一種聚氯乙烯塑料管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聚氯乙烯塑料管，它是由下述重量份的原料組成的：碳納米管4?6、90?93%的硫酸40?60、95?97%的硝酸60?70、丙烯酰氯1?2、1，4?二氧六環(huán)0.01?0.02、偶氮二異丁腈0.2?0.3、丙烯酸羥乙酯6?10、三乙胺7?8、液體三元乙丙橡膠10?14、過氧化二異丙苯1?1.2、聚氯乙烯100?120、硅灰石粉17?20、檸檬酸三丁酯5?6。本發(fā)明在聚氯乙烯基體中加入了分散性較好的液體乙丙橡膠，而液體乙丙橡膠通過雙鍵與改性處理后的碳納米管有效的結(jié)合，因而基體可以通過化學(xué)鍵將載荷應(yīng)力傳遞給碳納米管，從而提高了其力學(xué)強度。
【專利說明】
一種聚氯乙烯塑料管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及管材技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚氯乙烯塑料管及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管有著很強的軸向強度、韌性以及彈性模量，經(jīng)過理論計算得出:碳納米管的楊氏模量可以達到5TPa，比普通纖維高一個數(shù)量級；其理論拉伸強度為50-200GPa，為鋼的100倍，但密度卻只有鋼的六分之一，此外，碳納米管中空的籠狀結(jié)構(gòu)在受到外力強烈作用時能夠發(fā)生一定的體積形變，進而表現(xiàn)為出很好的柔韌性，可以把它看做是非常的優(yōu)異纖維〃而且碳納米管所承受的張力應(yīng)變，不會呈現(xiàn)脆性斷裂、塑性變形斷裂或鍵斷裂，因此，碳納米管的結(jié)構(gòu)比普通高分子材料要牢固得多，目前，以碳納米管為填料的與其它工程材料進行復(fù)合制備出的復(fù)合材料，表現(xiàn)出了驚人的強度、彈性、韌性和抗疲勞性等，這就為碳納米管提供了更廣泛的適用范圍；
由于碳納米管巨大的比表面積和表面能，使得碳納米管非常容易團聚，這無形中會限制其在各種基體中的分散，有效地改善碳納米管在基體中的分散，使其可以較為有效地傳遞載荷，已經(jīng)成為碳納米管應(yīng)用所急需解決的問題，因此，碳納米管的表面改性顯得尤為重要；
而由于碳納米管能夠提高復(fù)合材料的力學(xué)性能、電性能以及其他性能，所以碳納米管/橡膠復(fù)合材料引起越來越多的關(guān)注，為了實現(xiàn)增強的目的，有兩個問題需要解決:一個是碳納米管的分散問題、另一個是碳納米管和基體的界面問題，由于碳納米管表面比較惰性，而且比表面積比較大易造成團聚，所以碳納米管增強聚合物的效果不是很明顯，基于這個原因，很多人開始對碳納米管進行物理或化學(xué)處理，在這些方法當(dāng)中，酸處理產(chǎn)生含氧基團的方法是一種常用且高效的，因為它可以提供有效的反應(yīng)點，從而與基體樹脂實現(xiàn)化學(xué)鍵連接，但是，大多數(shù)情況下，這種方法產(chǎn)生的基團往往很少，不能夠提供足夠的連接與基體鍵合；
碳納米管由于其擁有各項優(yōu)異的性能，近些年來一直倍受各國研究人員的關(guān)注，尤其是碳納米管納米復(fù)合材料由于它可以具備更多原來碳納米管不具備的功能或者增強碳納米管具備但較弱的功能，本發(fā)明就是提供一種官能化增強碳納米管，并將其復(fù)合材料應(yīng)用到生活生產(chǎn)領(lǐng)域中常用的管材上，以此來達到提高管材性能的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種聚氯乙烯塑料管及其制備方法。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種聚氯乙烯塑料管，它是由下述重量份的原料組成的:
碳納米管4-6、90-93%的硫酸40-60、95-97%的硝酸60-70、丙烯酰氯1-2、I，4-二氧六環(huán)0.01-0.02、偶氣二異丁臆0.2-0.3、丙稀酸輕乙酯6-10、二乙胺7-8、液體二兀乙丙橡Jj父10-14、過氧化二異丙苯1-1.2、聚氯乙烯100-120、硅灰石粉17-20、檸檬酸三丁酯5-6。
[0005 ] 一種所述的聚氯乙烯塑料管的制備方法，包括以下步驟:
(1)將上述碳納米管加入到上述90-93%的硫酸、95-97%的硝酸的混合溶液中，超聲攪拌20-24小時，在136-140 °C下保溫50-60分鐘，抽濾，水洗3_4次，在70-80 °C下干燥20-30分鐘，得酸化碳納米管；
(2)將上述偶氮二異丁腈加入到其重量20-30倍的無水乙醇中，攪拌均勻，與上述丙烯酰氯、I，4_二氧六環(huán)混合，磁力攪拌2-3分鐘，升高溫度為60-65°C，在氮氣的保護下保溫反應(yīng)47-50小時，得接枝助劑；
(3)將上述酸化碳納米管加入到其重量100-130倍的無水乙醇中，磁力攪拌2-3分鐘，加入上述接枝助劑，升高溫度為80-85°C，在氮氣保護下攪拌反應(yīng)40-50小時，離心，將固形物依次用四氫呋喃、無水乙醇、去離子水洗滌2-3次，常溫干燥，得接枝改性碳納米管；
(4)將上述接枝改性碳納米管加入到其重量100-120倍的無水乙醇中，加入上述丙烯酸羥乙酯、三乙胺，升高溫度為60-65°C，在氮氣的保護下保溫攪拌20-30小時，離心，將固形物依次用四氫呋喃、去離子水洗滌3-4次，常溫干燥，得乙烯基碳納米管；
(5)將上述乙烯基碳納米管加入到其重量30-47倍的四氫呋喃中，加入上述液體三元乙丙橡膠、過氧化二異丙苯，在室溫下攪拌10-13小時，送入真空烘箱中，在76-80°C下干燥1-2小時，出料后在常溫下放置2-3天，抽濾，將濾餅在90-100°C下真空干燥20-30分鐘，得改性復(fù)合材料；
(6)將上述改性復(fù)合材料與剩余各原料混合，采用雙螺桿造粒，造粒溫度為120-150°C，并將粒料在雙螺桿擠出機上擠出管材，擠出機溫度為170-1900C，管材經(jīng)冷卻、切割、擴徑、包裝即為管材成品。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點是:
傳統(tǒng)的液體乙丙橡膠前驅(qū)體的分子量較低，造成固化后的乙丙橡膠的力學(xué)性能較低，本發(fā)明首先將含有乙烯基官能團的分子鏈被共價接枝到碳納米管表面，然后與三元乙丙橡膠混合，乙烯基碳納米管表面的乙烯基參與了三元乙丙橡膠的固化，使得碳納米管與三元乙丙橡膠的分子鏈之間相互連接，從而導(dǎo)致了凝膠含量和力學(xué)性能的提高，最后將固化穩(wěn)定后的復(fù)合材料加入到聚氯乙烯基材中，經(jīng)過擠出成型達到增強的目的；
本發(fā)明首先合成了具有酰氯基團的接枝助劑，然后其在與酸化碳納米管反應(yīng)的時候消耗掉了一部分酰氯基團，但是絕大多數(shù)的基團留了下來，它們可以和丙烯酸羥乙酯反應(yīng)，從而間接地在碳納米管的表面得到很多的乙烯基；
本發(fā)明的聚氯乙烯塑料管具有更高的力學(xué)強度:本發(fā)明在聚氯乙烯基體中加入了分散性較好的液體乙丙橡膠，而液體乙丙橡膠通過雙鍵與改性處理后的碳納米管有效的結(jié)合，因而基體可以通過化學(xué)鍵將載荷應(yīng)力傳遞給碳納米管，從而提高了其力學(xué)強度。
【具體實施方式】
[0007]一種聚氯乙烯塑料管，它是由下述重量份的原料組成的:
碳納米管4、90%的硫酸40、95%的硝酸60、丙烯酰氯1、I，4二氧六環(huán)0.01、偶氮二異丁腈
0.2、丙烯酸羥乙酯6、三乙胺7、液體三元乙丙橡膠10、過氧化二異丙苯1、聚氯乙烯100、硅灰石粉17、檸檬酸三丁酯5。
[0008]一種所述的聚氯乙烯塑料管的制備方法，包括以下步驟:
(1)將上述碳納米管加入到上述90%的硫酸、95%的硝酸的混合溶液中，超聲攪拌20小時，在136 °C下保溫50分鐘，抽濾，水洗3次，在70 °C下干燥20分鐘，得酸化碳納米管；
(2)將上述偶氮二異丁腈加入到其重量20倍的無水乙醇中，攪拌均勻，與上述丙烯酰氯、I，4二氧六環(huán)混合，磁力攪拌2分鐘，升高溫度為60°C，在氮氣的保護下保溫反應(yīng)47小時，得接枝助劑；
(3)將上述酸化碳納米管加入到其重量100倍的無水乙醇中，磁力攪拌2分鐘，加入上述接枝助劑，升高溫度為80°C，在氮氣保護下攪拌反應(yīng)40小時，離心，將固形物依次用四氫呋喃、無水乙醇、去離子水洗滌2次，常溫干燥，得接枝改性碳納米管；
(4)將上述接枝改性碳納米管加入到其重量100倍的無水乙醇中，加入上述丙烯酸羥乙酯、三乙胺，升高溫度為60°C，在氮氣的保護下保溫攪拌20小時，離心，將固形物依次用四氫呋喃、去離子水洗滌3次，常溫干燥，得乙烯基碳納米管；
(5)將上述乙烯基碳納米管加入到其重量30倍的四氫呋喃中，加入上述液體三元乙丙橡膠、過氧化二異丙苯，在室溫下攪拌10小時，送入真空烘箱中，在80°C下干燥2小時，出料后冷卻，抽濾，將濾餅在100°C下真空干燥30分鐘，得改性復(fù)合材料；
(6 )將上述改性復(fù)合材料與剩余各原料混合，采用雙螺桿造粒，造粒溫度為120 °C，并將粒料在雙螺桿擠出機上擠出管材，擠出機溫度為170°C，管材經(jīng)冷卻、切割、擴徑、包裝即為管材成品。
[0009]性能測試:
維卡軟化溫度:87.0 °C;
二氯甲烷浸漬實驗(15 °C ):內(nèi)外表面變化均為ON;
縱向回縮率(150°C、Ih): 2.9%；
拉伸屈服強度:46MPa;
落錘沖擊實驗(0°C):TIR< 10%。
【主權(quán)項】
1.一種聚氯乙烯塑料管，其特征在于，它是由下述重量份的原料組成的: 碳納米管4-6、90-93%的硫酸40-60、95-97%的硝酸60-70、丙烯酰氯1_2、I，4-二氧六環(huán)0.01-0.02、偶氣二異丁臆0.2-0.3、丙稀酸輕乙酯6-10、二乙胺7-8、液體二兀乙丙橡Jj父10-14、過氧化二異丙苯1-1.2、聚氯乙烯100-120、硅灰石粉17-20、檸檬酸三丁酯5-6。2.—種如權(quán)利要求1所述的聚氯乙烯塑料管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將上述碳納米管加入到上述90-93%的硫酸、95-97%的硝酸的混合溶液中，超聲攪拌20-24小時，在136-140 °C下保溫50-60分鐘，抽濾，水洗3_4次，在70-80 °C下干燥20-30分鐘，得酸化碳納米管； (2)將上述偶氮二異丁腈加入到其重量20-30倍的無水乙醇中，攪拌均勻，與上述丙烯酰氯、I，4_二氧六環(huán)混合，磁力攪拌2-3分鐘，升高溫度為60-65°C，在氮氣的保護下保溫反應(yīng)47-50小時，得接枝助劑； (3)將上述酸化碳納米管加入到其重量100-130倍的無水乙醇中，磁力攪拌2-3分鐘，加入上述接枝助劑，升高溫度為80-85°C，在氮氣保護下攪拌反應(yīng)40-50小時，離心，將固形物依次用四氫呋喃、無水乙醇、去離子水洗滌2-3次，常溫干燥，得接枝改性碳納米管； (4)將上述接枝改性碳納米管加入到其重量100-120倍的無水乙醇中，加入上述丙烯酸羥乙酯、三乙胺，升高溫度為60-65°C，在氮氣的保護下保溫攪拌20-30小時，離心，將固形物依次用四氫呋喃、去離子水洗滌3-4次，常溫干燥，得乙烯基碳納米管； (5)將上述乙烯基碳納米管加入到其重量30-47倍的四氫呋喃中，加入上述液體三元乙丙橡膠、過氧化二異丙苯，在室溫下攪拌10-13小時，送入真空烘箱中，在76-80°C下干燥1-2小時，出料后冷卻，抽濾，將濾餅在90-100°C下真空干燥20-30分鐘，出料后在常溫下放置2-3天，得改性復(fù)合材料； (6)將上述改性復(fù)合材料與剩余各原料混合，采用雙螺桿造粒，造粒溫度為120-150°C，并將粒料在雙螺桿擠出機上擠出管材，擠出機溫度為170-1900C，管材經(jīng)冷卻、切割、擴徑、包裝即為管材成品。
【文檔編號】C08K7/24GK105860343SQ201610266603
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】舒峰, 季琨, 姚艷芳, 張宗運, 王克蘭, 舒玉法, 胡克文, 馬勇
【申請人】安徽玉發(fā)塑業(yè)有限公司