一种纳米二氧化钛改性的聚氯乙烯材料及制备方法与流程

本发明涉及一种纳米颗粒改性的聚氯乙烯(PVC)包覆材料及其制备方法，尤其是一种纳米尺度半导体颗粒改性的聚氯乙烯(PVC)包覆材料及其制备方法，具体地说是一种纳米二氧化钛改性的聚氯乙烯材料及制备方法。

背景技术：

生态格网技术，就是将抗腐蚀、耐磨损、高强度的低碳重镀锌、镀铝或镀铝锌加混合稀土钢丝，或包覆聚合物的同质钢丝，编织成的多铰状、六边形网目的网片或夹筋网片，然后将网片裁剪、组装成固滨笼、绿滨垫等结构单元，内部填充石块等填充物，作为建筑基本构件，经严格设计计算，形成安全、稳定的断面结构，用于岸坡、堤防、路基等防护工程。

聚氯乙烯(PVC)具有强度高、成形性能好等特点，常被作为生态格网技术中钢丝表面包覆的聚合物材料，以提高生态格网的抗腐蚀性，但其在应用中由于长时间经受腐蚀、日晒和磨粒磨损，其存在着耐腐蚀性、耐老化、耐磨损性不足的问题。

众所周知，向聚氯乙烯(PVC)等聚合物材料中添加纳米二氧化钛(TiO₂)等纳米尺度半导体陶瓷颗粒可以提高聚氯乙烯(PVC)等聚合物材料的结晶度和抗腐蚀性，同时亦可以有效提高聚氯乙烯(PVC)等聚合物材料的耐老化性。

迄今为止，我国尚未有一种纳米二氧化钛改性的聚氯乙烯材料及制备方法可供使用，这在一定程度上制约了我国高性能PVC材料的发展。

技术实现要素：

本发明的目的是在聚氯乙烯(PVC)主要成分的基础上，通过添加纳米尺度二氧化钛(TiO₂)颗粒，发明一种纳米二氧化钛改性的聚氯乙烯材料及制备方法， 从而，在保持强度高特点的基础上，使其具有更好的耐蚀性、耐磨性、耐老化性等功能特性。

按照本发明提供的技术方案，一种纳米二氧化钛改性的聚氯乙烯材料，其特征在于：包括以下组份，其组份比例按重量份数计：

聚氯乙烯(PVC)98.50～99.00份，纳米二氧化钛(TiO₂)1.0～1.5份；

先采用高能球磨机分别对纳米二氧化钛(TiO₂)颗粒进行高能球磨分散；再将高能球磨分散的纳米二氧化钛(TiO₂)颗粒与聚氯乙烯(PVC)颗粒混合，并再次进行高能球磨混合；再采用螺杆挤压机将纳米二氧化钛(TiO₂)与聚氯乙烯(PVC)混合料熔融、挤出制成成品，即可获得纳米二氧化钛(TiO₂)改性的聚氯乙烯(PVC)材料。

一种纳米二氧化钛改性的聚氯乙烯材料的制备方法，包括以下步骤，其组份比例按重量份数计：

(1)、采用高能球磨机对纳米二氧化钛(TiO2)颗粒进行高能球磨分散；

取粒径40～100纳米的二氧化钛(TiO₂)颗粒放入球磨机中，进行高能球磨，球磨机型号为：QM-3SP4，球磨转速为200～250r/min，球磨时间为2～3h；

(2)、制备纳米二氧化钛(TiO₂)与聚氯乙烯(PVC)混合料；

取经球磨的纳米二氧化钛(TiO₂)14～20份，聚氯乙烯(PVC)颗粒3960～4172份，放入球磨机中，进行高能球磨，球磨机型号为：QM-3SP4，球磨转速为300～350r/min，球磨时间为3～4h；充分混合均匀成纳米二氧化钛(TiO₂)与聚氯乙烯(PVC)混合料；

(3)、制备改性的聚氯乙烯(PVC)材料；

在1000立升螺杆挤压机(SHJ-20B)中加入纳米二氧化钛(TiO₂)与聚氯乙烯(PVC)混合料75～80份、碳黑粉12～15份、石墨粉8～15份，同时启动螺 杆挤压机加热设备，温度达到130～150℃，熔融、挤出制成纳米二氧化钛(TiO₂)改性的聚氯乙烯(PVC)材料。

本发明的有益效果是：

(1)本发明纳米二氧化钛(TiO₂)改性的聚氯乙烯(PVC)材料，保持了聚氯乙烯的成形性能好、表面质量高、组织致密、强度高等特点。如本发明纳米二氧化钛(TiO₂)改性的聚氯乙烯(PVC)材料(以实施例一为例)，其强度(按GB/T1040-1992测试)为28.059MPa，比常规聚氯乙烯(以对比例一为例)的强度27.157MPa提高了3.32％。

(2)本发明纳米二氧化钛(TiO₂)改性的聚氯乙烯(PVC)材料，具有高的抗腐蚀性。如在3.5％的NaCl水溶液中恒温水浴120小时(试验温度为60℃)的腐蚀试验中，本发明纳米二氧化钛(TiO₂)改性的聚氯乙烯(PVC)材料(以实施例一为例)的腐蚀失重2.4047g/m²，仅是常规聚氯乙烯包覆材料(以对比例一为例)腐蚀失重(11.0586g/m²)的21.75％，耐腐蚀性提高4.6倍。

(3)本发明公开了纳米二氧化钛(TiO₂)改性的聚氯乙烯(PVC)材料及制备方法，在一定程度上促进了我国生态格网的发展。

附图说明

图1是本发明实施例一的腐蚀表面形貌。

图2是本发明对比例一的腐蚀表面形貌。

具体实施方式：

下面本发明将结合实施例作进一步描述：

实施例一：本发明一种纳米二氧化钛改性的聚氯乙烯材料的制备方法，包括以下步骤，其组份比例按重量份数计：

(1)、采用高能球磨机对纳米二氧化钛(TiO2)颗粒进行高能球磨分散；

取粒径40纳米的二氧化钛(TiO₂)颗粒放入球磨机中，进行高能球磨，球磨机型号为：QM-3SP4，球磨转速为200r/min，球磨时间为2h；

(2)、制备纳米二氧化钛(TiO₂)与聚氯乙烯(PVC)混合料；

取经球磨的纳米二氧化钛(TiO₂)14份，聚氯乙烯(PVC)颗粒3960份，放入球磨机中，进行高能球磨，球磨机型号为：QM-3SP4，球磨转速为300r/min，球磨时间为3h；充分混合均匀成纳米二氧化钛(TiO₂)与聚氯乙烯(PVC)混合料；

(3)、制备改性的聚氯乙烯(PVC)材料；

在1000立升螺杆挤压机(SHJ-20B)中加入纳米二氧化钛(TiO₂)与聚氯乙烯(PVC)混合料75份、碳黑粉12份、石墨粉8份，同时启动螺杆挤压机加热设备，温度达到130℃，熔融、挤出制成纳米二氧化钛(TiO₂)改性的聚氯乙烯(PVC)材料。

本实施例得到的纳米二氧化钛(TiO₂)改性的聚氯乙烯(PVC)材料的成分为：1.0％纳米二氧化钛(TiO₂)、99.0％聚氯乙烯(PVC)。

本实施例得到的纳米二氧化钛(TiO₂)改性的聚氯乙烯(PVC)材料，按GB/T1040-1992检测，其强度为28.059MPa；在3.5％的NaCl水溶液中恒温水浴120小时(试验温度为60℃)的腐蚀试验中腐蚀失重为2.4047g/m²，腐蚀表面仅有微量面积被腐蚀(图1)。

对比例一：一种常规聚氯乙烯包覆材料的制备方法：

按4000g聚乙烯配制为例。

将4000g聚氯乙烯采用螺杆挤压机熔融、挤出制成制品，即可获得常规聚氯乙烯。

本对比例的聚氯乙烯包覆材料的成分为：100％聚氯乙烯。

本对比例的聚氯乙烯包覆材料，其强度为27.157MPa，，在3.5％的NaCl水溶液中恒温水浴120小时(试验温度为60℃)的腐蚀试验中腐蚀失重11.0586g/m²，腐蚀表面有大量面积被腐蚀(图2)。