反应挤出聚氨酯_纳米SiO2_PVC复合材料工艺研究

塑料１二业

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ＣＨＩＮＡＰＬＡＳＴＩＣＳＩＮＤＵＳＴＲＹ第３７卷第５期２００９年５月

反应挤出聚氨酯／纳米Ｓｉ０２／ＰＶＣ复合材料工艺研究

王士财，张晓东，佘希林，楼涛，李志国

（青岛大学化学化工与环境学院，山东青岛２６６０７１）

摘要：在聚氯乙烯（ＰＶＣ）挤出成型工艺的基础上，结合聚氨酯（ＰＵ）的反应特点，选用经钛酸酯表面处理过的纳米二氧化硅（ｎａｎｏ。ＳｉＯ：）作为纳米材料，对ＰＵ／ｎａｎｏ‘ＳｉＯ：／ＰＶＣ复合材料进行了探索，利用超声辐照技术并经搅拌将ｌｌａｎｏ—ＳｉＯ：分散于液化４，４’一二苯基甲烷二异氰酸酯（Ｌ—ＭＤＩ）中，良好地解决了物料的分散问题；研究了反应挤出工艺条件对复合材料性能的影响。结果表明：挤出速度４０～５０ｒ／ｍｉｎ、均化段温度１８０—１９０℃最为合适；ＰＵ／ｎａｎｏ—ＳｉＯ：的质量比为５：１时，对ＰＶＣ的增韧效果最佳，Ｐｕ和ｎａｎｏ—ＳｉＯ２能协同增韧ＰＶＣ，且ｎａｒｌｏ ＳｉＯ：具有补强作用，当ＰＵ／ｎａｎｏ。ＳｉＯ：／ＰＶＣ质量比为５：１：２０时，复合材料的综合性能最优。

关键词：反应挤出；聚氨酯；纳米二氧化硅；聚氯乙烯；工艺中图分类号：ＴＱ３２５．３

文献标识码：Ｂ

文章编号：１００５—５７７０（２００９）０５—００２０—０４

Ｓｔｕｄｙ

ｏｎ

ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＰＵ／ｎａｎｏ。ＳｉＯ２／ＰＶＣＣｏｍｐｏｓｉｔｅｂｙＲｅａｃｔｉｖｅＥｘｔｒｕｓｉｏｎＷＡＮＧＳｈｉ’ｃａｉ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏ’ｄｏｎｇ，ＳＨＥＸｉ。ｌｉｎｇ，ＬＯＵＴａｏ，ＬＩＺｈｉ—ｇｕｏ

（Ｃｈｅｍｉｃａｌ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ

ｏｎ

Ｅｎｇ．ａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０７１，Ｃｈｉｎａ）

ｔｈｅｅｘｔｒｕｓｉｏｎｍｏｕｌｄｉｎｇｏｆｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ（ＰＶＣ），ａｎｄｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ

ｔｒｅａｔｅｄ

ｂｙ

ｔｉｔａｎａｔｅ

（ＰＵ）ｒｅａｃｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔａｋｉｎｇｎａｎｏｍｅｔｅｒｓｉｌｉｃｏｎｄｉｏｘｉｄｅ（ｎａｎｏ—ＳｉＯ２）ｓｕｒｆａｃｅ

ｅｓｔｅｒ聃ｎａｎｏ。ｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅＰＵ／ｎａｎｏ—ＳｉＯ２／ＰＶＣｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ

ｗａｓ

ｒｅｍｏｖｅｄ

ｗｉｔｈ

ｎａｎｏ’ＳｉＯ２

ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ

ｉｎ

ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ４，４’。ｄｉｐｈｅｎｙｌｍｅｔｈａｎｅ

ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ（Ｌ—ＭＤＩ）ｂｙ

ｏｎ

ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｗａｖｅｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｓｔｉｒｒｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｒｅａｃｔｉｏｎｅｘｔｒｕｓｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ

ｔｈｅ

ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙＷａｆｔｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｅｘｔｒｕｓｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗａｇｅｘｔｒｕｓｉｏｎｒａｔｅ４０～５０ｒ／ｒｎｉｎ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

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１８０—１９０。Ｅ；Ｔｈｅ

ａｓ

ｏｐｔｉｍｕｍｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｗａｓａｃｑｕｉｒｅｄｗｈｅｎｔｈｅｍａｓｓｒａｔｉｏｏｆＰＵｔｏｎａｎｏ。ＳｉＯ

ａ

２

ｅｑｕａｌｅｄｔｏｆｕｎｃｔｉｏｎ

５：１；Ｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｅｄｓｙｎｅｒｇｉｓｍｉｎｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎｎａｎｏ’ＳｉＯ

ｔｏ

２

ａｎｄＰＵ，ａｎｄｎａｎｏ‘ＳｉＯ

２

ｐｌａｙｅｄ

ａ

ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｒ．ＷｈｅｎｔｈｅｍａｓｓｒａｔｉｏｏｆＰＵ

ｌｌａｎｏ。ＳｉＯ

２

ｔｏ

ＰＶＣｗａｓ５：１：２０，ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈａｄ

ｅｘｃｅｌｌｅｎｔｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＲｅａｃｔｉｖｅＥｘｔｒｕｓｉｏｎ；Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ；ＮａｎｏｍｅｔｅｒＣａｌｃｉｕｍＣａｒｂｏｎａｔｅ；ＰｏｌｙｖｉｎｙｌＣｈｌｏｒｉｄｅ；

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

聚氯乙烯（ＰＶＣ）制品性能优良，价格低廉，但

抗冲击性能差，因此ＰＶＣ的改性始终备受关注¨。３１。聚氨酯（ＰＵ）弹性体韧性好，能改善ＰＶＣ韧性ＨＪ，但也会导致材料拉伸强度、弯曲强度及模量等的损失；无机物填料有利于提高聚合物的刚性【５。６Ｊ，但又因无机一有机物的界面结合较差，使材料韧性下降，随着纳米技术的兴起和发展，利用纳米粒子的优异特性，研制ＰＶＣ／弹性体／纳米粒子材料已成为新的研究热点＂－９］。但利用纳米粒子制备ＰＵ／ＰＶＣ／纳米粒子复合材料的研究报导甚少。本工作在ＰＶＣ挤出成型工艺的基础上，结合ＰＵ的反应特点［１０－１２】，

选用ｎａｎｏ。ＳｉＯ：作为纳米材料，研究反应挤出ＰＵ／ｎａｎｏ‘ＳｉＯ：／ＰＶＣ制备工艺条件对复合材料性能的影响，制备了性能优越的ＰＶＣ复合材料。

１

实验部分

１．１原料及设备

ＰＶＣ树脂：Ｓ一１０００，中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司氯碱厂；碳化二亚胺改性的液化４，４’一二苯基甲烷二异氰酸酯（Ｌ－ＭＤＩ）：ＮＣＯ％＝２９．８％，烟台合成革总厂；聚醚二元醇（ＰＥＯ）：相对分子质量为２０００，上海高桥化工厂；扩链剂Ｉ，４一丁二醇

作者简介：王士财，男，１９６６年生．教授，主要从事高分子材料和应用化学的教学与科研工作。

ｗａｎｇｓｈｉｃａｉ６６６６＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｒｎ．ｃｎ

第３７卷第５期王士财等：反应挤出聚氨酯／纳米ＳｉＯ：／ＰＶＣ复合材料工艺研究

．２１

（ＢＤ）：化学纯，青岛化轻公司；经钛酸酯表面处理的ｎａｎｏ—ＳｉＯ，：粒径为２０一４０ｒｉｍ，沈阳化工股份有限公司；三盐基硫酸铅、二盐基硫酸铅、硬脂酸钙、硬脂酸钡、石蜡：工业级，均为市售。

高速混合机：ＧＨ－１０型，北京塑机厂；双辊塑炼机：ＳＫ－１６０Ｂ型，上海橡胶机械厂；双螺杆挤出机：ＤＳ－４５Ａ，上海机械厂；液压成型机：４５ｔ，上海第一橡胶机械厂；万能试验机：ＡＧ－２０００Ａ型，日本岛津公司；冲击试验机：Ｃｈａｒｐｙ型，德国威凯公司；Ｆｒ—ＩＲ红外光谱仪：美国聂克公司。１．２反应挤出成型工艺

１．２．１

ＰＵ配料的制备

在装有温度计、搅拌器、真空接管的四口烧瓶中加入ＰＥＯ、ＢＤ、催化剂等，在１００—１０５℃、０．０１ＭＰａ条件下真空脱水干燥处理２．５～３ｈ，冷却后备用，作为ＰＵ配料的Ａ组分。将一定量的纳米ｎａｎｏ。ＳｉＯ：，经搅拌混合并在超声辐照作用下分散于液化Ｌ’ＭＤＩ中，作为ＰＵ配料的Ｂ组分。１．２．２反应挤出成型工艺

ＰＶＣ树脂配料助剂一堙剑一恒剑一ｌ垦廑塑些ｌ一幽

ＰＵ／ｎａｎｏ—Ｓｉ０２／ＰＶＣ复合体系成型工艺简图：

ｆ

ＰＵ配料Ａ组分