一种PVC材料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，涉及一种pvc材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在pvc-u管道制备过程中，其强度、冲击性能、热稳定性等物理化学性能的提升，主要是通过复合材料和加工工艺进行改良，其中主要采用纳米技术对pvc复合材料进行改性。纳米材料石墨烯具有优越的力学、电学等特性，所以将其应用到pvc-u管道制备过程中，将会有效提高其pvc-u材料性能。

2、现阶段，石墨烯在pvc复合材料的应用主要有三种方法：原位聚合法、溶液共混法和熔融共混法。在pvc管道制备过程中，前两种方法对成本、工艺及设备的要求较高，无法大规模应用，熔融共混法是最简洁方便的方法。但是由于石墨烯本身独特的结构，会由于自身粒子间强大的吸附力而团聚，很难在聚氯乙烯复合材料中分散均匀，且石墨烯是非极性材料，在聚氯乙烯基体中的界面相容性过差，因此难以充分体现出石墨烯的优异性能。

3、现有技术公开了一种石墨烯增强硬质pvc导热复合材料，聚氯乙烯树脂、石墨烯、石墨烯表面处理剂、导热填料、位阻填料、加工助剂、稳定剂、增塑剂、增韧剂、抗氧剂和其他助剂，所述其他助剂包括润滑分散剂。然而，该现有技术并未针对pvc管材的相关性能进行测试，而且，该现有技术的拉伸强度最高仅为40.6mpa，力学性能还有待于进一步提高。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有石墨烯增强硬质pvc复合材料的力学性能还有待于进一步提高的缺陷和不足，提供一种pvc材料，包括由石墨粉、增塑剂和季铵盐表面处理剂通过球磨后得到混合物，有利于提高石墨烯的分散性和石墨烯与pvc的相容性，从而提高pvc材料的力学性能。

2、本发明的另一目的在于提供一种pvc材料的制备方法。

3、本发明的又一目的在于提供一种pvc材料在制备pvc管材中的应用。

4、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

5、一种pvc材料，按重量份数计，包括以下组分：

6、

7、其中，所述改性石墨烯混合物为石墨粉、增塑剂和季铵盐表面处理剂通过球磨后得到的混合物；

8、所述季铵盐表面处理剂具有式r3r'n+x-，其中：

9、-r为甲基；

10、-r'属于由以下基团组成的组：氢、c12-c18烷基、或环氧基；

11、-x-为表示氯、溴、碘、氟的阴离子；

12、球磨温度为65-90℃，球磨时间为20-30h，球磨转速为800-1000rpm/min；

13、增塑剂、季铵盐表面处理剂和石墨粉的重量比为(1～2)：(0.4～0.8)：1。

14、本发明通过各组分的协同作用，提高了石墨烯在pvc材料中的分散性以及与pvc的相容性，从而提高pvc材料力学性能，尤其能够显著提高pvc液压性能和低温冲击性能。

15、其中，原理可能如下：石墨分散于增塑剂中，利用球磨工艺的高速剪切实现快速高效的剥离石墨，得到少层的石墨烯稳定分散液。季铵盐表面处理剂在石墨经过剥离后，以共价键的即电子迁移的方式(石墨烯与铵盐部分)修饰石墨烯表面，使已经剥离的少层石墨烯减少重新团聚，增加分散性，且石墨烯表面经过修饰后，季铵盐表面处理剂的有机部分能与pvc材料有良好的相容性，使得pvc复合材料中在受力时更好的传导效能，从而提高pvc复合材料的综合性能。

16、增塑剂与聚氯乙烯树脂之间有较好的相容性，当增塑剂和聚氯乙烯树脂熔融时，作为小分子的增塑剂将会被插入到聚氯乙烯分子链中，削弱了聚氯乙烯聚合物分子链之间的范德华力，增加分子链的距离，减少聚氯乙烯分子链之间的纠缠，从而增加石墨烯在pvc基体中的分散性，且增塑剂能够提高pvc材料的流动性，优化pvc管道的成型工艺。

17、季铵盐表面处理剂能够修饰石墨烯表面，增加石墨烯的分散性，也可以增加石墨烯在pvc材料中与pvc树脂和增塑剂的相容性，解决石墨烯自身容易团聚的问题。

18、通过对石墨烯改性处理，能够提高石墨烯在聚氯乙烯中的分散性，体现出石墨烯优异的热学性能和力学性能。

19、优选地，所述季铵盐表面处理剂为十二烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵或环氧丙基三甲基氯化铵中的一种或几种。

20、优选地，球磨温度为70～85℃。

21、优选地，所述增塑剂为脂肪族二元酸酯类增塑剂。

22、本发明中，脂肪族二元酸酯类增塑剂不但能够提高石墨烯的分散性，还能够提高pvc材料的耐低温性能。

23、更优选地，所述脂肪族二元酸酯类增塑剂为己二酸二辛酯、癸二酸二辛酯或癸二酸二丁酯中的一种或几种。

24、优选地，所述填充剂为碳酸钙、钛白粉或色粉中的一种或几种。

25、纳米碳酸钙的作用为降低熔体粘度，提高加工性和熔体脱模性，降低pvc管材配方成本。

26、钛白粉、色粉的作用为调整管材外观颜色，提高管材耐候性，延长管材运行寿命。

27、优选地，所述加工助剂为甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯/醋酸乙烯共聚物或丙烯腈/苯乙烯共聚物中的一种或多种。

28、加工助剂的作用为调节熔体粘度，提高熔体均匀一致性，拓宽加工窗口。

29、优选地，所述润滑剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸或单甘酯中的一种或几种。

30、润滑剂的作用为调节溶体流动性，提高加工性和溶体脱模性，拓宽加工范围。

31、优选地，所述稳定剂为钙锌复合稳定剂。

32、在实际应用中，本发明的稳定剂可以为本领域常用的稳定剂，例如钙锌复合稳定剂。

33、钙锌稳定剂的作用为延长pvc分解时间，拓宽加工范围，延长管材运行寿命。

34、本发明还保护上述任一项所述pvc材料的制备方法，包括如下步骤：将石墨粉、增塑剂和季铵盐表面处理剂通过球磨后，得到改性石墨烯混合物；将改性石墨烯混合物与其余各组分混合后搅拌升温，待温度达到115～125℃时搅拌冷却，待温度降至50℃以下时经塑化挤出，得到pvc材料。

35、本发明先制备改性石墨烯混合物，即石墨材料先在增塑剂中与季铵盐表面处理剂进行分散，再将共混液添加到pvc树脂中，这样减少石墨烯形成团聚且可以随增塑剂更好的分散到聚氯乙烯分子之间，季铵盐表面处理剂也可以改善石墨烯与聚合物之间的界面相容性，这样石墨烯的增刚增韧效果相对于直接添加可以得到更好的体现，从而改善pvc材料的加工性能及提高制品的力学和耐低温性能。

36、本发明还保护上述任意一项所述pvc材料在制备pvc管材中的应用。

37、本发明还保护上述任一项所述pvc材料制备pvc管材的制备方法，包括如下步骤：将石墨粉、增塑剂和季铵盐表面处理剂通过球磨后，得到改性石墨烯混合物；将改性石墨烯混合物和pvc树脂先投入到热混缸内升温搅拌到65～85℃，再把其他原料依次投入热混缸中，升温并搅拌，待温度达到115～125℃时将物料排入冷混缸中搅拌冷却，待温度降至50℃以下时停止搅拌，挤出塑化、模塑成型、切割，即得硬质聚氯乙烯管材。

38、其中，在具体实施方式中，所述挤出塑化所用机器为锥形双螺杆挤出机，机筒的温度为160℃～185℃。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

40、本发明公开了一种pvc材料，包括由石墨粉、增塑剂和季铵盐表面处理剂通过球磨后得到混合物，有利于提高石墨烯的分散性和与pvc的相容性，从而提高pvc材料的力学性能。

41、本发明的pvc材料中的石墨烯的分散性好，聚氯乙烯材料制备得到的聚氯乙烯管的冲击实验性能显示无破损，且液压性能测试显示在40mpa下1h无破损，无渗漏，具有良好的抗冲击和液压性能，满足使用需求，可以广泛应用于硬质pvc管的制备。