本发明涉及塑料材料这一技术领域，特别涉及到一种复合聚氯乙烯塑料阀门材料的制备方法及应用。
背景技术：
阀门是用来开闭管路、控制流向、调节和控制输送介质的参数(温度、压力和流量)的管路附件。根据其功能，可分为关断阀、止回阀、调节阀等。阀门根据材质还分为铸铁阀门，铸钢阀门，不锈钢阀门(201、304、316等)，铬钼钢阀门，铬钼钒钢阀门，双相钢阀门，塑料阀门，非标订制阀门等。
随着塑料管路在冷热给水和工业管道工程应用中所占比例的不断提高，塑料管道系统中塑料阀门的质量控制越来越显得尤其重要。由于塑料阀门所具有的质量轻、耐腐蚀、不吸附水垢、可与塑料管路一体化连接和使用寿命长等优点，塑料阀门在给水(尤其是热水与采暖)和工业用其他流体的塑料管路系统中，其应用方面的优势是其他阀门无法相比的。塑料阀门的主要元件是由注塑模具制造的，近些年来，数控机床快速发展、不断更新，促进了模具制造业的发展，精密模具、大型模具以及精密注塑设备的出现，使塑料阀门的生产得到快速发展。
聚氯乙烯，英文简称pvc，是氯乙烯单体在过氧化物、偶氮化合物等引发剂；或在光、热作用下按自由基聚合反应机理聚合而成的聚合物。根据应用范围的不同，pvc可分为：通用型pvc树脂、高聚合度pvc树脂、交联pvc树脂。通用型pvc树脂是由氯乙烯单体在引发剂的作用下聚合形成的；高聚合度pvc树脂是指在氯乙烯单体聚合体系中加入链增长剂聚合而成的树脂；交联pvc树脂是在氯乙烯单体聚合体系中加入含有双烯和多烯的交联剂聚合而成的树脂。普通的聚氯乙烯阀门材料，其断裂伸长率、耐寒性较好，但脆性、硬度、拉伸强度不足，这就需要对聚氯乙烯材料进行改进，以满足更广范围的应用。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种复合聚氯乙烯塑料阀门材料的制备方法及应用，该方法采用将聚氯乙烯、甲基丙烯酸、环氧树脂、邻苯二甲酸二辛脂、云母、去离子水混合后超声、过滤、干燥，随后加入过氧化辛酸叔丁酯、烷基苯磺酸酯进行改性反应，再将改性混合物加入到高速混合机中，添加3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜碱高温活化，最后将活化改性混合物进行聚合、压制，得到成品材料。制备而成的塑料阀门材料，其环刚度等级高、拉伸强度和抗压强度优异，在给排水工程中具有良好的应用前景。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种复合聚氯乙烯塑料阀门材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚氯乙烯60-66份、甲基丙烯酸52-58份、环氧树脂25-35份、邻苯二甲酸二辛脂16-20份、云母粉4-6份、去离子水500份混合，于70℃下搅拌6-8小时，随后升温至90℃后超声分散，过滤后用去离子水洗涤过滤混合物2次，在85℃下真空干燥18-22小时，得初级混合物；
(2)向步骤(1)得到的初级混合物中添加10倍重量的去离子水，同时加入过氧化辛酸叔丁酯6-8份、烷基苯磺酸酯3-5份，用乙酸溶液调节ph至5.5，将溶液体系加热到80-90℃保温反应30-50分钟，停止反应后将反应混合液冷却至室温并用离心沉淀机进行高速离心沉淀，加入去离子水重新分散，再次离心沉淀，得到改性混合物；
(3)将高速混合机升温至160℃，加入步骤(2)得到的改性混合物，同时加入去离子水250份，先低速搅拌混合6-8min，再高速搅拌混合15-20min，待料温达到120-130℃时，加入3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜碱3-5份，继续高速搅拌至料温达到140-150℃后进行冷却，得到活化改性混合物；
(4)将步骤(3)得到的活化改性混合物导入缩聚釜，控制反应温度为220-230℃，在高真空环境以及强力搅拌条件下进行聚合反应，获得聚合物；
(5)将步骤(4)得到的聚合物加入塑料模压机，经模压成型，制得成品。
优选地，所述步骤(1)中超声分散优选为先在功率250w的条件下超声分散1.5小时，然后再在功率500w条件下超声分散2.5小时。
优选地，所述步骤(4)中聚合反应的真空度为-0.1mpa，搅拌速度为3000转/分钟。
优选地，所述步骤(5)中的模压分先热压后冷压两步，热压温度为150-160℃，预热时间为20分钟，压力为120-130mpa，时间为10-15分钟；冷压温度为30-40℃，压力为80-100mpa，时间为10-15分钟。
进一步的，本发明还公开了所述制备方法得到的复合聚氯乙烯塑料阀门材料在给排水工程中的应用。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
(1)本发明的复合聚氯乙烯塑料阀门材料的制备方法采用将聚氯乙烯、甲基丙烯酸、环氧树脂、邻苯二甲酸二辛脂、云母、去离子水混合后超声、过滤、干燥，随后加入过氧化辛酸叔丁酯、烷基苯磺酸酯进行改性反应，再将改性混合物加入到高速混合机中，添加3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜碱高温活化，最后将活化改性混合物进行聚合、压制，得到成品材料。制备而成的塑料阀门材料，其环刚度等级高、拉伸强度和抗压强度优异，在给排水工程中具有良好的应用前景。
(2)本发明采用了过氧化辛酸叔丁酯、烷基苯磺酸酯对塑料阀门材料进行了有效的改性，虽然这些改性过程中所用材料并非首次应用于塑料阀门材料中，但按照一定配比量组合后，辅以相应的改性处理方式，给最后制备得到的塑料阀门材料带来了使用性能上的大幅度提高，这在以往的研究中是不曾报道过的，对于实现本发明的技术效果起到了决定性的作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
(1)将聚氯乙烯60份、甲基丙烯酸52份、环氧树脂25份、邻苯二甲酸二辛脂16份、云母粉4份、去离子水500份混合，于70℃下搅拌6小时，随后升温至90℃后超声分散，先在功率250w的条件下超声分散1.5小时，然后再在功率500w条件下超声分散2.5小时，过滤后用去离子水洗涤过滤混合物2次，在85℃下真空干燥18小时，得初级混合物；
(2)向步骤(1)得到的初级混合物中添加10倍重量的去离子水，同时加入过氧化辛酸叔丁酯6份、烷基苯磺酸酯3份，用乙酸溶液调节ph至5.5，将溶液体系加热到80℃保温反应30分钟，停止反应后将反应混合液冷却至室温并用离心沉淀机进行高速离心沉淀，加入去离子水重新分散，再次离心沉淀，得到改性混合物；
(3)将高速混合机升温至160℃，加入步骤(2)得到的改性混合物，同时加入去离子水250份，先低速搅拌混合6min，再高速搅拌混合15min，待料温达到120℃时，加入3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜碱3份，继续高速搅拌至料温达到140℃后进行冷却，得到活化改性混合物；
(4)将步骤(3)得到的活化改性混合物导入缩聚釜，控制反应温度为220℃，在高真空环境以及强力搅拌条件下进行聚合反应，聚合反应的真空度为-0.1mpa，搅拌速度为3000转/分钟，获得聚合物；
(5)将步骤(4)得到的聚合物加入塑料模压机，进行模压成型，模压分先热压后冷压两步，热压温度为150℃，预热时间为20分钟，压力为120mpa，时间为10分钟；冷压温度为30℃，压力为80mpa，时间为10分钟，模压完成后制得成品。
制得的复合聚氯乙烯塑料阀门材料的性能测试结果如表1所示。
实施例2
(1)将聚氯乙烯63份、甲基丙烯酸55份、环氧树脂30份、邻苯二甲酸二辛脂18份、云母粉5份、去离子水500份混合，于70℃下搅拌7小时，随后升温至90℃后超声分散，先在功率250w的条件下超声分散1.5小时，然后再在功率500w条件下超声分散2.5小时，过滤后用去离子水洗涤过滤混合物2次，在85℃下真空干燥20小时，得初级混合物；
(2)向步骤(1)得到的初级混合物中添加10倍重量的去离子水，同时加入过氧化辛酸叔丁酯7份、烷基苯磺酸酯4份，用乙酸溶液调节ph至5.5，将溶液体系加热到85℃保温反应40分钟，停止反应后将反应混合液冷却至室温并用离心沉淀机进行高速离心沉淀，加入去离子水重新分散，再次离心沉淀，得到改性混合物；
(3)将高速混合机升温至160℃，加入步骤(2)得到的改性混合物，同时加入去离子水250份，先低速搅拌混合7min，再高速搅拌混合18min，待料温达到125℃时，加入3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜碱4份，继续高速搅拌至料温达到145℃后进行冷却，得到活化改性混合物；
(4)将步骤(3)得到的活化改性混合物导入缩聚釜，控制反应温度为225℃，在高真空环境以及强力搅拌条件下进行聚合反应，聚合反应的真空度为-0.1mpa，搅拌速度为3000转/分钟，获得聚合物；
(5)将步骤(4)得到的聚合物加入塑料模压机，进行模压成型，模压分先热压后冷压两步，热压温度为155℃，预热时间为20分钟，压力为125mpa，时间为12分钟；冷压温度为35℃，压力为90mpa，时间为12分钟，模压完成后制得成品。
制得的复合聚氯乙烯塑料阀门材料的性能测试结果如表1所示。
实施例3
(1)将聚氯乙烯66份、甲基丙烯酸58份、环氧树脂35份、邻苯二甲酸二辛脂20份、云母粉6份、去离子水500份混合，于70℃下搅拌8小时，随后升温至90℃后超声分散，先在功率250w的条件下超声分散1.5小时，然后再在功率500w条件下超声分散2.5小时，过滤后用去离子水洗涤过滤混合物2次，在85℃下真空干燥22小时，得初级混合物；
(2)向步骤(1)得到的初级混合物中添加10倍重量的去离子水，同时加入过氧化辛酸叔丁酯8份、烷基苯磺酸酯5份，用乙酸溶液调节ph至5.5，将溶液体系加热到90℃保温反应50分钟，停止反应后将反应混合液冷却至室温并用离心沉淀机进行高速离心沉淀，加入去离子水重新分散，再次离心沉淀，得到改性混合物；
(3)将高速混合机升温至160℃，加入步骤(2)得到的改性混合物，同时加入去离子水250份，先低速搅拌混合8min，再高速搅拌混合20min，待料温达到130℃时，加入3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜碱5份，继续高速搅拌至料温达到150℃后进行冷却，得到活化改性混合物；
(4)将步骤(3)得到的活化改性混合物导入缩聚釜，控制反应温度为230℃，在高真空环境以及强力搅拌条件下进行聚合反应，聚合反应的真空度为-0.1mpa，搅拌速度为3000转/分钟，获得聚合物；
(5)将步骤(4)得到的聚合物加入塑料模压机，进行模压成型，模压分先热压后冷压两步，热压温度为160℃，预热时间为20分钟，压力为130mpa，时间为15分钟；冷压温度为40℃，压力为100mpa，时间为15分钟，模压完成后制得成品。
制得的复合聚氯乙烯塑料阀门材料的性能测试结果如表1所示。
对比例1
(1)将聚氯乙烯63份、甲基丙烯酸55份、环氧树脂30份、邻苯二甲酸二辛脂18份、云母粉5份、去离子水500份混合，于70℃下搅拌7小时，随后升温至90℃后超声分散，先在功率250w的条件下超声分散1.5小时，然后再在功率500w条件下超声分散2.5小时，过滤后用去离子水洗涤过滤混合物2次，在85℃下真空干燥20小时，得初级混合物；
(2)向步骤(1)得到的初级混合物中添加10倍重量的去离子水，同时加入烷基苯磺酸酯4份，用乙酸溶液调节ph至5.5，将溶液体系加热到85℃保温反应40分钟，停止反应后将反应混合液冷却至室温并用离心沉淀机进行高速离心沉淀，加入去离子水重新分散，再次离心沉淀，得到改性混合物；
(3)将高速混合机升温至160℃，加入步骤(2)得到的改性混合物，同时加入去离子水250份，先低速搅拌混合7min，再高速搅拌混合18min，待料温达到125℃时，加入3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜碱4份，继续高速搅拌至料温达到145℃后进行冷却，得到活化改性混合物；
(4)将步骤(3)得到的活化改性混合物导入缩聚釜，控制反应温度为225℃，在高真空环境以及强力搅拌条件下进行聚合反应，聚合反应的真空度为-0.1mpa，搅拌速度为3000转/分钟，获得聚合物；
(5)将步骤(4)得到的聚合物加入塑料模压机，进行模压成型，模压分先热压后冷压两步，热压温度为155℃，预热时间为20分钟，压力为125mpa，时间为12分钟；冷压温度为35℃，压力为90mpa，时间为12分钟，模压完成后制得成品。
制得的塑料阀门材料的性能测试结果如表1所示。
对比例2
(1)将聚氯乙烯63份、甲基丙烯酸55份、环氧树脂30份、邻苯二甲酸二辛脂18份、云母粉5份、去离子水500份混合，于70℃下搅拌7小时，随后升温至90℃后超声分散，先在功率250w的条件下超声分散1.5小时，然后再在功率500w条件下超声分散2.5小时，过滤后用去离子水洗涤过滤混合物2次，在85℃下真空干燥20小时，得初级混合物；
(2)向步骤(1)得到的初级混合物中添加10倍重量的去离子水，同时加入过氧化辛酸叔丁酯7份，用乙酸溶液调节ph至5.5，将溶液体系加热到85℃保温反应40分钟，停止反应后将反应混合液冷却至室温并用离心沉淀机进行高速离心沉淀，加入去离子水重新分散，再次离心沉淀，得到改性混合物；
(3)将高速混合机升温至160℃，加入步骤(2)得到的改性混合物，同时加入去离子水250份，先低速搅拌混合7min，再高速搅拌混合18min，待料温达到125℃时，加入3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜碱4份，继续高速搅拌至料温达到145℃后进行冷却，得到活化改性混合物；
(4)将步骤(3)得到的活化改性混合物导入缩聚釜，控制反应温度为225℃，在高真空环境以及强力搅拌条件下进行聚合反应，聚合反应的真空度为-0.1mpa，搅拌速度为3000转/分钟，获得聚合物；
(5)将步骤(4)得到的聚合物加入塑料模压机，进行模压成型，模压分先热压后冷压两步，热压温度为155℃，预热时间为20分钟，压力为125mpa，时间为12分钟；冷压温度为35℃，压力为90mpa，时间为12分钟，模压完成后制得成品。
制得的塑料阀门材料的性能测试结果如表1所示。
对比例3
(1)将聚氯乙烯63份、甲基丙烯酸55份、环氧树脂30份、邻苯二甲酸二辛脂18份、云母粉5份、去离子水500份混合，于70℃下搅拌7小时，随后升温至90℃后超声分散，先在功率250w的条件下超声分散1.5小时，然后再在功率500w条件下超声分散2.5小时，过滤后用去离子水洗涤过滤混合物2次，在85℃下真空干燥20小时，得初级混合物；
(2)向步骤(1)得到的初级混合物中添加10倍重量的去离子水，用乙酸溶液调节ph至5.5，将溶液体系加热到85℃保温反应40分钟，停止反应后将反应混合液冷却至室温并用离心沉淀机进行高速离心沉淀，加入去离子水重新分散，再次离心沉淀，得到改性混合物；
(3)将高速混合机升温至160℃，加入步骤(2)得到的改性混合物，同时加入去离子水250份，先低速搅拌混合7min，再高速搅拌混合18min，待料温达到125℃时，加入3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜碱4份，继续高速搅拌至料温达到145℃后进行冷却，得到活化改性混合物；
(4)将步骤(3)得到的活化改性混合物导入缩聚釜，控制反应温度为225℃，在高真空环境以及强力搅拌条件下进行聚合反应，聚合反应的真空度为-0.1mpa，搅拌速度为3000转/分钟，获得聚合物；
(5)将步骤(4)得到的聚合物加入塑料模压机，进行模压成型，模压分先热压后冷压两步，热压温度为155℃，预热时间为20分钟，压力为125mpa，时间为12分钟；冷压温度为35℃，压力为90mpa，时间为12分钟，模压完成后制得成品。
制得的塑料阀门材料的性能测试结果如表1所示。
将实施例1-3和对比例1-3的制得的塑料阀门材料分别进行环刚度等级、拉伸强度和抗压强度这几项性能测试。
表1
本发明的塑料阀门材料的制备方法采用将聚氯乙烯、甲基丙烯酸、环氧树脂、邻苯二甲酸二辛脂、云母、去离子水混合后超声、过滤、干燥，随后加入过氧化辛酸叔丁酯、烷基苯磺酸酯进行改性反应，再将改性混合物加入到高速混合机中，添加3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜碱高温活化，最后将活化改性混合物进行聚合、压制，得到成品材料。制备而成的塑料阀门材料，其环刚度等级高、拉伸强度和抗压强度优异，在给排水工程中具有良好的应用前景。并且，本发明采用了过氧化辛酸叔丁酯、烷基苯磺酸酯对塑料阀门材料进行了有效的改性，虽然这些改性过程中所用材料并非首次应用于塑料阀门材料中，但按照一定配比量组合后，辅以相应的改性处理方式，给最后制备得到的塑料阀门材料带来了使用性能上的大幅度提高，这在以往的研究中是不曾报道过的，对于实现本发明的技术效果起到了决定性的作用。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。