[发明专利]一种纳米二氧化钛-聚氯乙烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米二氧化钛-聚氯乙烯复合材料及其制备方法，具体的说是采用表面处理的纳米二氧化钛原位聚合的改性聚氯乙烯及其制备方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，排水，采暖用到的金属管材由于种种弊端而受到限制，硬质塑料管材受到越来越多的重视。目前耐热管材主要有交联聚乙烯(PE-X)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、聚丁烯(PB)和聚丙烯(PP-R)。PEX无毒，耐热，但PEX连接件成本高，热膨胀系数大，不能回收；CPVC耐热，耐腐蚀，但加工困难，易分解，脆性较大；PB性能优良，具有很高的耐温性，持久性、化学稳定性和可塑性，无味、无毒、无嗅，温度适用范围广，但原料来源少，成本高(约为其他产品的两倍)。聚氯乙烯(PVC)是综合性能优良的通用塑料之一，具有绝缘、阻燃和耐腐蚀等优点，原料来源丰富、价格低廉、加工简单、生产能耗低，可通过添加各种助剂和运用多种成型方法制得性能各异、用途广泛的软质或硬质制品，已经成为人类不可缺少的一类重要化工原料。但其耐热性较差，热变形温度为70-80℃，连续使用温度仅为65℃，使其应用受到限制。因此，如果提高PVC的耐热性，使其可以经受长期的高温，可以用于热水管材，将大大降低热水管材的成本，具有良好的市场前景。

目前对于PVC的耐热改性研究主要有：添加高玻璃化温度共聚物改性剂、共聚改性、交联改性及添加无机填料改性。改性剂可以明显提高PVC的软化温度，但所需的耐热改性剂用量较大，成本高；将玻璃化温度较高或位阻较大的单体与氯乙烯共聚，可以提高PVC的耐热温度，但所需改性单体量较大，成本高；PVC交联技术可以提高PVC的耐热变形性及提高PVC的分解温度，但需要的凝胶含量较高，且不利于PVC的加工；无机填料一般很硬，添加无机填料可以提高塑料的耐热性早已经为人所熟知，而且在填料量达到一定程度后维卡软化点的提高很可观。但无机填料的添加多为降低成本和调节密度，无机填料一般未经过表面处理，和PVC的结合力不强，而且分散尺度一般较大，很容易影响PVC的机械强度和使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米二氧化钛-聚氯乙烯复合材料及其制备方法，可以扩大聚氯乙烯(PVC)的使用范围，充分发挥聚氯乙烯(PVC)低成本优势。

本发明的技术方案是复合材料按质量份数计：

聚氯乙烯(PVC)            90～99.9份

纳米二氧化钛(TiO₂)       0.1～10份

纳米二氧化钛(TiO₂)在聚氯乙烯(PVC)树脂基体中尺度为20-200纳米；所述的纳米二氧化钛是表面包覆有SiO₂的亲水纳米二氧化钛或是表面包覆有偶联剂的改性纳米二氧化钛，复合材料通过原位悬浮聚合法制备而成。

本发明提供的纳米二氧化钛-聚氯乙烯复合材料的制备方法是：将纳米二氧化钛(TiO₂)添加到聚氯乙烯(PVC)聚合体系中，然后进行聚氯乙烯(PVC)的原位聚合；

具体步骤如下：

第一步，纳米二氧化钛(TiO₂)的表面处理(偶联剂包覆纳米二氧化钛(TiO₂))

将纳米二氧化钛(TiO₂)加入到有机溶剂中，超声100W，处理30分钟，或高速搅拌5000r/min 30分钟，其均匀分散，加入偶联剂在50-80℃下反应0.5-5小时，过滤得到改性纳米二氧化钛(TiO₂)；

第二步，纳米二氧化钛(TiO₂)的原位聚合预处理

将改性纳米二氧化钛(TiO₂)、乳化剂加入到去离子水中，在25-60℃乳化10-100min得到改性纳米二氧化钛(TiO₂)的悬浊液，或将亲水纳米二氧化钛(TiO₂)加入到去离子水中，在超声100W，处理30分钟，或高速搅拌5000r/min，30分钟下配制成亲水纳米二氧化钛悬浊液；

第三步，原位聚合及塑料性能测试

将纳米二氧化钛(TiO₂)悬浊液或亲水纳米二氧化钛(TiO₂)悬浊液添加到聚氯乙烯悬浮聚合体系中，进行聚合，制得纳米二氧化钛-聚氯乙烯复合材料。