本發(fā)明涉及聚氯乙烯管材的制備技術(shù)，具體涉及一種具有低煙阻燃性能的水滑石接枝改性聚氯乙烯管材及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚氯乙烯管材在眾多塑料管材中占有重要的地位，其具有質(zhì)量輕、耐酸堿腐蝕、輸送流體時(shí)阻力小、絕緣性優(yōu)良、施工迅速容易、使用壽命長(zhǎng)、二次加工方便、原材料來(lái)源充足、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等領(lǐng)域。然而，聚氯乙烯自身也存在缺陷和不足，如熱穩(wěn)定性差，增塑作用不穩(wěn)定，易揮發(fā)遷移，硬制品呈脆性，抗沖擊性能差等。
孟麗、趙季若等人在其《原位接枝制備PVC半互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物及其表征與性能研究》一文中采用氯化原位接枝方法將PVC和甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)接枝共混，之后利用己二胺使聚甲基丙烯酸縮水甘油酯發(fā)生交聯(lián)形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與PVC線型大分子鏈相互貫穿，制備以PVC為基質(zhì)的半互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物，提高了PVC的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性等。
水滑石可以與聚氯乙烯分解產(chǎn)生HCl發(fā)生反應(yīng)，可以對(duì)聚氯乙烯起到熱穩(wěn)定作用，而且水滑石與其他一些熱穩(wěn)定助劑復(fù)合時(shí)，熱穩(wěn)定作用更加明顯；水滑石可吸收太陽(yáng)光中的紫外線，并將其轉(zhuǎn)化為熱量釋放掉，減少聚氯乙烯受到強(qiáng)烈紫外線的直接照射而降解的可能性，提高耐候性；水滑石含有結(jié)合水，并具有層板結(jié)構(gòu)，可以吸收聚氯乙烯燃燒放出的熱量，抑制煙霧的產(chǎn)生，提高阻燃性；因此，水滑石是一種優(yōu)良的、多功能的聚氯乙烯助劑或改性劑。
因此本發(fā)明使用聚氯乙烯與甲基丙烯酸縮水甘油酯原位接枝制備接枝產(chǎn)物PVC-cg-GMA，之后利用甲基丙烯酸縮水甘油酯的環(huán)氧基團(tuán)與水滑石接枝反應(yīng)，提高了聚氯乙烯管材的熱穩(wěn)定性、耐候性能，同時(shí)具有優(yōu)異的力學(xué)性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種具有低煙阻燃性能的水滑石接枝改性聚氯乙烯管材及其制備方法。
一種具有低煙阻燃性能的水滑石接枝改性聚氯乙烯管材，由以下重量份的原料組成：聚氯乙烯70-90份，甲基丙烯酸縮水甘油酯7-14份，SiO2 2-5份，丙酮適量，甲醇適量，水滑石12-17份，二甲基亞砜43-65份，四氯化錫0.3-1份，有機(jī)錫熱穩(wěn)定劑1-2份，氯化聚乙烯4-8份，氧化聚乙烯蠟1-3份，鄰苯二甲酸二辛酯2-5份，硼酸鋅1-3份，氧化鋁1-2份，氫氧化鋁1-3份。
具體步驟如下：
（1）聚氯乙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯（PVC-cg-GMA）的制備：
在裝有攪拌器、溫度計(jì)和導(dǎo)氣管的三口燒瓶中加入預(yù)干燥的聚氯乙烯，在攪拌狀態(tài)下緩慢加入甲基丙烯酸縮水甘油酯，膨潤(rùn)10-13小時(shí)后，加入SiO2防止聚氯乙烯結(jié)塊，繼續(xù)攪拌至均勻，然后在攪拌、常溫下通入氯氣置換體系空氣，升溫至110-122℃，反應(yīng)20-30分鐘，停止通氯氣并停止加熱后抽真空，降溫至低于100℃時(shí)，置換空氣3-4次，趁熱將反應(yīng)液緩慢的倒入盛有丙酮和甲醇混合溶液的燒杯中沉淀，邊沉淀邊用玻璃棒攪拌，抽濾得到濾餅，將濾餅搗碎，放在50-60℃真空干燥至恒重，得到接枝產(chǎn)物PVC-cg-GMA；
（2）PVC-cg-GMA接枝水滑石的制備：
將水滑石加入二甲基亞砜中攪拌8-15分鐘，之后超聲分散10-25分鐘，分散均勻后，加入步驟（1）PVC-cg-GMA，在室溫下攪拌混勻后，再逐滴滴入四氯化錫的二甲基亞砜溶液，反應(yīng)20-40分鐘，反應(yīng)結(jié)束后，洗滌得到PVC-cg-GMA接枝水滑石；
（3）預(yù)混：
啟動(dòng)高速攪拌機(jī)并加熱至55-75℃，將步驟（2）PVC-cg-GMA接枝水滑石、有機(jī)錫熱穩(wěn)定劑、氯化聚乙烯、硼酸鋅、氫氧化鋁依次加入高速攪拌機(jī)中，邊攪拌邊加熱至95-110℃，之后加入鄰苯二甲酸二辛酯、氧化鋁，最后再加入氧化聚乙烯蠟，攪拌均勻后，冷卻到60℃以下出料，再進(jìn)行冷混，完成后得到預(yù)混物；
（4）擠出、注塑：
將步驟（3）的預(yù)混物加入到擠出機(jī)中，經(jīng)過(guò)熔融、塑化、混合從擠出機(jī)的機(jī)頭連續(xù)擠出物料，完成后得到擠出混合物，之后利用注塑機(jī)將混合物注塑成標(biāo)準(zhǔn)試樣，得到產(chǎn)品。
其中，所述的步驟（1）中丙酮和甲醇混合溶液是由丙酮與甲醇以體積比為1:1混合而成。
其中，所述的步驟（4）中擠出機(jī)設(shè)定參數(shù)如下：螺桿轉(zhuǎn)速為13-16r/min，進(jìn)料速度為45-50mm/s，壓力為70Mpa，擠出機(jī)加料段溫度設(shè)定為165-175℃，混煉段175-185℃，計(jì)量段180-190℃，機(jī)頭段180-185℃。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）本發(fā)明使用的甲基丙烯酸縮水甘油酯中含有活撥的乙稀基及有離子性反應(yīng)的環(huán)氧基的兩個(gè)官能團(tuán)，與聚氯乙烯發(fā)生氯化原位接枝反應(yīng)制PVC-cg-GMA時(shí)雙鍵參加反應(yīng)，使得環(huán)氧基團(tuán)位于側(cè)鏈上，之后與水滑石反應(yīng)，在催化劑作用下水滑石表面的羥基進(jìn)攻環(huán)氧基團(tuán)發(fā)生加成反應(yīng)，水滑石被接枝在PVC-cg-GMA骨架上，生成PVC-cg-GMA接枝水滑石復(fù)合物。
（2）本發(fā)明對(duì)水滑石的接枝改性后，提高了水滑石的親油性和與聚氯乙烯的相容性，使其能在聚氯乙烯基體中達(dá)到均勻的分散，與有機(jī)錫熱穩(wěn)定劑復(fù)配有效發(fā)揮水滑石對(duì)聚氯乙烯的熱穩(wěn)定性、耐候性能，另外材料的沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度也有一定提高，達(dá)到增強(qiáng)效果。
（3）該復(fù)合材料阻燃抑煙性能得到顯著提高，極限氧指數(shù)LOI≥40，煙密度等級(jí)≤75；耐熱性也得到大幅度提高。
具體實(shí)施方式
一種具有低煙阻燃性能的水滑石接枝改性聚氯乙烯管材，由以下重量份的原料組成：聚氯乙烯80，甲基丙烯酸縮水甘油酯10，SiO2 3，丙酮適量，甲醇適量，水滑石15，二甲基亞砜50，四氯化錫0.8，有機(jī)錫熱穩(wěn)定劑2，氯化聚乙烯6，氧化聚乙烯蠟2，鄰苯二甲酸二辛酯3，硼酸鋅2，氧化鋁2，氫氧化鋁2。
具體步驟如下：
（1）聚氯乙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯（PVC-cg-GMA）的制備：
在裝有攪拌器、溫度計(jì)和導(dǎo)氣管的三口燒瓶中加入預(yù)干燥的聚氯乙烯，在攪拌狀態(tài)下緩慢加入甲基丙烯酸縮水甘油酯，膨潤(rùn)12小時(shí)后，加入SiO2防止聚氯乙烯結(jié)塊，繼續(xù)攪拌至均勻，然后在攪拌、常溫下通入氯氣置換體系空氣，升溫至115℃，反應(yīng)25分鐘，停止通氯氣并停止加熱后抽真空，降溫至低于100℃時(shí)，置換空氣3次，趁熱將反應(yīng)液緩慢的倒入盛有丙酮和甲醇混合溶液的燒杯中沉淀，邊沉淀邊用玻璃棒攪拌，抽濾得到濾餅，將濾餅搗碎，放在55℃真空干燥至恒重，得到接枝產(chǎn)物PVC-cg-GMA；
（2）PVC-cg-GMA接枝水滑石的制備：
將水滑石加入二甲基亞砜中攪拌10分鐘，之后超聲分散20分鐘，分散均勻后，加入步驟（1）PVC-cg-GMA，在室溫下攪拌混勻后，再逐滴滴入四氯化錫的二甲基亞砜溶液，反應(yīng)30分鐘，反應(yīng)結(jié)束后，洗滌得到PVC-cg-GMA接枝水滑石；
（3）預(yù)混：
啟動(dòng)高速攪拌機(jī)并加熱至55-75℃，將步驟（2）PVC-cg-GMA接枝水滑石、有機(jī)錫熱穩(wěn)定劑、氯化聚乙烯、硼酸鋅、氫氧化鋁依次加入高速攪拌機(jī)中，邊攪拌邊加熱至95-110℃，之后加入鄰苯二甲酸二辛酯、氧化鋁，最后再加入氧化聚乙烯蠟，攪拌均勻后，冷卻到60℃以下出料，再進(jìn)行冷混，完成后得到預(yù)混物；
（4）擠出、注塑：
將步驟（3）的預(yù)混物加入到擠出機(jī)中，經(jīng)過(guò)熔融、塑化、混合從擠出機(jī)的機(jī)頭連續(xù)擠出物料，完成后得到擠出混合物，之后利用注塑機(jī)將混合物注塑成標(biāo)準(zhǔn)試樣，得到產(chǎn)品。
其中，所述的步驟（1）中丙酮和甲醇混合溶液是由丙酮與甲醇以體積比為1:1混合而成。
其中，所述的步驟（4）中擠出機(jī)設(shè)定參數(shù)如下：螺桿轉(zhuǎn)速為15r/min，進(jìn)料速度為48mm/s，壓力為70Mpa，擠出機(jī)加料段溫度設(shè)定為170℃，混煉段180℃，計(jì)量段185℃，機(jī)頭段182℃。
性能測(cè)試結(jié)果如下：
拉伸強(qiáng)度：45.0MPa，彎曲強(qiáng)度：84MPa，沖擊強(qiáng)度為78.7KJ/m2，維卡軟化溫度（1Kg負(fù)荷）：81.6℃。