煅烧高岭土和钛白粉组合物在PVC压延薄膜中的应用

摘要

本发明提供了一种应用于PVC压延薄膜的复合粉体，所述复合粉体包括钛白粉与煅烧高岭土，所述钛白粉与煅烧高岭土的质量比为60%‑95%:40%‑5%，所述钛白粉的中位粒径满足：0.1um≤D

说明书

技术领域

本发明属于PVC生产用填料技术领域，具体的涉及一种PVC生产用填料及其应用。

背景技术

PVC材料是一种适用范围较广的塑料,PVC压延薄膜也有广泛的作用。在我国北方由于少雨、气温低,农作物生长期短,所以使用塑料大棚就成了发展农业生产的重要举措,瓜果蔬菜和花卉等都离不开塑料大棚。而PVC压延薄膜在塑料棚膜中占有重要的位置,此外其在盐田苫盖、工业包装、电工绝缘、充气膜制品、灯箱广告、工程防水、日用品等方面都有着广泛的应用。

目前，传统的薄膜一般通过添加填料来增强薄膜的力学强度、抗冲击耐老化以满足使用要求。但是薄膜的保温效果一直是本领域技术人员所研究的内容。因为PVC压延薄膜覆盖农作物后，白天接受阳关照射使地温升高，吸热升温且避免由于空气流动对流造成的散热降温，使地温通过光照得到提升和封闭保温；进入夜间由于土壤温度高于棚内温度时，土壤将发出波长为7-14um的远红外线，导致棚内白天储存的热量散失，温度迅速降低。然而白天黑夜温度波动较大则对农作物保苗和生长极为不利，直接影响幼苗的存活以及后期产量。因此，减少压延薄膜内的昼夜温差是充分发挥压延薄膜功效和提高农作物产量的关键问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供了一种可作为在PVC压延薄膜填料的复合粉体，在保证制备的压延薄膜力学性能不降低的前提下，有效地提高了压延薄膜的保温效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:

一种应用于PVC压延薄膜的复合粉体，所述复合粉体包括钛白粉与煅烧高岭土，所述钛白粉与煅烧高岭土的质量比为60％-95％:40％-5％，所述钛白粉的中位粒径满足：0.1um≤D_50钛白粉≤5.0um，所述煅烧高岭土的中位粒径满足：0.1um≤D_50高岭土≤6.0um，且D_50钛白粉与D_50高岭土之差的绝对值ΔD满足：ΔD≤2.0um。

进一步，钛白粉的粒径分布满足为：D_90钛白粉/D_10钛白粉＜10；煅烧高岭土的粒径分布满足为：D_90高岭土/D_10高岭土＜15。

进一步，所述钛白粉的比表面积15-50m²/g，所述煅烧高岭土比表面积10-45m²/g，比表面积_钛白粉/比表面积_高岭土满足0.5-2。

进一步，所述煅烧高岭土吸油量/板面直径的值满足40-80；钛白粉吸油量/板面直径的值满足10-30。

优选的，钛白粉的吸油量/板面直径与煅烧高岭土的吸油量/板面直径之和满足60-90。

具体的，所述钛白粉可为金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉中的一种或两种。

优选的，所述金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉的质量比为1:2.5～4.5。

进一步，本发明还提供了上述复合粉体在PVC压延薄膜中的应用。

有益效果：

在PVC压延薄膜中添加本发明制备的复合粉体，在保证制备的压延薄膜力学性能不降低的前提下，有效地提高了PVC压延薄膜的保温效果。

具体实施方式

实验例1

取中位粒径为0.5μm的工业钛白粉、中位粒径为1μm的工业煅烧高岭土，通过对不同质量比的煅烧高岭土和钛白粉混合，获得不同编号的组合物，按15％的添加量添加入浆料中制成PVC压延薄膜(具体制备过程见实施例5)，并检测其关键指标，工艺中其他参数取中间值。

表1不同质量比的煅烧高岭土和钛白粉制成的PVC压延薄膜的性能研究

如表1所示，随着煅烧高岭土的添加量的增加，PVC压延薄膜的机械性能降低，当煅烧高岭土的添加量超过40％时，PVC压延薄膜的机械性能明显降低，不能满足实用要求，因此在本发明中，选择钛白粉与煅烧高岭土的质量比为60％-95％：40％-5％。

实验例2

通常，在制备PVC压延薄膜中，填料的粒径分布合理，能够有效的提高光的散射。在含有钛白粉和煅烧高岭土的组合物中，钛白粉与煅烧高岭土的颗粒、空隙都能够散射光线，因此希望在基质中高岭土颗粒和空隙的排列使得PVC压延薄膜的光散射能力达到最大，从而能够有效的减少紫外线的透过率，同时在夜间能够有效的增加对红外线的吸收，降低红外线的通过率，减少昼夜温差。

而在本发明中煅烧高岭土的中位粒径、钛白粉的中位粒径、二者中位粒径之间的差值关系直接影响填料在制备PVC压延薄膜上的性能。故以下通过煅烧高岭土的中位粒径、钛白粉的中位粒径、二者中位粒径差值的绝对值这三个参数来证明本发明的有益效果，工艺中其他参数取中间值。

表2不同粒径配比关系对PVC压延薄膜的影响

由以上结果可知，煅烧高岭土与钛白粉的中位粒径选择合适的范围，能够有效的作为PVC压延薄膜的填料。研究发现，煅烧高岭土的中位粒径满足：0.1um≤D_50高岭土≤6.0um：钛白粉的中位粒径满足：0.1um≤D_50钛白粉≤5.0um。本发明还意外的发现，两者在合适的中位粒径范围内，并且两者的中位粒径之差小于2.0，利用了粉体不同的粒径分布进行合理级配，使得混合粉体的粒径分布范围适宜有效填补分子之间的空隙，能够使两者在基质中达到最佳排列，从而改善光的散射，降低紫外线的透过率，同时煅烧高岭土能够有效的阻隔远红外线的作用。保证了充足的可见光的透过率，在夜间通过对远红外线的阻隔，可使农用棚膜内夜间温度提高，减少夜间和白天的差值，具有较高的保温效果。。并且散射线和折射线增加，使农作物光照均匀，有利于农作物的光合作用和生长。同时减少了温差波动大对农作物的损坏。

实验例3

为了避免因煅烧高岭土和钛白粉的粒度分布范围过宽，而使得两者分配不佳，再者为了减少不同批次PVC压延薄膜产品的性能差异过大，现探究了煅烧高岭土和钛白粉各自的粒度分布。

表3煅烧高岭土和钛白粉粒度分布对PVC压延薄膜的影响

有上表可知，钛白粉的粒径分布满足为：D_90钛白粉/D_10钛白粉＜10，煅烧高岭土的粒径分布满足为：D_90高岭土/D_10高岭土＜15，以其组合物作为填料用于制备PVC压延薄膜，由于粒径分布合理，分布均一，制得的薄膜保温效果好。

需要说明的是，需要说明的是，本发明由发明人通过大量实验获得，在说明书中只展示其中的一部分，且本领域普通技术人员可以在此数据下理解并实施本发明，钛白粉与煅烧高岭土的质量配比为95％-60％：5％-40％的范围内依然存在上述相同的趋势并可得出相同的结论，具体的实验数据不在赘述。

实验例4

为了进一步提高复合粉体对光的散色效果，探究了煅烧高岭土与钛白粉的比表面积之间的关系，同时，作为PVC压延薄膜的填充剂，两者之间的比表面积取值合理能够进一步有效地增强PVC压延薄膜的保温性能。

表4钛白粉与煅烧高岭土比表面积的之比对PVC压延薄膜的影响

本发明中煅烧高岭土比表面积10-45m²/g，钛白粉的比表面积15-50m²/g，经过锻烧后的煅烧高岭土比表面积较大，能够使煅烧高岭土有较好的分散性，在不影响透光率的前提下，煅烧高岭土多孔结构特性和较大比表面积提高了PVC压延薄膜蓄热能力，增加了保温性。所述钛白粉与煅烧高岭土的比表面积之比满足0.5-2，能够提高复合粉体的分散性，两者之间的合理配级，更有效的增加了对光的散射效果，从而增强PVC压延波膜的保温效果。

实验例5

通常在压延薄膜领域中，填料粉体的吸油量主要是针对树脂的吸附，若其吸油量过大，使得在压延薄膜中，粉体会吸收大量树脂，造成树脂浪费，增加生产成本，另外粉体吸油量的大小对压延薄膜的性能影响较大，直接影响压延薄膜的拉伸强度、断裂伸长率等指标，本发明中考虑煅烧高岭土、钛白粉二者吸油量与板面直径的关系，具体研究结果见表5。

需要说明的是钛白粉与煅烧高岭土粉末的板面直径以从透射型电子显微镜照片测得的数值表示。在水或醇中使粉末分散，使该溶液在筛网附着、干燥，制成观察试样。在观察试样内选择板面对筛网水平附着的颗粒(200点)，进行板面直径的测定，将平均值作为板面直径。

表5不同钛白粉、煅烧高岭土吸油量/板面直径对薄膜力学性能的影响

本发明中所述煅烧高岭土吸油量/板面直径的值满足40-80、钛白粉的吸油量/板面直径的值满足10-30。需要需说明的是，吸油量(g/g)/板面直径(um)的单位为(g/g.um),当煅烧高岭土与钛白粉的吸油量/板面直径之和小于60时，颗粒的板面直径相对于吸油量较大，制成膜时，容易使薄膜的力学性能下降。另外，大于90时，薄膜的力学性能较好，但是颗粒在树脂中难以融合，分散性不良，制备的薄膜不均一，效果欠佳。

需要说明的是，需要说明的是，本发明由发明人通过大量实验获得，在说明书中只展示其中的一部分，且本领域普通技术人员可以在此数据下理解并实施本发明，钛白粉与煅烧高岭土的质量配比为95％-60％：5％-40％的范围内依然存在上述相同的趋势并可得出相同的结论，具体的实验数据不在赘述。

钛白粉可为金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉的一种或者两种。作为优选，上述钛白粉选用金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉的混合钛白粉，其中金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉的质量比为1:2～4。在大多PVC压延薄膜配方中，较多地仅采用一种晶型的钛白粉原料，使得钛白粉应用较为单一，在本发明中作为优选的，将金红石型钛白粉和锐钛型钛白粉进行混合使用，产生混晶效应，有利于提高TiO₂的催化活性，从而使PVC压延薄膜具有优异的光学吸收性能和光催化性能，可提高PVC压延薄膜的领域应用。

以下结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围内。

实施例1

组方：金红石型钛白粉80份

煅烧高岭土20份

其中，钛白粉的D_50钛白粉＝0.5um，D_90钛白粉/D_10钛白＝10；比表面积20m²/g，吸油量/板面直径的值为30；

煅烧高岭土的D_50高岭土＝1um，D_90高岭土/D_10高岭土＝10；比表面积20m²/g，吸油量/板面直径的值为40。

将金红石型钛白粉装入温度可控的高混器中，称取处方量的煅烧高岭土，缓慢加入高混器中，搅拌20min，从而得到成品，记为复合粉体M1。

实施例2

组方：锐钛型钛白粉70份

煅烧高岭土30份

其中，钛白粉的D_50钛白粉＝1.5.um，D_90钛白粉/D_10钛白＝10；比表面积10m²/g，吸油量/板面直径的值为20；

煅烧高岭土的D_50高岭土＝0.5um，D_90高岭土/D_10高岭土＝15；比表面积20m²/g，吸油量/板面直径的值为60。

将锐钛型钛白粉装入温度可控的高混器中，称取处方量的煅烧高岭土，缓慢加入高混器中，搅拌22min，从而得到成品，记为复合粉体M2。

实施例3

组方：混合钛白粉 90份

煅烧高岭土 10份

其中，混合钛白粉由质量比为1:2.5的金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉组成；

钛白粉的D_50钛白粉＝1.0um，D_90钛白粉/D_10钛白＝5；比表面积30m²/g，吸油量/板面直径的值为10；

煅烧高岭土的D_50高岭土＝3.0um，D_90高岭土/D_10高岭土＝10；比表面积20m²/g，吸油量/板面直径的值为50。

将混合钛白粉装入温度可控的高混器中，称取处方量的煅烧高岭土，缓慢加入高混器中，搅拌20min，从而得到成品，记为复合粉体M3。

实施例4

组方：混合钛白粉 60份

煅烧高岭土 40份

其中，混合钛白粉由质量比为1:4.5的金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉组成；

钛白粉的D_50钛白粉＝0.8um，D_90钛白粉/D_10钛白＝8；比表面积35m²/g，吸油量/板面直径的值为20；

煅烧高岭土的D_50高岭土＝0.3um，D_90高岭土/D_10高岭土＝12；比表面积20m²/g，吸油量/板面直径的值为50。

将混合钛白粉装入温度可控的高混器中，称取处方量的煅烧高岭土，缓慢加入高混器中，搅拌20min，从而得到成品，记为复合粉体M4。

实施例5

将实施例1制备的复合粉体M1应用于PVC压延薄膜材料中，详细如下：

将实施例1制备的复合粉体投入高速混合机中，在高速搅拌下升温至75℃，再依次加入处方量的聚氯乙烯，温度控制在120℃，继续搅拌8min放料。

将混合好的物料放入双螺杆挤出机中进行造粒，其中控制熔体温度130-140℃，熔体压力4.5MPa，制备PVC压延薄膜专用母粒。将专用母粒按20％的比例加入树脂液中，吹制成PVC薄膜，记为SM1。

实施例6-8

采用与实施例5相同的步骤分别制备实施例6-8的PVC薄膜，不同之处在于，复合粉体分别采用实施例2-4中制备的复合粉体M2、M3、M4，分别制得PVC薄膜记为SM2、SM3、SM4。

(1)PVC压延薄膜的力学性能的研究

本发明关于PVC压延薄膜平力学性能测试采用国家标准GB/T 1040.3-2006。

对实施例5-8中制备的薄膜成品进行力学性能检测，具体结果见下表。

表6PVC压延薄膜的力学性能的研究

(2)紫外光透过性能以及红外线阻断率的研究

分别剪取10cmX 10cm和40cmX 40cm的面积，取10cmX 10cm的PVC薄膜放置于林上光学检测仪上测定紫外线透过率、可见光透过率及近红外线透过率；取40cmX 40cm的PVC薄膜放置于隔热箱的敞口上，该阳热箱的结构是4个侧面为泡沫塑料层，底部中空，空气可流动。在箱子中放置温度计测量箱里的温度，把制作好的箱子放置于150W的红外灯下照射40分钟，测试箱内空气温度。上述按照实施例5-8制作的PVC薄膜的光学性能和隔热性能的测试结果见表7。

表7PVC压延薄膜紫外光透过性能以及红外线阻断率的研究

本发明将所制备的PVC压延薄膜专用母粒按30％的比例加入到pvc树脂中，吹制成厚度为0.07mm的大棚薄膜。从表6可以看出，在拉伸强度、断裂伸长率本发明制备的PVC压延薄膜的性能较好，同时由表7列出了不同填料填加到薄膜中的远红外线透过率、紫外线透过率以及可见过透过率的数据,可以说明填加本发明制备的复合粉体的PVC压延薄膜在保证较高的可见过透过率的前提下，提高了对紫外线和红外线的屏蔽作用，一则减少了紫外线对农作物的伤害，二则由于阻隔了夜间远红外线，可使农用棚膜内夜间的温度提高1～4℃,减少了夜间和白天的温差,并且散射线和折射线增加，使农作物的光照均匀,有利于农作物的光合作用和生长，进而提高了农作物的品质和产量。同时，煅烧高岭土填充塑料明显降低薄膜制品的成本，提高了经济效益。具有极高的应用价值和市场前景。

最后需要说明，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而并非限制，尽管参照较佳实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。