高疏水聚氯乙烯复合材料、自清洁管材及其制备方法和应用与流程

本发明涉及高分子材料，更具体地，涉及高疏水聚氯乙烯复合材料、自清洁管材及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚氯乙烯(pvc)是一种材质较轻、防水防潮、力学性能优异的材料，且其化学稳定性好，被广泛用于管材、其他的各种中空制品、注塑工件等材料领域。但以pvc作为管材，在特定工作条件下需具备更强的疏水性能，满足抗污自清洁的需求。而单纯在pvc管材中添加疏水剂并不能达到很好的疏水效果，在添加疏水剂的同时，添加疏水填料，增大其表面粗糙度能够更好的提升其疏水能力，从而提升其抗污性能，但是会导致力学性能的显著降低。因此，在增强其疏水能力的同时保证其力学性能及其他相关性能的稳定是疏水性聚氯乙烯研究的关键问题。

2、现有技术中提出了一种聚氯乙烯管材及其制备方法，原料包括经过疏水改性处理的纳米二氧化硅，有利于提高聚氯乙烯管材的疏水效果；纳米碳酸钙和疏水改性纳米二氧化硅经过活化处理，即通过乳化的环氧大豆油包覆纳米填料，再通过硅烷偶联剂进行表面处理，改善聚氯乙烯管材的拉伸强度和冲击强度；但是其产品的接触角只有108.3-108.9°，无法同时兼顾疏水性能和力学性能，不能满足抗污自清洁管材的疏水性能要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有的聚氯乙烯材料不能同时兼具较高的疏水性能和力学性能的缺陷和不足，提供一种高疏水聚氯乙烯复合材料。

2、本发明的又一目的是提供一种高疏水聚氯乙烯复合材料的制备方法。

3、本发明的又一目的是提供一种上述高疏水聚氯乙烯复合材料在制备管材、注塑工件领域中的应用。

4、本发明的又一目的是提供一种抗污自清洁管材。

5、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

6、一种高疏水聚氯乙烯复合材料，包括以下质量份计的组分：pvc 100份，疏水改性碳酸钙10-20份，稳定剂5-10份，丙烯酸酯(acr)2-4份，亲油纳米二氧化钛2-4份，亲油纳米二氧化硅2-4份；

7、所述疏水改性碳酸钙由钛酸酯和碳酸钙反应制成。

8、本发明的一种高疏水聚氯乙烯复合材料，以pvc作为基体，加入疏水改性碳酸钙、亲油纳米二氧化钛和亲油纳米二氧化硅等疏水颗粒能增大复合材料的表面粗糙度，增加比表面积，从而提升疏水效果。

9、进一步地，发明人意外发现，以钛酸酯作为相容剂对碳酸钙进行表面改性，制成的疏水改性碳酸钙，能有效提高碳酸钙在聚氯乙烯基体中的相容性，改善疏水改性碳酸钙的分散状态，使其能够与聚氯乙烯材料牢固的结合，在提高pvc复合材料的疏水性能的同时，保证pvc复合材料的力学性能。

10、在其中一些实施方式中，所述疏水改性碳酸钙、亲油纳米二氧化钛和亲油纳米二氧化硅的质量比为(7-9)：(1-2)：(1-2)。通过进一步优化疏水颗粒的配比，能进一步提高疏水性能和力学性能。

11、在其中一些实施方式中，还包括：新戊二醇0.1-2份，二甲基硅油0.1-5份。

12、本发明还可加入疏水性极高的二甲基硅油改善复合材料的疏水性能；在电子显微镜下，发现随二甲基硅油添加量的增加，其对聚氯乙烯的包覆愈加彻底，宏观上能够明显表示出聚氯乙烯材料疏水性的提升。其与上述疏水颗粒属于两种不同疏水机理，两者协同作用下，提高pvc复合材料的疏水性能，增强其抗污能力；同时优化组分配伍，也兼顾改善疏水性能和力学性能。进一步地，通过添加新戊二醇使其力学性能得到一定程度的增强，再辅以稳定剂和加工助剂acr，也保证了pvc复合材料的热稳定性和加工性能。

13、在其中一些实施方式中，所述钛酸酯和碳酸钙的质量比为(0.01-0.05)：1。该原料配比下钛酸酯对碳酸钙接枝反应充分，得到高疏水性的疏水改性碳酸钙。

14、在其中一些实施方式中，所述疏水改性碳酸钙的制备方法，包括步骤如下：将钛酸酯、水和乙醇混合均匀后，加入碳酸钙并在50-70℃条件下进行反应，即得所述疏水改性碳酸钙。

15、优选地，所述钛酸酯、水、乙醇和碳酸钙的质量比为(0.01-0.03)：(2.2-2.3)：(0.2-0.3)：1；所述反应的温度为55-65℃；反应时间为5.5-7h。

16、在其中一些实施方式中，所述疏水改性碳酸钙的粒径为200-400目。

17、本发明的亲油纳米二氧化钛、亲油纳米二氧化硅的疏水颗粒粒径选用市面上常用的纳米级颗粒尺寸即可；作为优选，疏水颗粒的粒径为100000-200000目时，具有良好的分散性。

18、进一步优选地，所述亲油纳米二氧化钛的粒径为180000-200000目。

19、进一步优选地，所述亲油纳米二氧化硅的粒径为180000-200000目。

20、在以上优选疏水颗粒粒径的范围内，具有优秀的分散性，即能提高pvc复合材料的疏水效果，减少对其力学性能的影响。

21、本发明保护一种高疏水聚氯乙烯复合材料的制备方法，包括步骤如下：由配方量的改性碳酸钙、pvc、稳定剂、acr、亲油纳米二氧化钛、亲油纳米二氧化硅、新戊二醇和二甲基硅油进行熔融共混制成。所述熔融共混的温度为165-175℃，转速为50-150r/min。

22、本发明保护一种高疏水聚氯乙烯复合材料在制备管材、注塑工件领域中的应用。

23、本发明保护一种抗污自清洁管材，由所述高疏水聚氯乙烯复合材料制成。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

25、本发明提供一种高疏水聚氯乙烯复合材料，以pvc作为基体，一方面，加入高比表面积的疏水改性碳酸钙、亲油纳米二氧化钛和亲油纳米二氧化硅等疏水颗粒能增大复合材料的表面粗糙度，从而提升疏水效果；同时令人意外的发现，采用钛酸酯改性得到的疏水改性碳酸钙不仅增强了pvc复合材料的疏水性能，还对其力学性能有一定的增强。另一方面，本发明还可加入疏水性极高的二甲基硅油改善复合材料的疏水性能。在上述两种不同疏水机理组分的协同作用下，提高pvc复合材料的疏水性能，增强其抗污能力，并优化组分配伍，兼顾改善疏水性能和力学性能。同时通过添加新戊二醇使其力学性能得到一定程度的增强，再辅以稳定剂和加工助剂acr，也保证了pvc复合材料的热稳定性和加工性能。使pvc复合材料的接触角达到110-135°，疏水性能显著；而且冲击强度保持在7.07kj/m2以上，弯曲强度在68mpa以上，力学性能优异。

技术特征：

1.一种高疏水聚氯乙烯复合材料，其特征在于，包括以下质量份计的组分：pvc 100份，疏水改性碳酸钙10-20份，稳定剂5-10份，丙烯酸酯2-4份，亲油纳米二氧化钛2-4份，亲油纳米二氧化硅2-4份；

2.根据权利要求1所述的高疏水聚氯乙烯复合材料，其特征在于，所述疏水改性碳酸钙、亲油纳米二氧化钛和亲油纳米二氧化硅的质量比为(7-9)：(1-2)：(1-2)。

3.根据权利要求1所述的高疏水聚氯乙烯复合材料，其特征在于，还包括：新戊二醇0.1-2份，二甲基硅油0.1-5份。

4.根据权利要求1所述的高疏水聚氯乙烯复合材料，其特征在于，所述钛酸酯和碳酸钙的质量比为(0.01-0.05)：1。

5.根据权利要求1所述的高疏水聚氯乙烯复合材料，其特征在于，所述疏水改性碳酸钙的粒径为200-400目。

6.根据权利要求1所述的高疏水聚氯乙烯复合材料，其特征在于，所述亲油纳米二氧化钛的粒径为180000-200000目。

7.根据权利要求1所述的高疏水聚氯乙烯复合材料，其特征在于，所述亲油纳米二氧化硅的粒径为180000-200000目。

8.一种权利要求1-7任一项所述的高疏水聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：由配方量的原料组分进行熔融共混制成，所述熔融共混的温度为165-175℃。

9.一种权利要求1-7任一项所述的高疏水聚氯乙烯复合材料在制备管材、注塑工件领域中的应用。

10.一种抗污自清洁管材，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述高疏水聚氯乙烯复合材料制成。

技术总结
本发明公开了一种高疏水聚氯乙烯复合材料、自清洁管材及其制备方法和应用，涉及高分子材料技术领域；所述高疏水聚氯乙烯复合材料，包括以下质量份计的组分：PVC 100份，疏水改性碳酸钙10‑20份，稳定剂5‑10份，ACR 2‑4份，亲油纳米二氧化钛2‑4份，亲油纳米二氧化硅2‑4份；所述疏水改性碳酸钙由钛酸酯和碳酸钙反应制成。本发明加入疏水改性碳酸钙等疏水颗粒能增大复合材料的表面粗糙度，增加比表面积，从而提升疏水效果，还加入疏水性极高的二甲基硅油改善复合材料的疏水性能，在上述两种不同疏水机理组分的协同作用下，提高PVC复合材料的疏水性能，兼顾改善疏水性能和力学性能。

技术研发人员：郑玉婴,肖美亮,邵世雄,林梅金,彭金岩
受保护的技术使用者：福建联塑新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17