本發(fā)明涉及聚氯乙烯管材的制備技術，具體涉及一種耐低溫抗凍型水滑石接枝聚改性氯乙烯塑料管材及其制備方法。
背景技術：
聚氯乙烯管材在眾多塑料管材中占有重要的地位，其具有質量輕、耐酸堿腐蝕、輸送流體時阻力小、絕緣性優(yōu)良、施工迅速容易、使用壽命長、二次加工方便、原材料來源充足、價格便宜等優(yōu)點，被廣泛應用于工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等領域。然而，聚氯乙烯自身也存在缺陷和不足，如熱穩(wěn)定性差，增塑作用不穩(wěn)定，易揮發(fā)遷移，硬制品呈脆性，抗沖擊性能差等。
孟麗、趙季若等人在其《原位接枝制備PVC半互穿網(wǎng)絡聚合物及其表征與性能研究》一文中采用氯化原位接枝方法將PVC和甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)接枝共混，之后利用己二胺使聚甲基丙烯酸縮水甘油酯發(fā)生交聯(lián)形成交聯(lián)網(wǎng)絡與PVC線型大分子鏈相互貫穿，制備以PVC為基質的半互穿網(wǎng)絡聚合物，提高了PVC的動態(tài)力學性能和熱穩(wěn)定性等。
水滑石可以與聚氯乙烯分解產(chǎn)生HCl發(fā)生反應，可以對聚氯乙烯起到熱穩(wěn)定作用，而且水滑石與其他一些熱穩(wěn)定助劑復合時，熱穩(wěn)定作用更加明顯；水滑石可吸收太陽光中的紫外線，并將其轉化為熱量釋放掉，減少聚氯乙烯受到強烈紫外線的直接照射而降解的可能性，提高耐候性；水滑石含有結合水，并具有層板結構，可以吸收聚氯乙烯燃燒放出的熱量，抑制煙霧的產(chǎn)生，提高阻燃性；因此，水滑石是一種優(yōu)良的、多功能的聚氯乙烯助劑或改性劑。
因此本發(fā)明使用聚氯乙烯與甲基丙烯酸縮水甘油酯原位接枝制備接枝產(chǎn)物PVC-cg-GMA，之后利用甲基丙烯酸縮水甘油酯的環(huán)氧基團與水滑石接枝反應，提高了聚氯乙烯管材的熱穩(wěn)定性、耐候性能，同時具有優(yōu)異的力學性能。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種耐低溫抗凍型水滑石接枝聚改性氯乙烯塑料管材及其制備方法。
一種耐低溫抗凍型水滑石接枝聚改性氯乙烯塑料管材，由以下重量份的原料組成：聚氯乙烯70-90份，甲基丙烯酸縮水甘油酯7-14份，SiO2 2-5份，丙酮適量，甲醇適量，水滑石12-20份，二甲基亞砜45-68份，四氯化錫0.3-1份，有機錫熱穩(wěn)定劑1-2份，氯化聚乙烯4-8份，氧化聚乙烯蠟2-3份，鄰苯二甲酸二辛酯2-4份，乙二醇2-5份，抗氧劑2-4份，石蠟1-3份。
具體步驟如下：
（1）聚氯乙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯（PVC-cg-GMA）的制備：
在裝有攪拌器、溫度計和導氣管的三口燒瓶中加入預干燥的聚氯乙烯，在攪拌狀態(tài)下緩慢加入甲基丙烯酸縮水甘油酯，膨潤10-13小時后，加入SiO2防止聚氯乙烯結塊，繼續(xù)攪拌至均勻，然后在攪拌、常溫下通入氯氣置換體系空氣，升溫至110-122℃，反應20-30分鐘，停止通氯氣并停止加熱后抽真空，降溫至低于100℃時，置換空氣3-4次，趁熱將反應液緩慢的倒入盛有丙酮和甲醇混合溶液的燒杯中沉淀，邊沉淀邊用玻璃棒攪拌，抽濾得到濾餅，將濾餅搗碎，放在50-60℃真空干燥至恒重，得到接枝產(chǎn)物PVC-cg-GMA；
（2）PVC-cg-GMA接枝水滑石的制備：
將水滑石加入二甲基亞砜中攪拌8-15分鐘，之后超聲分散10-25分鐘，分散均勻后，加入步驟（1）PVC-cg-GMA，在室溫下攪拌混勻后，再逐滴滴入四氯化錫的二甲基亞砜溶液，反應20-40分鐘，反應結束后，洗滌得到PVC-cg-GMA接枝水滑石；
（3）預混：
啟動高速攪拌機并加熱至55-75℃，將步驟（2）PVC-cg-GMA接枝水滑石、有機錫熱穩(wěn)定劑、氯化聚乙烯、乙二醇依次加入高速攪拌機中，邊攪拌邊加熱至95-110℃，之后加入鄰苯二甲酸二辛酯、抗氧劑、石蠟，最后再加入氧化聚乙烯蠟，攪拌均勻后，冷卻到60℃以下出料，再進行冷混，完成后得到預混物；
（4）擠出、注塑：
將步驟（3）的預混物加入到擠出機中，經(jīng)過熔融、塑化、混合從擠出機的機頭連續(xù)擠出物料，完成后得到擠出混合物，之后利用注塑機將混合物注塑成標準試樣，得到產(chǎn)品。
其中，所述的步驟（1）中丙酮和甲醇混合溶液是由丙酮與甲醇以體積比為1:1混合而成。
其中，所述的步驟（4）中擠出機設定參數(shù)如下：螺桿轉速為13-16r/min，進料速度為45-50mm/s，壓力為70Mpa，擠出機加料段溫度設定為165-175℃，混煉段175-185℃，計量段180-190℃，機頭段180-185℃。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
（1）本發(fā)明使用的甲基丙烯酸縮水甘油酯中含有活撥的乙稀基及有離子性反應的環(huán)氧基的兩個官能團，與聚氯乙烯發(fā)生氯化原位接枝反應制PVC-cg-GMA時雙鍵參加反應，使得環(huán)氧基團位于側鏈上，之后與水滑石反應，在催化劑作用下水滑石表面的羥基進攻環(huán)氧基團發(fā)生加成反應，水滑石被接枝在PVC-cg-GMA骨架上，生成PVC-cg-GMA接枝水滑石復合物。
（2）本發(fā)明對水滑石的接枝改性后，提高了水滑石的親油性和與聚氯乙烯的相容性，使其能在聚氯乙烯基體中達到均勻的分散，與有機錫熱穩(wěn)定劑復配有效發(fā)揮水滑石對聚氯乙烯的熱穩(wěn)定性、耐候性能，另外材料的沖擊強度和拉伸強度也有一定提高，達到增強效果。
（3）本發(fā)明使用了乙二醇作為抗凍劑與抗氧劑配合，能夠有效的保護聚氯乙烯管材不會因環(huán)境惡劣而使得管材斷裂，尤其耐低溫性好，低溫條件下也不易發(fā)生斷裂、破損等。
具體實施方式
一種耐低溫抗凍型水滑石接枝聚改性氯乙烯塑料管材，由以下重量份的原料組成：聚氯乙烯80，甲基丙烯酸縮水甘油酯11，SiO2 3，丙酮適量，甲醇適量，水滑石17，二甲基亞砜50，四氯化錫0.8，有機錫熱穩(wěn)定劑2，氯化聚乙烯6，氧化聚乙烯蠟2，鄰苯二甲酸二辛酯3，乙二醇3，抗氧劑3，石蠟2。
具體步驟如下：
（1）聚氯乙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯（PVC-cg-GMA）的制備：
在裝有攪拌器、溫度計和導氣管的三口燒瓶中加入預干燥的聚氯乙烯，在攪拌狀態(tài)下緩慢加入甲基丙烯酸縮水甘油酯，膨潤12小時后，加入SiO2防止聚氯乙烯結塊，繼續(xù)攪拌至均勻，然后在攪拌、常溫下通入氯氣置換體系空氣，升溫至115℃，反應25分鐘，停止通氯氣并停止加熱后抽真空，降溫至低于100℃時，置換空氣3次，趁熱將反應液緩慢的倒入盛有丙酮和甲醇混合溶液的燒杯中沉淀，邊沉淀邊用玻璃棒攪拌，抽濾得到濾餅，將濾餅搗碎，放在55℃真空干燥至恒重，得到接枝產(chǎn)物PVC-cg-GMA；
（2）PVC-cg-GMA接枝水滑石的制備：
將水滑石加入二甲基亞砜中攪拌10分鐘，之后超聲分散20分鐘，分散均勻后，加入步驟（1）PVC-cg-GMA，在室溫下攪拌混勻后，再逐滴滴入四氯化錫的二甲基亞砜溶液，反應30分鐘，反應結束后，洗滌得到PVC-cg-GMA接枝水滑石；
（3）預混：
啟動高速攪拌機并加熱至65℃，將步驟（2）PVC-cg-GMA接枝水滑石、有機錫熱穩(wěn)定劑、氯化聚乙烯、乙二醇依次加入高速攪拌機中，邊攪拌邊加熱至100℃，之后加入鄰苯二甲酸二辛酯、抗氧劑、石蠟，最后再加入氧化聚乙烯蠟，攪拌均勻后，冷卻到60℃以下出料，再進行冷混，完成后得到預混物；
（4）擠出、注塑：
將步驟（3）的預混物加入到擠出機中，經(jīng)過熔融、塑化、混合從擠出機的機頭連續(xù)擠出物料，完成后得到擠出混合物，之后利用注塑機將混合物注塑成標準試樣，得到產(chǎn)品。
其中，所述的步驟（1）中丙酮和甲醇混合溶液是由丙酮與甲醇以體積比為1:1混合而成。
其中，所述的步驟（4）中擠出機設定參數(shù)如下：螺桿轉速為15r/min，進料速度為48mm/s，壓力為70Mpa，擠出機加料段溫度設定為170℃，混煉段180℃，計量段185℃，機頭段182℃。
性能測試結果如下：
拉伸強度：44.7MPa，彎曲強度：83MPa，沖擊強度為79.2KJ/m2，維卡軟化溫度（1Kg負荷）：81.6℃。