專利名稱：一種聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于無機-有機復合材料類的制備，具體涉及一種聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料及其制備方法
背景技術：
地質聚合物是一類以無機[SiO4]4' [AlO4 ]&四面體為主要骨架，由離子鍵、共價鍵鍵合而成的無機硅鋁酸鹽，其結構為不規則的三維網狀結構，堿金屬陽離子和堿土金屬陽離子充填網絡空隙而形成的非晶態至半晶態的固體材料。它具有抗壓強度高、環保、耐高溫、耐腐蝕、體積收縮小和導熱率低等優異性能，但是它的抗拉、抗彎強度低，極限應變小，抗沖強度差，脆性大，易開裂，存在著嚴重的耐久性問題，限制了其應用范圍。針對上述缺點，通常需要添加一些有機物或無機物來增加地質聚合物的力學和物理性能。目前，張耀君等人的發明專利(申請號 200910022109. 4,200910022112. 6,200910022803. 6、201010153097. I)報導了有機高分子與地質聚合物復合膠凝材料的制備方法。這四個專利中有機高分子分別指的是苯乙烯/丙烯酸甲酯共聚乳液、苯乙烯/丙烯酸丁酯共聚物乳液、二元復配的有機高分子醋酸乙烯酯乳膠粉和聚丙烯酸酯樹脂乳液、丙烯酸丁酯-丙烯酸樹脂乳液，通過添加以上有機高分子制備的復合材料抗折強度雖然得到提高，但是強度提高的幅度不是十分理想，其28d齡期的抗折強度最大為9. OMpa,比無機硅鋁酸鹽聚合物提高了 2. 08倍。除此之外，以地質聚合物為基體，在制備過程中添加各種纖維改善地質聚合物的韌性及抗裂性，纖維的加入雖然可顯著增強其強度，但存在價格昂貴、成型工藝復雜等缺點。
發明內容
針對現有堿激發地質聚合物膠凝材料普遍存在脆性大，韌性差的缺陷，本發明的目的在于，采用堿激發技術、有機高分子樹脂增強技術、受壓成型技術相結合的途徑提供一種早強、高強、高韌，強度性能穩定，可替代陶瓷材料、有機以及木材等作板材、管材、棒材、絕緣材料、低溫材料等，具有防水、耐腐蝕性、耐久性、耐候性、防火特性、抗裂性好等優點的聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料及其制備方法。聚氯乙烯樹脂增強的地質聚合物復合材料的制備方法是通過以下步驟實現的將偏高嶺土、水玻璃溶液和水在室溫下攪拌均勻后制得堿激發地質聚合物；將50-70%(質量百分數，后同)的堿激發地質聚合物、29. 13-45. 45%的聚氯乙烯樹脂和0. 87-4. 55%的熱穩定劑經高速混合機混合均勻、塑煉、受壓成型、脫模獲得聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料。所述的堿激發地質聚合物由偏高嶺土、水玻璃溶液和水組成，其基本組分為
= 3,0-4.5 ,= 0.8-1.1,= 9.0-11.5。
IiM2OjIiA2O3IiAl2O3所述的偏高嶺土是由高嶺土在500-800 V的條件下煅燒I. 5-2. 5h、粉磨成100-1000目細粉，其主要組分質量百分數含量分別為，Al2O3 42-46%，SiO2 50-57%，其它1%-4%。
所述的水玻璃溶液由模數為I. 5-3. 2的水玻璃與NaOH配制成的水溶液，密封陳化12-48h 備用。所述的熱穩定劑包括鈣鋅復合熱穩定劑、硬脂酸鋇、硬脂酸鋅、稀土復合穩定劑、甲基有機錫、環氧大豆油等中的一種或一種以上的混合物。所述塑煉其溫度為140_180°C，時間為4_8min。所述受壓成型其壓力為5-15Mpa，溫度為160_180°C，時間為5_10min。本發明的聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料及其制備方法，帶來的技術效果是采用有機高分子聚氯乙烯樹脂對地質聚合物進行結構改性，有機聚合物與無機聚合物被均勻地混合在一起。聚氯乙烯樹脂經過塑煉后聚氯乙烯分子鏈則與地質聚合物的Si-O-Al網絡形成新的無機-有機穿插的三維網絡結構，改善地質聚合物的微觀結構，而且聚氯乙烯樹脂的加入量較大，從而大幅提高了復合材料的韌性，該復合材料抗折強度均高于地質聚合物，最高抗折強度達到78. 5Mpa以上；解決了偏高嶺土制備的地質聚合物存在脆性大、韌性差的關鍵技術問題。另外，本發明的產品聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料不但具有地質聚合物的優良特性，還具有聚氯乙烯樹脂的特性，可替代陶瓷材料、有機以及木材等作板材、管材、棒材、絕緣材料、低溫材料等。同時，它制備工藝簡單、具有很好的加工性，無需養護，生產周期短，產品質量穩定，具有產業的利用價值。本發明具有上述諸多優點及實用價值，其不論在制備及應用方法、產品功效上皆有較大的改進，在技術上有顯著的進步，并產生了好用及實用的效果。本發明的創新性之處在于(I)創新性地提出了有機高分子聚氯乙烯樹脂對地質聚合物進行增韌改性的新方法。(2)創新性地提出堿激發技術、有機高分子樹脂增強技術、受壓成型技術相結合的途徑對地質聚合物進行增韌改性的新方法，使復合材料具有較好的力學性能。
具體實施例方式以下是發明的實施例，需要說明的是，這些實施例僅為了發明人更好地詮釋本發明，本發明不限于這些實施例。實施例I :稱取22. 28g氫氧化鈉溶于130. 36g 3. I模數的水玻璃中，密封陳化24h ;稱取偏高嶺土 130g，水9. 20g，在室溫下將偏高嶺土、陳化的水玻璃溶液以及水，置入雙轉雙速凈漿攪拌機中進行攪拌，攪拌形成混合均勻的漿體，制得堿激發地質聚合物；稱取聚氯乙烯樹脂(型號為SG5) 277. 94g，鈣鋅復合熱穩定劑13. 90g，將制備的堿激發地質聚合物與已稱量好的聚氯乙烯樹脂和鈣鋅復合穩定劑在高速混合機中混合2min后，置于雙輥開煉機上進行塑煉，塑煉溫度172°C，塑煉時間5min ;將塑煉的薄片置于鋼制模具中，在液壓機上受壓成型，成型壓力15Mpa，成型溫度176°C，成型時間5min ;降溫至40°C脫模，即得聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料。測定該實施例制備的聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料的抗折強度為78. 5Mpa0實施例2 :稱取30.85g氫氧化鈉溶于180. 50g 3. I模數的水玻璃中，密封陳化24h ;稱取偏高嶺土 180g，水12. 74g，在室溫下將偏高嶺土、陳化的水玻璃溶液以及水，置入雙轉雙速凈漿攪拌機中進行攪拌，攪拌形成混合均勻的漿體，制得堿激發地質聚合物；稱取聚氯乙烯樹脂(型號為SG5) 254. 14g，鈣鋅復合熱穩定劑15. 25g，將制備的堿激發地質聚合物與已稱量好的聚氯乙烯樹脂和鈣鋅復合穩定劑在高速混合機中混合2min后，置于雙輥開煉機上進行塑煉，塑煉溫度176°C，塑煉時間4min ;將塑煉的薄片置于鋼制模具中，在液壓機上受壓成型，成型壓力15Mpa，成型溫度176°C，成型時間5min ;降溫至40°C脫模，即得聚氯乙烯樹脂增強 地質聚合物復合材料。測定該實施例制備的聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料的抗折強度69.26Mpa0實施例3 :稱取32. 57g氫氧化鈉溶于190. 53g 3. I模數的水玻璃中，密封陳化12h ;稱取偏高嶺土 190g，水20. 73g，在室溫下將偏高嶺土、陳化的水玻璃溶液以及水，置入雙轉雙速凈漿攪拌機中進行攪拌，攪拌形成混合均勻的漿體，制得堿激發地質聚合物；稱取聚氯乙烯樹脂(型號為SG5) 220. 38g，鈣鋅復合熱穩定劑13. 22g，將制備的堿激發地質聚合物與已稱量好的聚氯乙烯樹脂和鈣鋅復合穩定劑在高速混合機中混合Imin后，置于雙輥開煉機上進行塑煉，塑煉溫度175°C，塑煉時間5. 5min ;將塑煉的薄片置于鋼制模具中，在液壓機上受壓成型，成型壓力15Mpa，成型溫度173°C，成型時間6min ;降溫至40°C脫模，SP得聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料。測定該實施例制備的聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料的抗折強度68.35Mpa0實施例4:稱取37. 71g氫氧化鈉溶于220.62g 3. I模數的水玻璃中，密封陳化24h ;稱取偏高嶺土 220g，水15. 57g，在室溫下將偏高嶺土、陳化的水玻璃溶液以及水，置入雙轉雙速凈漿攪拌機中進行攪拌，攪拌形成混合均勻的漿體，制得堿激發地質聚合物；稱取聚氯乙烯樹脂(型號為SG5) 199. 69g，鈣鋅復合熱穩定劑11. 98g，將制備的堿激發地質聚合物與已稱量好的聚氯乙烯樹脂和鈣鋅復合穩定劑在高速混合機中混合Imin后，置于雙輥開煉機上進行塑煉，塑煉溫度170°C，塑煉時間6min ;將塑煉的薄片置于鋼制模具中，在液壓機上受壓成型，成型壓力15Mpa，成型溫度175°C，成型時間5min ;降溫至40°C脫模，即得聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料。測定該實施例制備的聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料的抗折強度58.20Mpa。實施例5 :稱取22. 28g氫氧化鈉溶于130. 36g 3. I模數的水玻璃中，密封陳化24h ;稱取偏高嶺土 130g，水9. 20g，在室溫下將偏高嶺土、陳化的水玻璃溶液以及水，置入雙轉雙速凈漿攪拌機中進行攪拌，攪拌形成混合均勻的漿體，制得堿激發地質聚合物；稱取聚氯乙烯糊樹脂(型號為P_440)277. 94g，鈣鋅復合熱穩定劑13. 90g，將制備的堿激發地質聚合物與已稱量好的聚氯乙烯糊樹脂和鈣鋅復合穩定劑在高速混合機中混合2min后，置于雙輥開煉機上進行塑煉，塑煉溫度142°C，塑煉時間Smin ;將塑煉的薄片置于鋼制模具中，在液壓機上受壓成型，成型壓力15Mpa，成型溫度178°C，成型時間5min ;降溫至40°C脫模，即得聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料。測定該實施例制備的聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料的抗折強度為76. 6Mpa。
實施例6 :稱取30. 85g氫氧化鈉溶于180. 50g 3. I模數的水玻璃中，密封陳化24h ;稱取偏高嶺土 180g，水12. 74g，在室溫下將偏高嶺土、陳化的水玻璃溶液以及水，置入雙轉雙速凈漿攪拌機中進行攪拌，攪拌形成混合均勻的漿體，制得堿激發地質聚合物；稱取聚氯乙烯糊樹脂(型號為P_440)254. 14g，鈣鋅復合熱穩定劑15. 25g，將制備的堿激發地質聚合物與已稱量好的聚氯乙烯糊樹脂和鈣鋅復合穩定劑在高速混合機中混合Imin后，置于雙輥開煉機上進行塑煉，塑煉溫度162°C，塑煉時間4. 5min ;將塑煉的薄片置于鋼制模具中，在液壓機上受壓成型，成型壓力15Mpa，成型溫度178°C，成型時間5min ;降溫至40°C脫模，即得聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料。測定該實施例制備的聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料的抗折強度65. 98Mpa0實施例7 :稱取32. 57g氫氧化鈉溶于190. 53g 3. I模數的水玻璃中，密封陳化12h ;稱取偏高嶺土 190g，水20. 73g，在室溫下將偏高嶺土、陳化的水玻璃溶液以及水，置入 雙轉雙速凈漿攪拌機中進行攪拌，攪拌形成混合均勻的漿體，制得堿激發地質聚合物；稱取聚氯乙烯糊樹脂(型號為P_440)212. 36g，鈣鋅復合熱穩定劑21. 24g，將制備的堿激發地質聚合物與已稱量好的聚氯乙烯糊樹脂和鈣鋅復合穩定劑在高速混合機中混合Imin后，置于雙輥開煉機上進行塑煉，塑煉溫度175°C，塑煉時間5. 5min ;將塑煉的薄片置于鋼制模具中，在液壓機上受壓成型，成型壓力15Mpa，成型溫度175°C，成型時間6min ;降溫至40°C脫模，即得聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料。測定該實施例制備的聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料的抗折強度64. 14Mpa0實施例8:稱取37. 71g氫氧化鈉溶于220.62g 3. I模數的水玻璃中，密封陳化24h ;稱取偏高嶺土 220g，水15. 58g，在室溫下將偏高嶺土、陳化的水玻璃溶液以及水，置入雙轉雙速凈漿攪拌機中進行攪拌，攪拌形成混合均勻的漿體，制得堿激發地質聚合物；稱取聚氯乙烯糊樹脂(型號為P-440) 192. 43g，鈣鋅復合熱穩定劑19. 24g，將制備的堿激發地質聚合物與已稱量好的聚氯乙烯糊樹脂和鈣鋅復合穩定劑在高速混合機中混合Imin后，置于雙輥開煉機上進行塑煉，塑煉溫度155°C，塑煉時間6min ;將塑煉的薄片置于鋼制模具中，在液壓機上受壓成型，成型壓力15Mpa，成型溫度175°C，成型時間5min ;降溫至40°C脫模，即得聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料。測定該實施例制備的聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料的抗折強度60.20Mpa。
權利要求
1.一種聚氯乙烯樹脂增強的地質聚合物復合材料的制備方法，是通過以下步驟實現的將偏高嶺土、水玻璃溶液和水在室溫下攪拌均勻后制得堿激發地質聚合物；將50-70% (質量百分數，后同)的堿激發地質聚合物、29. 13-45. 45%的聚氯乙烯樹脂和0. 87-4. 55%的熱穩定劑經高速混合機混合均勻、塑煉、受壓成型、脫模獲得聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料。
2.根據權利要求I所述的一種聚氯乙烯樹脂增強的地質聚合物復合材料的制備方法， 其特征在于，所述的堿激發地質聚合物由偏高嶺土、水玻璃溶液和水組成，其基本組分為
3.根據權利要求I和2所述的一種聚氯乙烯樹脂增強的地質聚合物復合材料的制備方法，其特征在于，所述的偏高嶺土是由高嶺土在500-800°C的條件下煅燒I. 5-2. 5h、粉磨成100-1000目細粉，其主要組分質量百分數含量分別為，Al2O3 42-46%，SiO2 50_57%，其它 1%-4%。
4.根據權利要求I和2所述的一種聚氯乙烯樹脂增強的無機聚合物復合材料的制備方法，其特征在于，所述的水玻璃溶液由模數為I. 5-3. 2的水玻璃與NaOH配制成的水溶液，密封陳化12-48h備用。
5.根據權利要求I所述的一種聚氯乙烯樹脂增強的無機聚合物復合材料的制備方法， 其特征在于，所述的熱穩定劑包括鈣鋅復合熱穩定劑、硬脂酸鋇、硬脂酸鋅、稀土復合穩定齊U、甲基有機錫、環氧大豆油等中的一種或一種以上的混合物。
6.根據權利要求I所述的一種聚氯乙烯樹脂增強的無機聚合物復合材料的制備方法， 其特征在于，所述塑煉其溫度為140-180°C，時間為4-8min。
7.根據權利要求I所述的一種聚氯乙烯樹脂增強的無機聚合物復合材料的制備方法， 其特征在于，所述受壓成型其壓力為5-15Mpa，溫度為160-180°C，時間為5_10min。
全文摘要
本發明公開了聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料的制備方法，是通過以下步驟實現的將偏高嶺土、水玻璃溶液和水在室溫下攪拌均勻后制得堿激發地質聚合物；將50-70%(質量百分數，后同)的堿激發地質聚合物、29.13-45.45%的聚氯乙烯樹脂和0.87-4.55%的熱穩定劑經高速混合機混合均勻、塑煉、受壓成型、脫模獲得聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料。本發明制備的聚氯乙烯樹脂增強地質聚合物復合材料抗折強度均高于地質聚合物，具有早強、高強、高韌、強度穩定性好，最高抗折強度達到78.5Mpa以上。本發明解決了偏高嶺土制備的地質聚合物存在脆性大、韌性差的關鍵技術問題。
文檔編號C04B28/26GK102617105SQ20121008109
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月26日 優先權日2012年3月26日
發明者宋曉玲, 崔學民, 彭兵, 林坤圣, 王祖芳, 黃東 申請人:廣西大學, 新疆石河子中發化工有限責任公司