酸鈣中的一種。用量為每1000g的氯乙烯單體加入PH值調節劑的量為0.05～1.5g。

聚合反應所用氯乙烯單體與無離子水的質量比為1∶1.5～2.5。