本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高密度聚乙烯增韌母粒及其制備方法和其在高密度聚乙烯管材中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
高密度聚乙烯是一種不透明白色臘狀材料，高密度聚乙烯比重比水輕，并且具有耐酸堿、耐有機(jī)溶劑，表面硬度、拉伸強(qiáng)度和剛性等機(jī)械強(qiáng)度好的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，但是同時(shí)高密度聚乙烯還具有易變形，易老化，易發(fā)脆的特點(diǎn)。
企業(yè)生產(chǎn)HDPE市政管時(shí)為了降低成本通常加不同含量的重鈣或輕鈣，這樣導(dǎo)致生產(chǎn)的HDPE市政管抗沖擊韌性和環(huán)剛度低等問(wèn)題，限制其工業(yè)化應(yīng)用。超細(xì)磷石膏粉是五大凝膠材料之一，無(wú)毒環(huán)保，價(jià)格便宜，是一種重要的工業(yè)原材料。如果能夠用超細(xì)石膏粉取代重鈣或輕鈣，同時(shí)不降低管材的機(jī)械性能，必將具有較大的市場(chǎng)前景。
因此，仍需尋求一種超細(xì)磷石膏粉改性的高密度聚乙烯母粒及管材。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高密度聚乙烯增韌母粒，本發(fā)明將高密度聚乙烯增韌母粒應(yīng)用在高密度聚乙烯管材中后，在保證管材耐壓耐熱性能不降低的同時(shí)，有效提高了管材的沖擊韌性和環(huán)剛度。
本發(fā)明的另一目的在于提供上述高密度聚乙烯增韌母粒的制備方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供上述高密度聚乙烯增韌母粒在高密度聚乙烯管材中的應(yīng)用。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種高密度聚乙烯管材。
本發(fā)明的另一目的在于提供上述高密度聚乙烯管材的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種高密度聚乙烯增韌母粒，所述高密度聚乙烯增韌母粒按質(zhì)量份數(shù)由以下原料組成：
高密度聚乙烯樹(shù)脂 80～95份；
相容劑 1～3份；
分散劑 0.1～0.5份；
超細(xì)磷石膏粉 4.9～18.9份；
其中，所述相容劑為聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐，所述分散劑為端羧基液體丁晴橡膠，所述超細(xì)磷石膏粉的目數(shù)為600～3000目。
本發(fā)明將聚乙烯樹(shù)脂、超細(xì)磷石膏粉、相容劑和分散劑混合后制備高密度聚乙烯增韌母粒時(shí)，選擇聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐作為相容劑，端羧基液體丁晴橡膠作為分散劑，通過(guò)相容性擠出反應(yīng)技術(shù)和分散技術(shù)在基體材料中添加第二相超細(xì)磷石膏粉制備一種高密度聚乙烯增韌母粒。
聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐相容劑引入強(qiáng)極性反應(yīng)性基團(tuán)，使復(fù)合材料具有高的極性和反應(yīng)性，從而大大提高復(fù)合材料的相容性和超細(xì)磷石膏粉的分散性，進(jìn)而提高復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度；端羧基液體丁晴橡膠分散劑的單個(gè)錨固基團(tuán)可與無(wú)機(jī)粉體表面以離子對(duì)的形式結(jié)合起來(lái)，形成“單點(diǎn)錨固”，實(shí)現(xiàn)超細(xì)無(wú)機(jī)粉體的均勻分布，并誘導(dǎo)高密度聚乙烯樹(shù)脂二次結(jié)晶和晶粒細(xì)化，從而實(shí)現(xiàn)在制備得到的高密度聚乙烯母粒的其它性能不降低的同時(shí)，聚乙烯管材的抗沖擊韌性和環(huán)剛度獲得提高；另外，端羧基液體丁晴橡膠還具有較好的吸水性，在對(duì)混合材料進(jìn)行擠出時(shí)，超細(xì)磷石膏粉在120℃時(shí)會(huì)脫水影響產(chǎn)品表面質(zhì)量，端羧基液體丁晴橡膠能夠吸取基體樹(shù)脂材料中的水分從而保證產(chǎn)品具有較好的表面質(zhì)量。
在本發(fā)明中，超細(xì)磷石膏粉的目數(shù)過(guò)大造成磷石膏粉的粒徑過(guò)細(xì)，即便有分散劑和相容劑的添加，也會(huì)導(dǎo)致粉體團(tuán)聚從而造成應(yīng)力集中而使力學(xué)性能下降；相反若磷石膏粉的目數(shù)過(guò)小，則粒徑太大，磷石膏粉自身作為一種缺陷也易造成應(yīng)力集中而使母粒的力學(xué)性能下降。因此本發(fā)明中選用的超細(xì)磷石膏粉的目數(shù)為600～3000目，優(yōu)選地，所述超細(xì)磷石膏粉的目數(shù)為800～1200目。
在本發(fā)明中，為使聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐與其它各組分具有較好的相容性，對(duì)聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐的接枝率和熔融指數(shù)均有要求，優(yōu)選地，所述聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐的接枝率為2.0～5.0%，23℃條件下的熔融指數(shù)為50～60g/10分鐘。
優(yōu)選地，所述高密度聚乙烯的密度為0.940～0.976 g/cm3，結(jié)晶度為50%～60%，軟化點(diǎn)為125～135℃。
優(yōu)選地，所述高密度聚乙烯增韌母粒按質(zhì)量份數(shù)由以下原料組成：
高密度聚乙烯樹(shù)脂 80～92份；
相容劑 1.2～2.8份；
分散劑 0.2～0.45份；
超細(xì)磷石膏粉 7.75～17.5份；
其中，所述相容劑為聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐，所述分散劑為端羧基液體丁晴橡膠，所述超細(xì)磷石膏粉的目數(shù)為800～1200目。
上述高密度聚乙烯增韌母粒的制備方法，具體包括如下步驟：
S1：按照配比配制各組分原料；
S2：將相容劑（PP-g-MAH）、分散劑（CTBN）、超細(xì)磷石膏粉以及高密度聚乙烯樹(shù)脂混合然后加入雙螺桿擠出機(jī)中，進(jìn)行反應(yīng)擠出成型、冷卻、切粒得改性料A；
S3：將步驟S2所得改性料A在溫度為75～105℃的烘箱中進(jìn)行烘干，烘干時(shí)間為3～6h，得高密度聚乙烯增韌母粒。
優(yōu)選地，所述步驟S3中所述溫度為90℃，所述時(shí)間為4h。
優(yōu)選地，所述雙螺桿擠出機(jī)的擠出工藝為：一區(qū)180 ℃、二區(qū)185 ℃、三區(qū)190 ℃、四區(qū)195 ℃、五區(qū)200 ℃、機(jī)頭200 ℃；螺桿轉(zhuǎn)速200 r/min。
上述高密度聚乙烯增韌母粒在高密度聚乙烯管材中的應(yīng)用。
一種高密度聚乙烯管材，所述高密度聚乙烯管材按質(zhì)量份數(shù)由以下原料組成：上述高密度聚乙烯增韌母粒5～20份和高密度聚乙烯樹(shù)脂80～95份。
上述高密度聚乙烯管材的制備方法，所述制備方法為：將所述高密度聚乙烯增韌母粒與高密度聚乙烯樹(shù)脂物理共混，然后在單螺桿擠出管材機(jī)上擠出即得高密度聚乙烯管材。
優(yōu)選地，所述單螺桿擠出機(jī)的機(jī)筒溫度為190～210℃，模頭溫度為200～220℃。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
將本發(fā)明提供的高密度聚乙烯增韌母粒應(yīng)用在高密度聚乙烯管材中，能夠在保證管材耐壓耐熱性能不降低的同時(shí)，有效提高了管材的沖擊韌性和環(huán)剛度，而且還實(shí)現(xiàn)了磷渣的回收利用并降低了生產(chǎn)成本，對(duì)高密度聚乙烯管材領(lǐng)域的工業(yè)化應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。本發(fā)明在高密度聚乙烯樹(shù)脂中添加制備得到的高密度聚乙烯增韌母粒，通過(guò)配方設(shè)計(jì)達(dá)到了很好的增韌效果，與目前市場(chǎng)上的高密度聚乙烯管材相比，性價(jià)比較高，并且解決了高密度聚乙烯管材易開(kāi)裂的技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法；以下各實(shí)施例中的HDPE樹(shù)脂的商品牌號(hào)為HDPE8001，購(gòu)自臺(tái)灣塑膠工業(yè)股份有限公司；超細(xì)磷石膏粉購(gòu)自甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司；相容劑的牌號(hào)為CMG9801，購(gòu)自南通日之升高分子新材料科技有限公司；端羧基液體丁晴橡膠的牌號(hào)為861340，購(gòu)自東莞市合力化工貿(mào)易有限公司；所使用原料、助劑等，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為可從常規(guī)市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)等商業(yè)途徑得到的原料和助劑。
實(shí)施例1 一種高密度聚乙烯增韌母粒1
步驟1：原料選?。喊粗亓糠萦?jì)，HDPE樹(shù)脂80份、超細(xì)磷石膏粉18.9份（1200目）；相容劑（PP-g-MAH）1份、分散劑端羧基液體丁晴橡膠0.1份。
步驟2：反應(yīng)擠出：擠出工藝為：一區(qū)180 ℃、二區(qū)185 ℃、三區(qū)190 ℃、四區(qū)195 ℃、五區(qū)200 ℃、機(jī)頭200 ℃；螺桿轉(zhuǎn)速200 r/min，將配置含有相容劑（PP-g-MAH）、分散劑（CTBN）和超細(xì)磷石膏粉的HDPE共混料加入雙螺桿擠出機(jī)中，進(jìn)行反應(yīng)擠出成型、冷卻、切粒，得到改性料A；
步驟3：烘干：將步驟2得到的改性料A，在溫度為90℃的烘箱中進(jìn)行烘干，時(shí)間為240分鐘，得到改性料B即為高密度聚乙烯增韌母粒。
實(shí)施例2 一種高密度聚乙烯增韌母粒2
步驟1：原料選?。喊粗亓糠萦?jì)，HDPE樹(shù)脂85份、超細(xì)磷石膏粉15.4份（600目）；相容劑（PP-g-MAH）1.5份、分散劑端羧基液體丁晴橡膠0.1份。
步驟2：反應(yīng)擠出：擠出工藝為：一區(qū)180 ℃、二區(qū)185 ℃、三區(qū)190 ℃、四區(qū)195 ℃、五區(qū)200 ℃、機(jī)頭200 ℃；螺桿轉(zhuǎn)速200 r/min，將配置含有相容劑（PP-g-MAH）、分散劑（（CTBN）和超細(xì)磷石膏粉的HDPE共混料加入雙螺桿擠出機(jī)中，進(jìn)行反應(yīng)擠出成型、冷卻、切粒，得到改性料A；
步驟3：烘干：將步驟2得到的改性料A，在溫度為90℃的烘箱中進(jìn)行烘干，時(shí)間為240分鐘，得到改性料B即為高密度聚乙烯增韌母粒。
實(shí)施例3 一種高密度聚乙烯增韌母粒3
步驟1：原料選?。喊粗亓糠萦?jì)，HDPE樹(shù)脂90份、超細(xì)磷石膏粉7.8份（2000目）；相容劑（PP-g-MAH）2份、分散劑端羧基液體丁晴橡膠0.1份。
步驟2：反應(yīng)擠出：擠出工藝為：一區(qū)180 ℃、二區(qū)185 ℃、三區(qū)190 ℃、四區(qū)195 ℃、五區(qū)200 ℃、機(jī)頭200 ℃；螺桿轉(zhuǎn)速200 r/min，將配置含有相容劑（PP-g-MAH）、分散劑（（CTBN）和超細(xì)磷石膏粉的HDPE共混料加入雙螺桿擠出機(jī)中，進(jìn)行反應(yīng)擠出成型、冷卻、切粒，得到改性料A；
步驟3：烘干：將步驟2得到的改性料A，在溫度為90℃的烘箱中進(jìn)行烘干，時(shí)間為240分鐘，得到改性料B即為高密度聚乙烯增韌母粒。
實(shí)施例4 一種高密度聚乙烯增韌母粒4
步驟1：原料選?。喊粗亓糠萦?jì)，HDPE樹(shù)脂95份、超細(xì)磷石膏粉2.4份（3000目）；相容劑（PP-g-MAH）2.5份、分散劑端羧基液體丁晴橡膠0.1份。
步驟2：反應(yīng)擠出：擠出工藝為：一區(qū)180 ℃、二區(qū)185 ℃、三區(qū)190 ℃、四區(qū)195 ℃、五區(qū)200 ℃、機(jī)頭200 ℃；螺桿轉(zhuǎn)速200 r/min，將配置含有相容劑（PP-g-MAH）、分散劑（（CTBN）和超細(xì)磷石膏粉的HDPE共混料加入雙螺桿擠出機(jī)中，進(jìn)行反應(yīng)擠出成型、冷卻、切粒，得到改性料A；
步驟3：烘干：將步驟2得到的改性料A，在溫度為90℃的烘箱中進(jìn)行烘干，時(shí)間為240分鐘，得到改性料B即為高密度聚乙烯增韌母粒。
實(shí)施例5 一種高密度聚乙烯管材1
按重量份計(jì)，將實(shí)施例1制備得到的高密度聚乙烯增韌母粒5份與高密度聚乙烯樹(shù)脂95份物理共混，在單螺桿擠出管材機(jī)組上擠出高密度聚乙烯管材，擠出工藝：擠出機(jī)筒溫度：190～210℃，模頭溫度為：200～220℃。
實(shí)施例6 一種高密度聚乙烯管材2
按重量份計(jì)，將實(shí)施例2制備得到的高密度聚乙烯增韌母粒10份與高密度聚乙烯樹(shù)脂90份物理共混，在單螺桿擠出管材機(jī)組上擠出高密度聚乙烯管材，擠出工藝：擠出機(jī)筒溫度：190～210℃，模頭溫度為：200～220℃。
實(shí)施例7 一種高密度聚乙烯管材3
按重量份計(jì)，將實(shí)施例3制備得到的高密度聚乙烯增韌母粒15份與高密度聚乙烯樹(shù)脂85份物理共混，在單螺桿擠出管材機(jī)組上擠出高密度聚乙烯管材，擠出工藝：擠出機(jī)筒溫度：190～210℃，模頭溫度為：200～220℃。
實(shí)施例8 一種高密度聚乙烯管材4
按重量份計(jì)，將實(shí)施例4制備得到的高密度聚乙烯增韌母粒20份與高密度聚乙烯樹(shù)脂80份物理共混，在單螺桿擠出管材機(jī)組上擠出高密度聚乙烯管材，擠出工藝：擠出機(jī)筒溫度：190～210℃，模頭溫度為：200～220℃。
對(duì)照例1 一種高密度聚乙烯管材5
步驟1：原料選?。喊粗亓糠萦?jì)，HDPE樹(shù)脂80份、碳酸鈣18.9份（1200目）；相容劑（PP-g-MAH）1份、分散劑端羧基液體丁晴橡膠0.1份。
步驟2：反應(yīng)擠出：擠出工藝為：一區(qū)180 ℃、二區(qū)185 ℃、三區(qū)190 ℃、四區(qū)195 ℃、五區(qū)200 ℃、機(jī)頭200 ℃；螺桿轉(zhuǎn)速200 r/min，將配置含有相容劑（PP-g-MAH）、分散劑（CTBN）和超細(xì)磷石膏粉的HDPE共混料加入雙螺桿擠出機(jī)中，進(jìn)行反應(yīng)擠出成型、冷卻、切粒，得到改性料A；
步驟3：烘干：將步驟2得到的改性料A，在溫度為90℃的烘箱中進(jìn)行烘干，時(shí)間為240分鐘，得到改性料B即為高密度聚乙烯增韌母粒。
按照實(shí)施例5所述制備方法在單螺桿擠出管材機(jī)組上擠出高密度聚乙烯管材。
對(duì)照例2 一種高密度聚乙烯管材6
本對(duì)照例的配方為HDPE樹(shù)脂80份、超細(xì)磷石膏粉18.9份（1200目）；相容劑（PE-g-MAH）1份、分散劑（端羧基液體丁晴橡膠）0.1份。
其它步驟及制備方法同對(duì)照例1。
對(duì)照例3 一種高密度聚乙烯管材7
本對(duì)照例的配方為HDPE樹(shù)脂80份、超細(xì)磷石膏粉18.9份（1200目）；相容劑（PP-g-MAH）1份、分散劑（聚乙烯蠟，PEG）0.1份。
對(duì)照例4 一種高密度聚乙烯管材8
本對(duì)照例的配方為HDPE樹(shù)脂80份、超細(xì)磷石膏粉18.9份（1200目）；相容劑（PP-g-MAH）1份。
將實(shí)施例5～8以及對(duì)照例1～4制備得到的高密度聚乙烯管材進(jìn)行性能測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試方法如下，標(biāo)準(zhǔn)要求如表1，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)下表2。
1. 沖擊韌性 按照GB/T 14152-2001中的方法進(jìn)行測(cè)試；
2. 環(huán)剛度 按照GB/T 9647-2003中的方法進(jìn)行測(cè)試；
3. 耐壓性能 按照GB/T 6111-2003中的方法進(jìn)行測(cè)試；
4. 耐熱性能(維卡軟化溫度) 按照GB/T 8802-2001中的方法進(jìn)行測(cè)試。
表1 高密度聚乙烯管材各項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)要求
表2 高密度聚乙烯管材的性能測(cè)試
。
從表2中可以看出，實(shí)施例1～4的沖擊韌性明顯高于對(duì)照例1～4，而且對(duì)照例2～4的韌性明顯不符合GB/T19472.1-2004 技術(shù)要求；實(shí)施例1～4的環(huán)剛度高于對(duì)照例1～4，而且對(duì)照例3～4不符合GB/T19472.1-2004 技術(shù)要求；對(duì)于耐壓性能，實(shí)施例1～4、對(duì)照例1～3符合GB/T19472.1-2004 技術(shù)要求，對(duì)照例4不符合；維卡軟化溫度實(shí)施例1～4高于對(duì)照例1～4，并且對(duì)照例3～4明顯不符合GB/T19472.1-2004 技術(shù)要求。綜合來(lái)說(shuō)本發(fā)明選用的分散劑、相容劑以及無(wú)機(jī)粉體對(duì)HDPE管材的性能產(chǎn)生明顯的影響，而且超細(xì)磷石膏粉替代碳酸鈣具有價(jià)格的優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)的管材性價(jià)比較高。