專利名稱：靜水壓設計基準比astm d2846下所要求的靜水壓設計基準高25%的cpvc管的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及通過擠出二次氯化聚氯乙烯(CPVC)配混物制得的管子，其中該CPVC 中經(jīng)狹窄限定的高氯濃度(Cl)連同經(jīng)狹窄限定的特定已知抗沖改性劑及其它已知成分的 量的選擇提供CPVC配混物，該CPVC配混物提供出人意料地發(fā)現(xiàn)超過ASTM D2846所要求的 最小壓力等級的管子。此種更高的壓力等級不能在現(xiàn)有技術(shù)中公開的最佳實施方案中獲 得。該管子由具有至少1250psi的高靜水壓設計基準(HDB)的材料制成，所述靜水壓設計基 準是根據(jù)ASTM-D2837在180 °F下測得的。這種材料允許制備具有13. 5的標準尺寸比(SDR 13.5)并具有IOOpsig壓力等級的CPVC管。此外，可以制備在180下下具有125psig壓力 等級的SDR-Il管子。
背景技術(shù)：
可商購的CPVC管的物理性能得到廣泛地贊揚并且理所當然那樣。這些性能包括 (a)高的在載荷下的變形溫度(DTUL)，也稱為熱變形(或撓曲)溫度(HDT) ； (b)在較低溫 下的延展性；和(c)高的抗破裂性(高環(huán)向強度)，即使當在690KPa(100pSig，磅/平方英 寸，表壓)壓力下運載82.2°C (180 T )的水時仍如此。連同CPVC的優(yōu)異的抗腐蝕性，這些 性能判定這種管子可以用于工業(yè)和生活設施中的熱和冷水及其它水分配系統(tǒng)，其中需要在 這些條件下的連續(xù)工作。所謂的"連續(xù)工作"是指管子不間斷地經(jīng)歷上述條件50年。為了滿足這種對連續(xù)工作的要求，Hartitz的美國專利號5，591，497 (‘ 497專利) 中公開了具有在65wt% -69wt%的范圍內(nèi)的最優(yōu)選Cl濃度的CPVC管。將所配制的配混物 與二次氯化聚乙烯(CPE)、抗沖改性劑、穩(wěn)定劑、增塑劑、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)提高添加劑、 潤滑劑、顏料等共混。如該'497專利中所述，CPVC配混物(待擠出的混合物)中使用的" 含聚二烯和一種或多種增硬單體"的"高橡膠"抗沖改性劑的量對以下性能具有影響 ⑴尤其影響擠出物的控制等的熔體流動速率；(ii)熱變形溫度；(iii)拉伸模量；(iv)動 態(tài)熱穩(wěn)定性；和(ν)耐候性。(參見第1欄40-43行)?！案呦鹉z"抗沖改性劑是含有多于 50wt %預形成的橡膠狀聚二烯基底例如1，3- 二烯聚合物或其共聚物，尤其是丁二烯和/或 異戊二烯的聚合物或其共聚物(本文稱作"聚二烯")的抗沖改性劑。CPVC配混物中使用的"流動增強劑"的化學結(jié)構(gòu)和量對以下性能有影響(i)拉 伸模量；( )低溫脆性；(iii)拉伸強度；和(iv)熱變形溫度(參見第1欄44-47行)。具 體來說，潤滑劑(內(nèi)潤滑劑(擠出物內(nèi))和外潤滑劑(擠出物和擠出模頭壁之間))、加工助 劑和增塑劑(如果使用)和CPVC配混物中使用的CPE各自對流動有影響。CPE的精確功能 還不知道，但是認為充當流動增強劑，不論增塑劑、加工助劑或潤滑劑。丨497專利提供了說明CPVC配混物中成分的選擇如何影響由68.5% Cl CPVC制 成的管子的物理性能的說明性實施例。但是，該專利不含跡象表明CPVC中Cl的濃度和前 體PVC的分子量(測量為特性粘度"I. V. “ ) XPE的濃度或所配制的CPVC配混物中具體 成分的類型和用量的選擇將影響擠出的CPVC管的物理性能。具體來說，無跡象表明，CPVC
5的Cl濃度和前體PVC的I. V.，CPE的濃度，或抗沖改性劑、惰性填料、潤滑劑和穩(wěn)定劑的 類型，和各自的使用量將在管子的物理性能方面產(chǎn)生不相稱地大的差異，尤其是通過缺口 IZOD沖擊強度和靜水壓設計基準"HDB"衡量時。HDB是沿圓周取向時管子壁中估算的拉 伸強度，當連續(xù)施加時，該拉伸強度將引起管子在100,000小時時破裂或破裂(參見ASTM D2837-01)。所謂的"惰性"是指填料不與CPVC配混物的任何成分反應。為了改進長期性能和可靠性，從而提供在連續(xù)使用期內(nèi)的更高安全度，決定嘗 試和改進'497專利的說明性實施例7中所公開的CPVC配混物的配方，該實施例滿足 Cell Class 2-4-4-4-7的要求，以致新配方可以滿足更高Cell Class (即2-4-4-4-8)的 更嚴格要求。CellClass符號表示中的第一個數(shù)字"2"規(guī)定CPVC管；第二個數(shù)字(不 論〃 3〃或〃 4〃)規(guī)定缺口 IZOD沖擊強度的水平-〃 3〃表示至少80. lj/m(1.5ft. lb/in)缺口，“ 4〃表示至少266.9J/m(5ft. lb/in)缺口；第三個數(shù)字〃 4〃規(guī)定至少 48. 3MPa(7, OOOpsi)的拉伸強度；第四個數(shù)字〃 4"規(guī)定至少2482MPa(360，OOOpsi)的拉伸 模量；第五個數(shù)字(不論"7"或"8")規(guī)定在1.82MPa(264psi)載荷下測量的DTUL或 HDT的水平。數(shù)字〃 7〃表示至少100°C的DTUL或HDT，“ 8〃表示至少110°C的DTUL或 HDT (參見 ASTM D1784)。‘ 497專利規(guī)定高橡膠抗沖改性劑是"具有一般小于大約64，優(yōu)選大約35-45 的肖氏D硬度的ABS接枝共聚物，和具有35至小于42的肖氏D硬度的非ABS接枝共聚 物“(參見第4欄第2-5行)，這表明所選定的高橡膠抗沖改性劑的接枝類型或硬度并不是 關(guān)鍵的?？s寫"ABS"是指接枝在含聚二烯的主鏈上的苯乙烯和丙烯腈。丨497專利的說明性實施例1、2、6&7沒有鑒定超范圍使用的抗沖改性劑，表明它 是"具有44的肖氏D硬度的ABS接枝共聚物"(實施例1、2和7)，或"具有64的肖氏D 硬度的ABS接枝共聚物"(實施例6)。實施例5用7份肖氏D 42 MBS接枝共聚物取代ABS 抗沖改性劑?？s寫"MBS"是指接枝在聚丁二烯或苯乙烯-丁二烯主鏈上的甲基丙烯酸甲 酯和苯乙烯。如果不知道使用許多市售"高橡膠"ABS或MBS接枝共聚物抗沖改性劑中的 哪一種，則不可能確定其硬度。實施例3和4不使用抗沖改性劑?！?497專利教導使用Cl含量〃優(yōu)選在大約65wt% _69wt%之間‘‘的CPVC，但是警 告"當氯含量在該特定范圍以外時，CPVC顯示導致它不適合用于該發(fā)明的特性"。在最大 規(guī)定的氯水平以上，由其獲得的組合物將顯示對預計的應用不足夠的加工性能、差的沖擊 性能和不足夠的動態(tài)熱穩(wěn)定性。(參見第4欄18-24行)。雖然說明性的實施例使用具有68. 5wt% Cl含量的CPVC，并且前體PVC的最優(yōu)選 的分子量范圍通過0. 7-1. 2的特性粘度量化，但是沒有認識到CPVC的Cl含量，或前體PVC 的I. V.對沖擊改性CPVC的物理性能的影響。68. 5wt% Cl含量與該用于熱水和冷水應用 的CPVC管應該是"高Cl"含量管子的要求是一致的，以提供合乎需要高的HDT，具體濃度 的選擇在67wt%-70wt% Cl的范圍內(nèi)。無論寬范圍內(nèi)的I. V.碰巧是多少，都只是巧合。 具體來說，沒有跡象表明Cl含量將對缺口 IZOD沖擊強度或HDB (參見ASTM D2837-01)有 影響；并且沒有跡象表明I. V.在至少0.88，優(yōu)選0.88-1. 05的特別窄的范圍中的選擇，連 同填料和其粒度、具有規(guī)定Cl含量的CPE的濃度和高橡膠抗沖改性劑的具體選擇將對缺口 IZOD沖擊強度或HDB，或兩者具有非常大的影響。至于美國專利號4，647，646中公開的〃具有60. 5wt%-64. 5wt%的氯含量的CPVC和苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物的高強度共混物"，該'497專利指出“該共混物顯示 改進的拉伸強度，然而，缺乏改進的耐沖擊性的情況下尤其高的拉伸強度，具體來說，缺乏 低溫延展性不可用于熱和冷水分配系統(tǒng)(HCWD)組件例如管道設備管和配件或不可用于排 水-廢水-通風系統(tǒng)。性能的組合是要求的。在這種共混物的沖擊改性后，預計HDT和模 量損失。(參見'497的第2欄33-42行)。預計該"低Cl “配混物的"沖擊改性"導致 HDT和模量的損失的觀察結(jié)果不表明所使用的改性劑的量是增加還是減少。也不存在任何 指示表明CPVC的Cl含量(尤其是如果它在67wt%以上)可能如何影響改性劑賦予的性 能，即使有的話，與其化學結(jié)構(gòu)或所使用的量無關(guān)。指出Cl含量低于64. 5襯％的CPVC的拉 伸強度得到改進不表示HDB也將增加，因為HDB是管子的強度的量度，不是其拉伸強度的量 度。目前銷售的CPVC管事實上必須通過選擇CPVC配混物中成分的合適混合物滿足 ASTM D1784中概括的ASTM D2846的cell分類要求。這樣做的難點(盡管知道擠出物的性 能將受每種關(guān)鍵成分(‘497專利中確定為流動增強劑和抗沖改性劑)的化學結(jié)構(gòu)和用量 影響)在'497專利的七個說明性實施例的六個中給出.在'497專利的每個實施例中，僅在大約190小時和600小時之間在 82. 2°C (180 T )下進行長期靜水壓應力破裂(LTHS)試驗，但是沒有指出在什么具體壓力 下進行該試驗(參見第9欄55-59行)。然而，指出外推法"以預計100，000小時截距值"。 達到預計HDB的要求規(guī)定在ASTM D2837-01中；數(shù)種樣品中的每一個的最小試驗時間是在 連續(xù)壓力下在82. 2V (180 0F )下的10，000小時。鑒于這一嚴格的要求，接受由記錄在案 的試驗產(chǎn)生的預測值是不合理的。最長的試驗僅運行ASTM試驗規(guī)定的試驗期的6% (190 小時-600小時而不是10，000小時的試驗運行)。在'497專利的每個實施例中預測的 100，000小時截距值基于太短時期內(nèi)的數(shù)據(jù)而不可信，雖然對沖擊強度的測量值可能是可 信的。下面涉及'497專利中七個實施例中的每一個，在它們中每一個中，用100重量份 Cl含量為68. 5襯％的CPVC，給出量的Cl含量在30% -40%的范圍內(nèi)但是具有未特別規(guī)定 的分子量的CPE(參見'497第1欄53-54行)、5份具有未特別規(guī)定的粒度的二氧化鈦(“ 顏料")和規(guī)定量的潤滑劑、穩(wěn)定劑和未充分鑒定的抗沖改性劑配制CPVC配混物。涉及所使用的二氧化鈦的公開內(nèi)容沒有提及其粒度也沒有暗示其對沖擊強度和 HDB的關(guān)鍵影響。沒有提及使用抗氧化劑，該抗氧化劑被發(fā)現(xiàn)可用于在"高Cl" CPVC管的 擠出溫度下(200°C -225°C )維持所需的物理性能。至于100，000小時截距，'497指出“由粉末組合物直接擠出的3/4英寸(19mm) 標準尺寸比11 (SDR-Il)、銅管尺寸(Cts)(銅管規(guī)格)管子在低溫降落沖擊試驗期間顯示出 乎意料的延展性并且超過ASTM D2846的最小長期靜水壓應力破裂要求"。(參見第3欄 55-60 行)。“ SDR"是指〃標準尺寸比〃，定義為[D。/t]其中〃 Do"是平均外徑，“t"是
最小壁厚。壓力等級通過以下公式測定
7 對于用CPVC制成的SDR-Il管子，要求它具有IOOOpsi的HDB，并且對于它，安全系 數(shù)是0.5，則壓力等級是IOOpsig = (1000psi)/(ll_l)。如果用具有1250psi (8. 62MPa)的HDB的材料試驗相同SDR-Il管子，則壓力等級 是(1250psi)/(ll-l) = 125psig，即比用具有IOOOpsi的HDB的材料試驗時高25%。安全 系數(shù)(亦稱工作設計因子)規(guī)定在Plastic Pipe Institute(PPI)的TR-9/2002中。CPVC 水管的安全系數(shù)被PPI規(guī)定為0. 5以便計算該管子的壓力等級。因此，本說明書和權(quán)利要 求中使用的安全系數(shù)在所有實施例中是0.5。如果將來合適的標準組織改變安全系數(shù)，則管 子的壓力等級將根據(jù)上述公式改變。使用在大約190小時和600小時之間在82. 2V (180 T )下進行的測量的可靠性 (結(jié)合沒有指出在什么樣的具體連續(xù)壓力下進行試驗)(參見第9欄55-59行)在'497專 利中顯然不是問題，因為該說明性實施例中的目標似乎仍不滿足或超過ASTM D2846所規(guī)定 的在100，000小時截距時IOOOpsi (6. 89MPa)的最小HDB要求，但是僅獲得長期靜水壓應力 破裂(LTHS)的近似指示。在'497專利的以下實施例中的每一個中，將主要由100份68. 5wt% Cl和共混的 成分構(gòu)成的配混物既形成用于試驗的板材，又常規(guī)上擠出成19mm(3/4" )SDR_11管子。由 其制備68. 5wt% CPVC的前體PVC的I. V.是0. 90。在‘497專利的實施例1中，使用與9份抗沖改性劑，即“具有44的肖氏D 硬度的ABS接枝共聚物"(據(jù)推測是苯乙烯和丙烯腈接枝在聚丁二烯上的接枝共聚 物)(參見第6欄28-30行)、2.2份潤滑劑(聚乙烯〃 PE"和聚氧化乙烯〃 PEO 〃，參 見第7欄39-40行)和5份二氧化鈦(稱為顏料，參見第7欄第60-61行)一起擠出 的CPVC。沒有指出二氧化鈦的粒度。潤滑劑和二氧化鈦的這種組合在所有實施例中使 用。該配混物得到具有9. 5ft. lb/in缺口(507. lj/m缺口)的缺口 IZOD沖擊強度的板 材，拉伸模量是342，200psig(2, 359MPa)，拉伸強度是7，745psi (53. 39MPa)。該管子顯示 1，242psi (8. 562MPa)的預測100，000小時截距值。雖然沖擊強度和100，000小時截距值看 來似乎是優(yōu)異的，但是該管子未能滿足ASTM D-2846要求的最小拉伸模量。應當指出，因為'497專利中的測量在大約190小時至600小時的期間內(nèi)在 82. 2V (180 T )下進行(參見第9欄55-59行)，所以這一實施例1和任何其它實施例都 不是指預測ASTM D2837-01中規(guī)定的HDB值的100，000小時截距值。在'497專利的實施例2中，將CPVC與7份與實施例1中使用的相同的抗沖改 性劑一起擠出。導致8，088psi(5. 575MPa)的拉伸強度；390，800psi (2，694MPa)的拉伸 模量；34. 9ft. Ib (47. 3N-m)的降落沖擊強度的2份改性劑的減少沒有表明它是如何測量 的。配混物顯示差的加工性能并認為不適合用于擠出。預測的100，000小時截距值是 1，365psi (9. 41 OMPa)。在丨497專利的實施例3中，將CPVC與9份CPE —起擠出，無抗沖改性劑，其它成 分相同。得到的是具有7，956psi(54. 84MPa)的拉伸強度、346，OOOpsi (2，385MPa)的拉伸模量，和1. 9ft. lb/in (101. 4J/m)的缺口沖擊的板材，該拉伸模量相對于實施例1增加，該 Izod沖擊低于實施例1和2。降落沖擊強度是21. lft. Ib. (28. 6N_m)，但是沒有說明它是如 何測量的。僅161psi (1. 09MPa)的預測的100，000小時截距值表明CPE的濃度對管子的破 裂強度具有大的影響。
在‘497專利的實施例4中，將CPVC與2份CPE —起擠出，無抗沖改性劑，其它成 分相同。得到的是具有8678psi(59. 82MPa)的拉伸強度和393，OOOpsi (2，709MPa)的拉伸 模量的板材。缺口 IZOD沖擊強度是0. 7ft. lb/in缺口(37. 36J/m缺口)。降落沖擊值是 5ft. lb. (6. 7N-m)(沒有說明如何試驗，或所使用的ASTM試驗)；在40°F (4. 4°C )下的延展 性是12ft. lb. (16. 25N-m)。該配混物未通過所要求的延展性試驗。該管子未能滿足ASTM D2846 的要求。100，000 小時截距值是 535psi (3. 688MPa)。在丨497專利的實施例5中，將CPVC與2份CPE和7份甲基丙烯酸酯丁二烯苯 乙烯(MBS)抗沖改性劑(肖氏D 42) 一起擠出，其它成分相同。MBS樹脂定義為"甲基 丙烯酸甲酯和苯乙烯接枝在聚丁二烯或苯乙烯-丁二烯橡膠上的接枝共聚物"(‘497， 第6欄34-36行)。得到的是具有99 °C的HDT ；8, 089psi (55. 76MPa)的拉伸強度； 360, 600psi (2, 485MPa)的拉伸模量；和 7. 7ft. lb/in 缺口(411J/m 缺口)的缺口 IZOD 沖 擊強度的板材。該管子的100，000小時截距值是1，170psi (8. 06MPa)(滿足ASTM D2846要 求)，但是該管子不滿足最小HDT要求。指出7份這種特定的MBS (非ABS)抗沖改性劑結(jié) 合2份CPE不能滿足HDT要求。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，在本新穎的優(yōu)選CPVC配混物中，此種MBS接枝 共聚物抗沖改性劑容易地滿足'497專利中規(guī)定的HDT要求。 在‘497專利的實施例6中，將CPVC與2份CPE和7份ABS抗沖改性劑(肖氏D 64) 一起擠出，其它成分相同。相對于實施例5改變抗沖改性劑的化學結(jié)構(gòu)和硬度獲得具 有 IOO0C 的 HDT ；8，352psi (57. 57MPa)的拉伸強度；450，300psi (3，104MPa)的拉伸模量和 2. Oft. lb/in缺口 (106. 7J/m缺口 )的缺口 IZOD沖擊強度的板材。該管子的100，000小時 截距值是1，306psi (9. 003MPa)(滿足ASTM D2846要求)，但是其低溫延展性是不令人滿意 的?！?497專利的實施例7提供了由配混物擠出的管子的最佳模式，該配混物包括100 份CPVC、2份CPE和7份抗沖改性劑，即“具有44的肖氏D硬度的ABS接枝共聚物“(據(jù) 推測是苯乙烯和丙烯腈在聚丁二烯上的接枝共聚物)(參見實施例1)，其它成分相同。板 材具有 lOrC 的 HDT ；7, 997psi(55. 13MPa)的拉伸強度；363, 500psi (2, 505MPa)的拉伸模 量和7. 7ft. lb/in缺口(411J/m缺口 )的缺口 IZOD沖擊強度。該管子的100，000小時截 距值是1，242psi (8. 562MPa)(超過ASTM D2846要求)；其延展性是令人滿意的并且滿足 ASTMD-1784的要求。應指出，雖然其101°C的HDT滿足Cell Class2-4-4-4-7的要求，但是 它不滿足 Cell Class 2-4_4-4_8 的 HDT 要求。因為'497專利的實施例7給出了最佳模式，所以決定重復該實施例，象實施例 中的描述容許的那樣盡可能地重復，在獲得100，000小時截距值之前試驗延續(xù)至少10，000 小時。本發(fā)明人現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)最有效的抗沖改性劑是本文規(guī)定的那些，使用最有效那些之一即 Blendex 338(ABS接枝共聚物)重復'497專利的實施例7。為了改進管子以致它滿足〃在100,000小時時至少1250psi"的HDB要求以及 Cell Class 2-4-4-4-8的要求，保持CPVC配混物中CPE的濃度處于2份，因為這是實施例 中使用的濃度，并且因為它主要充當流動增強劑，該流動增強劑在高于3份的濃度下 對破裂強度具有不利影響?；谝韵聦嶒炗^察一種特定的市售接枝的"高橡膠"ABS接 枝共聚物抗沖改性劑不顯著不同于具有不同接枝的相同屬的另一種抗沖改性劑，決定試驗 運行中選擇一種抗沖改性劑，即Blendex 338，并且僅改變所使用的量。因此，按6份使 用Blendex 338，結(jié)合2份CPE。該抗沖改性劑具有在22°C下測量的為44的肖氏D硬度 (ASTMD2240)。目前，在配制用于擠出管的配混物中用4份BlendeX 338抗沖改性劑/100份〃 高Cl含量〃 CPVC配制呈鐵管尺寸(IPS)的BlazeMaster CPVC SDR-13. 5管，該擠出管銷 售用于噴淋系統(tǒng)，以控制辦公室和居住建筑、貨倉及其它封閉處所中的火災。用于噴淋系統(tǒng) 的管子裝配為SDR-13. 5以滿足ASTM F-442的尺寸要求和UL-1821的壓力要求，該UL-1821 要求管子承載1. 307MPa(175psi)i65. 5°C (150 0F )的最大工作壓力。因為高Cl含量提供 容易滿足ASTM F-442的要求的所需高的HDT，并且也容易地滿足較低溫要求，所以不存在 更大的安全擔憂。當在ASTM D2837-01下試驗BlazeMaster 管子時，它滿足在100，000小 時時1250psi (8. 62MPa)的HDB的要求；因為用于噴淋系統(tǒng)的管子不用于家庭和工業(yè)熱和冷 水，所以不在ASTMD2846下試驗BlazeMaster 管子。然而，BlazeMaster 管子由不滿足至 少2-4-4-4-7的Cell Class的材料制成。問題雖然目前銷售的CPVC管滿足ASTM D2846的cell分類要求(2-3_4-4_7)，但是該 管子在100，000小時時IOOOpsi (6. 89MPa)的HDB為管子的性能提供小于最佳的安全裕度， 該管子的性能被要求滿足在高壓(690KPa(IOOpsig))和溫度(82. 2°C (180 T))的所給條 件下連續(xù)工作50年的要求。管子的安全和性能是其HDB和缺口 IZOD沖擊強度的函數(shù)。決 定為尋求比ASTM D2846所要求的性能安全水平高的性能安全水平的用戶嘗試和提供CPVC 管，該CPVC管在連續(xù)工作中確保比現(xiàn)有CPVC管提供的安全和可靠性更大的安全和可靠性。 更大的安全和可靠性將被處于比目前所要求的Cell Class高的CellClass的管子提供；該 管子將滿足ASTM D2837的表1中規(guī)定的1250psi (8. 62MPa)HDB的更高標準，優(yōu)選超過它。 更優(yōu)選，該管子將滿足上述更高的標準，此外還同時具有比隨機選擇的高橡膠接枝共聚物 抗沖改性劑所提供的缺口 IZOD沖擊強度和退火HDT高的缺口 IZOD沖擊強度和退火HDT。 將板材退火在100°C下進行24小時。如果能將CPVC配混物再配制以提供壓力等級比所要求的高25%的管子(1250psi 的HDB vs. IOOOpsi的HDB)，則SDR-Il管子能提供更高的安全裕度。另一方面，如果用戶 對ASTM D2846的要求提供的安全裕度滿意，則用戶能使用SDR-13. 5管子，該SDR-13. 5管 子(具有更薄的壁厚)將提供比相同直徑但是壁厚更厚的SDR-Il管子更高的流量和更低 的壓降。此外，SDR-13. 5管子將重量更輕并要求更少CPVC材料來制備管子。更輕的重量 將使得管子更容易安裝和運輸。解決方案經(jīng)過不斷摸索，包括數(shù)年連續(xù)不斷的實驗，從下面提供的試驗的積累數(shù)據(jù)顯示出 乎意料的效果源于看來似乎是現(xiàn)有技術(shù)配方中的微小改變的組合。具體來說，發(fā)現(xiàn)由具 有0. 88的最小I. V.的聚(氯乙烯)聚合物(PVC)制成的含66. 5-70wt % Cl的高Cl含 量CPVC，結(jié)合5phr (份/100份CPVC聚合物)-6phr具有規(guī)定結(jié)構(gòu)的特定"高橡膠"抗沖改性劑；1. 25-3phr穩(wěn)定劑，優(yōu)選有機錫穩(wěn)定劑(任選地，助穩(wěn)定劑可以與穩(wěn)定劑結(jié)合使用，助穩(wěn)定劑例如羧酸的鹽、磷酸二鈉、檸檬酸鈉、沸石和水滑石是適合的)；1.5-3phr CPE;和 l-7phr，優(yōu)選3-5phr填料。填料優(yōu)選是初級粒徑在大約0. Ol μ m至小于3 μ m的范圍內(nèi)的 炭黑或二氧化鈦填料，顆粒的大約90 %在大約0. 01 μ m至小于2 μ m的范圍內(nèi)，優(yōu)選使用 0. I-Iphr抗氧化劑，1. 3-3. 5phr潤滑劑，及按常規(guī)范圍使用其它常用的成分例如加工助劑 和顏料，提供了問題的解決方案。此外，有效的抗沖改性劑是接枝共聚物，該接枝共聚物要 求其橡膠含量在大于50wt %至小于90wt %，優(yōu)選60-85wt %的范圍內(nèi)，并且當它是接枝共 聚物時，接枝含量是其余部分。不但用臨界量的丙烯腈-苯乙烯在聚二烯橡膠上的接枝共聚物再配制的CPVC 配混物提供缺口 IZOD沖擊強度至少5ft. lb/in (266. 9J/m)而不是所要求的1. 5ft. Ib/ in (80. lj/m)的板材，而且該板材和管子還滿足Cell Class 2-4_4-4_8 (而不是更低的 Cell Class2-3-4-4-7)的所有其它性能要求。具體來說，由該CPVC配混物制成的管子滿足 它在100，000小時截距時具有至少1250psi的HDB的要求。本文規(guī)定的擠出配混物被狹窄限定在臨界限度內(nèi)(既被CPVC中的Cl濃度又被 與其它成分結(jié)合使用的一種或多種特定抗沖改性劑的量限定)。CPE的濃度保持與'497 專利的實施例7中給出的最佳模式中的相同。因為其它成分中的每一種的濃度沒有公開 在'497專利中，所以它們以下面規(guī)定的狹窄范圍使用以得到所需結(jié)果。成分的組合(包括使用具有高Cl含量的CPVC和更少改性劑)出人意料地得到這 樣的擠出CPVC管，它具有根據(jù)ASTM D2837的要求測得的比所要求的HDB高出至少25%的 HDB，和具有比用7重量份抗沖改性劑所獲得的沖擊強度更高的沖擊強度；并且該新型管子 滿足 CellClass 2-4-4-4-8。

發(fā)明內(nèi)容
雖然'497專利指出應使用Cl含量在65wt%-69wt%的最優(yōu)選范圍內(nèi)的CPVC，但 是發(fā)現(xiàn)當Cl含量小于66. 5wt%時，用下面規(guī)定的臨界量的抗沖改性劑配制的CPVC未能提 供大于1250psi (8. 62MPa)的HDB，并且未能制備滿足Cell Class 2-4-4-4-8的管子。為了 滿足CellClass 2-4-4-4-8和在100，000小時截距時至少1250psi HDB的要求，要求臨界 Cl含量在66. 5wt % -70wt %的范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)Cl含量越高，越好，但是不高于70wt %，只要按 所給定的量包括配混物的其它成分。降低CPVC配混物中抗沖改性劑的量將降低擠出物的沖擊強度(通過缺口 Izod 沖擊測量)并提高拉伸強度，但是不可與HDB相關(guān)。然而，已經(jīng)在優(yōu)選的實施方案中發(fā) 現(xiàn)，通過維持CPE含量在1. 5-3重量份/100重量份CPVC的范圍內(nèi)，并在配混物中僅按 5-6phr (份/ 一百份CPVC)包括高橡膠抗沖改性劑，擠出管子滿足在100，000小時截距 時1250psi (8. 62MPa)的HDB，進一步只要該配混物包括l_7phr，優(yōu)選3_5phr在上述粒度 范圍內(nèi)的填料，優(yōu)選氧化鈦或炭黑，連同1. 25-3phr穩(wěn)定劑，優(yōu)選有機錫穩(wěn)定劑，可有可無 的助穩(wěn)定劑，和1. 3-3. 5phr潤滑劑。如果使用助穩(wěn)定劑，則優(yōu)選使用0. 1-1. Ophr，更優(yōu)選 0.1-0.5phr。如'497專利所示，使用9份CPE (非接枝共聚物)作為抗沖改性劑，未能提 供可為所需管子所接受的CPVC配混物。雖然本文規(guī)定的接枝共聚物抗沖改性劑在'497專利中進行了描述，但是按太高的量使用它，即使仍使用按本文規(guī)定的量所使用的其余成分。此外，至今，按通常小的量使用其它必要的輔助成分(CPVC是主要成分)例如填 料、穩(wěn)定劑、加工助劑、潤滑劑、抗氧化劑和Tg提高添加劑也僅是發(fā)揮各自的特定功能，并 且每種特定成分的化學性質(zhì)，及其使用量對沖擊強度、HDT和HDB的綜合影響沒有被充分考作為高Cl含量和臨界規(guī)定量的特定抗沖改性劑、有機錫穩(wěn)定劑、惰性填料和CPE 的組合的意想不到的作用的結(jié)果，制備了 SDR-Il管子和SDR-13. 5管子，它們具有1/2英 寸(15mm)-6英寸(15.24cm)的公稱直徑并由具有至少5ft. lb/in(266. 9J/m)缺口的缺口 IZOD沖擊強度和大于1250psi (8. 62MPa)的HDB的材料制成。SDR-Il管子提供比僅要求滿 足IOOOpsi (6. 89MPa)的HDB的管子大至少25%的強度，就算這樣它也能滿足Cell Class 2-4-4-4-8的要求。對于管子在IOOpsig(0. 69MPa)和180 0F (82. 2°C )下連續(xù)50年的使 用，現(xiàn)在遇到處于Cell Class 2-3-4-4-7和IOOOpsi (6. 89MPa)的HDB的管子，該新型CPVC 配混物確保比所要求的安全系數(shù)更大的安全系數(shù)。因為管子的拉伸(環(huán)向)強度和破裂強 度與它是否是SDR-Il或SDR-13. 5無關(guān)，所以可以用再配制的配混物按任一類別制備新型 管子。擠出的SDR-13. 5管子(具有鐵管規(guī)格(IPS))也滿足ASTM D1784中的Cell Class 2-4-4-4-8的要求。具體來說，公稱直徑在0. 5英寸(15mm)-6英寸(15.24cm)的范圍內(nèi)的 管子(不論呈CTS或IPS和schedules 40或80)現(xiàn)可以被擠出并提供比所要求的安全系 數(shù)大至少25%的安全系數(shù)。雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)CPVC配混物的關(guān)鍵成分中的每一種的小變化組合地導致擠出CPVC 管的物理性能的出人意料大的改變，但是明顯的是，僅關(guān)鍵成分中一種或兩種的小變化很 可能不改進用所有小改變的組合達到的合乎需要的物理性能。除非另有規(guī)定，在退火后測 量用來制備本文所規(guī)定的新型管子的配混物的HDT性能。除了 HDT，對未退火的樣品測量所 有其它性能。因為通常不將所制備的管子退火，可以從管子上切下樣品試樣并退火以檢測 用來制造該管子的材料的性能?？梢酝ㄟ^將樣品暴露到100°C中保持24小時來進行退火。 可以使用不同的時間和溫度來將樣品退火，只要材料的源于加工的內(nèi)應力被釋放。為了在 將材料制成管子之前評價它的HDT性能，首先將材料模塑成板材并從該板材上切下試樣并 如上所述進行退火。優(yōu)選實施方案的詳細描述由于制造中的正常偏差，SDR-Il管子可能不具有正好是壁厚11倍的外徑， SDR-13. 5管子也是這樣。通過將最小壁厚除以管子的平均O.D.測定SDR JBASTM D2846 中所述那樣。例如，SDR-11，1英寸管道具有0. 102英寸(2. 59mm)的最小壁厚，連同+0. 020 英寸(+0. 51mm)的制造公差和1. 125英寸(28. 6mm)的平均外徑(0. D.)，連同士0. 003英寸 (士0.08mm)的制造公差。這些數(shù)字給出在ASTM D2846標準中。當規(guī)定CTS尺寸的管子的 尺度時，在ASTM D2846中使用術(shù)語"管道"。在本說明書和權(quán)利要求中，使用術(shù)語"管子" 并包括術(shù)語管道和管子，因為它同時描述CTS和IPS尺寸。除美國以外的國家可能要求稍 有不同的標準。遵循合適的標準允許用合適的SDR名稱銷售管子。本文提及的其它SDR尺 寸管子也是這樣，即，賦予的SDR編號基于制造中認可的標準偏差。配混物中使用CPVC Cl含量在66. 5wt% _70wt%，優(yōu)選大約67_68wt%的臨界范圍內(nèi)的CPVC源自于具 有至少0. 88，優(yōu)選0. 88-大約1. 05的按ASTM D1243中所述那樣測量的I. V.的聚(氯乙烯)(PVC)。由PVC制備CPVC的方法和CPVC管的配制在美國專利號2，996，049 ；3, 100，762 ； 5，194和5，591，497等中進行了描述，這些文獻的公開內(nèi)容引入本文供參考，就像在本文 完全給出那樣。雖然要求CPVC的Cl濃度和前體PVC的I. V.在上述窄范圍中以滿足Cell Class，但是用來配制新型管子的CPVC配混物的CPVC樹脂的密度和Tg都不是狹窄臨界的， 分別為1.56-1.61g/CC(25°C )和通過差示掃描量熱計(DSC)測量的120°C _150°C，只要 Cl濃度和I. V.保持在上述范圍內(nèi)即可。優(yōu)選的CPVC組合物的組成的至少80wt%，優(yōu)選 85wt %，更優(yōu)選大約86wt %為CPVC樹脂。在下表1中證實了缺口 IZOD沖擊強度對兩種CPVC聚合物(各自具有相同分子量 (即，I.V.))的不同氯含量的敏感性，其中給出了 CPVC配混物的兩種編碼批料的配方中成 分的重量份。在第一欄中的第一批料中，Cl濃度是67. 3wt %，而在第二欄中，它是66wt %。 每種批料含有4重量份亞微米(< 1 μ m) 二氧化鈦顆粒，只是第二批料還含有0. 16重量份 亞微米炭黑顆粒以提供顏色以便容易地看出在稍低氯濃度情況下制備的板材。表I-Cl濃度對Cell Class性能的影響 下表2中證實了兩種CPVC聚合物(各自具有基本上相同的67. 3襯％的Cl濃度) 的缺口 IZOD沖擊強度對I. V.的敏感性，其中成分的重量份如上對表1所給出的那樣。在 第一欄中的第一批料中，I. V.是0.92，而在第二欄中，它是0.79。每種批料含有4重量份 亞微米二氧化鈦顆粒，只是第二批料還含有0. 16重量份亞微米炭黑顆粒以提供顏色以便 容易地看出在更低I. V情況下制備的板材。表2-CPVC 的 I. V.對 Cell Class 性能的影響 優(yōu)選的CPVC配混物中使用的CPE 所使用的氯化聚乙烯(CPE)是由具有基本上線性結(jié)構(gòu)的聚乙烯的氯化得到的橡 膠材料?？梢酝ㄟ^各種方法，包括水懸浮液、溶液或氣相方法將聚乙烯氯化。制備CPE的實 施例方法可以參見美國專利號3，563，974。優(yōu)選地，使用水懸浮液方法形成CPE。優(yōu)選地， CPE含有32wt% _40 丨％氯并具有120，000-400, 000道爾頓的重均Mw。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過限 制CPE含量在1. 5-3份/100重量份CPVC的范圍內(nèi)，維持流動提高效果，同時使對破裂強度 的不利影響最小化。下表3給出了 CPVC配混物的三種編碼批料的配方中成分的重量份，其中第一欄中 的第一批料僅含1份CPE，第二和第三欄中的其它兩種批料各自分別含2和3份CPE。每種 批料含有4份亞微米氧化鈦顆粒，只是第一批料還含有0. 16份亞微米炭黑顆粒以提供顏色 以便容易目測識別。
表3-CPVC中CPE的濃度的影響 優(yōu)選的CPVC配混物中使用的〃高橡膠〃抗沖改性劑優(yōu)選的抗沖改性劑是ABS或MBS接枝共聚物。這些特定抗沖改性劑(在5phr_6phr 的范圍內(nèi))提供更高的沖擊強度和1250psi HDB(8. 62MPa)破裂強度，該破裂強度高于 在'497專利的實施例7中以7phr使用的未經(jīng)確認抗沖改性劑據(jù)稱獲得的破裂強度。通常通過在乳液中將苯乙烯和丙烯腈單體接枝到聚丁二烯橡膠或苯乙烯-丁 二烯橡膠基底上制備ABS改性劑。關(guān)于ABS抗沖改性劑的其它信息可以參見Leonard I. Nass 編輯的 the Second Edition of theEncyclopedia of PVC, Marcel Dekker, Inc. (N. Y. 1988，p. 453-459)?？缮藤彽脑诰鄱《┫鹉z上的ABS接枝共聚物包括Blendex 338 (Chemtura)禾口 Baymod A52 (Lanxess)。MBS抗沖改性劑是一般通過在聚丁二烯或聚丁二烯-苯乙烯橡膠存在下將甲基 丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯與其它單體的混合物聚合制備的接枝共聚物。關(guān)于MBS 抗沖改性劑的其它信息可以參見Leonardl. Nass編輯的the Second Edition of theEncyclopedia of PVC,Marcel Dekker, Inc. (N. Y. 1988，p. 448-452)?？缮藤彽?MBS 抗沖改 性劑包括 Kane Ace B_564 (Kaneka)和 Paraloid BTA 75IU (Rohm and Haas)和 Paraloid BTA 751。具有上述那些結(jié)構(gòu)以外的結(jié)構(gòu)的高橡膠抗沖改性劑(按對ABS和MBS抗沖改性 劑規(guī)定的范圍內(nèi)的量使用)被發(fā)現(xiàn)對沖擊性能具有不利影響，如下表4中使用Paraloid KM-330給出的性能所證實。表4-替換高橡膠丙烯酸系抗沖改性劑的影響 穩(wěn)定劑發(fā)現(xiàn)按1. 25phr-3phr的量的有機錫穩(wěn)定劑最有效，所使用的量取決于所選的特 定有機錫化合物。這些穩(wěn)定劑包括可從Chemtura作為Mark. 292、Mark 292S和Mark 17 MOK-A商購的烷基錫硫醇鹽、烷基錫羧酸鹽和烷基錫馬來酸鹽；和基于單和二烴基錫(2-乙 基己基巰基乙酸鹽)體系組合物的穩(wěn)定劑，可從Arkema作為Thermo 1 i te 31、Thermo lite 3IHF和Thermo lite 890F商購。任選地，可以與穩(wěn)定劑結(jié)合地使用0. 1_1.0重量份，優(yōu)選 0. 1-0. 5重量份的助穩(wěn)定劑。適合的助穩(wěn)定劑包括羧酸的鹽、磷酸二鈉、檸檬酸鈉、沸石和水 滑石。沸石是最優(yōu)選的助穩(wěn)定劑，只要它具有小粒度，如下面對惰性填料所述那樣。看來似乎僅是穩(wěn)定劑用量方面的微小差別的影響對缺口 IZOD沖擊強度具有不相 稱的不利影響，如下表5中提供的數(shù)據(jù)所證實，該表5給出了 CPVC配混物的兩種編碼批料 的配方中的成分的重量份，其中第二欄中的第二批料含1份錫穩(wěn)定劑，第一批料含2. 4份錫穩(wěn)定劑。每種批料含有4份亞微米二氧化鈦顆粒，只是第二批料還含有0. 16份亞微米炭黑 顆粒以提供目測識別。表5-穩(wěn)定劑濃度的影響 惰性填料惰性填料包括任何小粒度材料，其具有大約0. 01 μ m至小于3um的初級顆粒直徑， 顆粒按體積％計的至少大約90% (通過激光散射測量)在大約0.01 μ m至小于2 μ m的范圍 內(nèi)，并且其不與CPVC組合物中的任何其它成分反應。惰性填料包括二氧化鈦、炭黑、二氧化 硅和粘土，例如納米粘土或蒙脫土。應該避免含鐵化合物的填料，因為鐵可能對CPVC不利。 優(yōu)選的惰性填料是按上述給出的量和粒度范圍的氧化鈦和炭黑，提供處于所需Cell Class 的管子；并且當將填料與高橡膠接枝共聚物抗沖改性劑一起使用時，這種組合還提供所需 的HDB?；诙趸伡由戏惺目傊亓?，即使小比例(12.5wt%)的大顆粒(具有3μπι 的平均粒度)，其余小顆粒在0. Olum-I μ m的范圍內(nèi)，也會導致不可接受低的缺口 IZOD沖擊 強度，如下表6所示。在每種編碼的批料下列出的量顯示了批料中的成分的"重量份"并 且表示為重量份/100重量份CPVC樹脂。二氧化鈦顆粒是小顆粒；沸石顆粒是大顆粒。缺 口 IZOD沖擊強度以下給出的其它物理性能基本上無變化。添加少量的亞微米炭黑以提供 容易目測識別。
表6-粒度對Cell Class性能的影響 CPVC配混物中的其它成分如果已經(jīng)發(fā)現(xiàn)擠出CPVC管的沖擊強度、HDT和HDB對所使用的每種輔助成分的化 學結(jié)構(gòu)和量的敏感性，則現(xiàn)想預期改變穩(wěn)定劑的化學結(jié)構(gòu)及其用量將很可能對沖擊強度和 HDB產(chǎn)生影響。在每種情況下，新型CPVC配混物主要由成分按特定量的組合構(gòu)成，該組合導 致可靠地比所要求的沖擊強度和HDB的最小值大的值。更優(yōu)選，該組合不導致如此接近于 該最小值的值以至損害依仗滿足比當前制備的CPVC管所要求的那些標準更高的管子的置 信度?？寡趸瘎┰诩庸ず凸ぷ髌陂g可幫助保護CPVC組合物。發(fā)現(xiàn)最有效(優(yōu)選)的抗 氧化劑是位阻酚類。位阻酚選自聚合物空間位阻酚；與雙環(huán)戊二烯和異丁烯的4-甲基-苯酚反應產(chǎn)物；對甲酚和雙環(huán)戊二烯的丁基化反應產(chǎn)物，可從Great Lakes Chemical作為 Lowinox CPL 商購；得自 Eliokem 的 Wingstay L，得自 DeGussa 的 Ralox LC ；和可從 Ciba SpecialtyChemicals作為Irganox 1010、Irganox 1076商購的空間位阻酚類抗氧化劑。潤滑劑雖然所使用 的潤滑劑的量最好保持在規(guī)定范圍中，但是潤滑劑的類型不是狹窄臨 界的。示例性的潤滑劑是聚甘油的二-和三油酸酯，聚烯烴例如聚乙烯、聚丙烯和氧化聚烯 烴例如氧化聚乙烯和高分子量蠟。其它成分例如改進可加工性的加工助劑，提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的添加劑，和 用于所需著色的顏料優(yōu)選用于含規(guī)定成分的CPVC管配混物，各自出于特定的原因，但是不 希望這些其它成分的使用將顯著地影響擠出管子的沖擊強度、HDT和HDB。這些其它成分 (本領域中眾所周知)按通常少的量使用，即使有的話，是完全被接受的，因為對擠出管子 的Cell分類或壓力等級不是狹窄臨界的。雖然許多加工助劑公開在The Plastics and Rubber Institute Jnternational Conference on PVC Processing，4 月，26-28 (1983)，Paper No. 17 中，但是優(yōu)選的是丙烯酸 類聚合物例如聚(甲基丙烯酸酯)；羧酸酯的衍生物；磷酸的衍生物；對苯二甲酸酯；季戊 四醇和偏苯三酸的衍生物。增塑劑被 Sears 和 Darby 公開在 The Technology οfPlasticizers, 893-1085 頁 中，John Wiley & Sons，紐約，1982。代表性的Tg提高添加劑包括可商購的SAN聚合物、PMMA和Rohmand Haas公司以 Paraloid 商標銷售并多樣地標識為 HT-510、EXL-4151、EXL-4171、EXL-4241 和 EXL-4261 的各種聚酰亞胺。以下成分是新型CPVC配混物中優(yōu)選的并按以下范圍使用CPVC (66. 5-70wt. % Cl) 100 份CPE* (32_40wt. % Cl)1. 5-3. Ophr有機錫穩(wěn)定劑1. 25-3. Ophr高橡膠抗沖改性劑5_6phr氧化鈦/炭黑l-7phr潤滑劑1. 3-3. 5phr抗氧化劑0. I-Iphr*CPE的重均分子量在120，000-400, 000道爾頓的范圍內(nèi)。在Henschel混合器或帶式摻合器中將配混物的成分合并并混合并做成方塊或保 持為粉末。優(yōu)選地，將粉末供給單螺桿擠出機，或優(yōu)選雙螺桿擠出機并在200°C _225°C的溫 度范圍內(nèi)擠出為管子。擠出機一般具有傳送裝置例如加料斗(經(jīng)由它進料)、中間螺桿加工部分和最后 的模口(經(jīng)由它排放呈擠出物形式的材料)。使用低摩擦定尺寸裝置例如測徑板或真空定 尺寸套管是進一步有利的。多螺桿擠出機廣泛地用于管子的擠出。存在兩種類型的多螺桿 擠出機反向旋轉(zhuǎn)螺桿和同向旋轉(zhuǎn)螺桿。錐形雙螺桿、四螺桿和平行雙螺桿在使用中優(yōu)選是 反向旋轉(zhuǎn)多螺桿擠出機。它們一般是重力給料或計量給料的。同向旋轉(zhuǎn)螺桿可以用作配混 機，有時用于管子的擠出。在大多數(shù)情況下，產(chǎn)出速率取決于擠出機大小、驅(qū)動力和螺桿設計。適用于熔體加工CPVC組合物以制備本發(fā)明管子的機器特征包括-至少7500psi (51. 7MPa)的壓頭等級。-擠出機驅(qū)動器/齒輪箱能夠在低rpm下產(chǎn)生高扭矩。-真空排氣以除去揮發(fā)物、水分和夾帶的空氣。-至少16/1的料筒L/D。-溫度控制器能夠控制在5T內(nèi)或更好。-精確可控的粉末計量螺桿。在新型管子與'497專利的實施例7的管子的以下對比中，僅測量沖擊強度和破裂強度的關(guān)鍵性能。通過將在ASTM-指定的壓力下在180下(82. 2°C)下保持總共至少 10，000小時產(chǎn)生的測量值外推以致獲得ASTM D2846所要求的100，000小時截距值來測量 破裂強度。測量所有其它性能以測定每種CPVC配混物滿足哪種Cell Class。新型CPVC 管-3/4〃(19mm) CTS，SDR-Il用于擠出這種新型管子的第一特定CPVC配混物如下配制在Henschel混合器中將100重量份Cl含量為67. 3襯％的由特性粘度為0. 92的 PVC獲得的CPVC與2份CPE ；6份Blendex 338抗沖改性劑；2. 4份有機錫穩(wěn)定劑；0. 25份 位阻酚和4份具有亞微米粒度的二氧化鈦和2. 0份上面規(guī)定的潤滑劑合并，然后在雙螺桿 擠出機中擠出。該第一 CPVC配混物的板材具有至少5ft. lb/in (266. 9J/m)缺口的缺口 IZOD沖擊 強度(ASTM D256)；至少 7，OOOpsi 的拉伸強度(ASTM-D638)；至少 2，482MPa (360，OOOpsi) 的彈性模量；在264psi (1. 82MPa)載荷下在退火后至少110°C的HDT (ASTM-D648)；并且該 CPVC配混物通過ASTM D-1784對Cell Class 2-4-4-4-8的性能要求。在表7中，〃試驗配混物〃通過其編碼標識了所試驗的配混物的批料。使用相 同的配方配混多個批料以獲得所試驗的管子的可靠的HDB值。用上面對滿足Cell Class 2-4-4-4-8的所有要求的新型配混物所給的相同成分(尤其是6phr Blendex338)配制 HT-10092和HT-10857-1的每種批料?！皶r間〃是在失效之前試驗樣品的實際小時數(shù)。在 100，000小時截距時的"psi"值是外推的破裂強度，由靜水壓設計基準(HDB)限定。表7 來自'497專利實施例 7 的 CPVC 管-3/4〃 (19mm)CTS, SDR-Il 如'497專利實施例7中規(guī)定那樣復制的用以提供擠出管子的第二 CPVC配混物 如下配制將100重量份Cl含量為68. 5wt %的由特性粘度為0. 90的PVC獲得的CPVC與2 份CPE和7份Blendex 338 (現(xiàn)發(fā)現(xiàn)是最有效的)；2. 2份PE和PEO ；2. 4份有機錫穩(wěn)定劑 (參見'497第7欄47行)；2. 0份用來制造第一 CPVC配混物相同的潤滑劑；和5份二氧化鈦(在制造第一 CPVC配混物所規(guī)定的相同亞微米粒度范圍中，雖然該'497專利中未規(guī) 定該粒度范圍)合并；在Henschel混合器中共混并在雙螺桿擠出機中擠出。第二 CPVC配混物的板材具有7. 7ft. lb/in (411 J/m)缺口的缺口 IZOD沖擊強 度(ASTM D256) ；7, 997psi的拉伸強度(ASTM-D638)；至少363，500psi的彈性模量；在 264psi (1. 82MPa)載荷下在沒有退火情況下至少101 °C的HDT (ASTM-D648)。由該第二 CPVC 配混物制成的管子通過ASTM D-1784對Cell Class 2-4-4-4-7的性能要求。在600小時的期間內(nèi)試驗擠出管子的一部分。在100，000小時截距時的〃 psi" 值是外推的破裂強度，由靜水壓設計基準(HDB)限定。表8 本領域技術(shù)人員知道在600小時后估算的100，000小時截距值隨著時間發(fā)展超 過600小時而降低。在該管子的繼續(xù)試驗時，截距值將變得小于ASTM D2837的1200psi要 求。非常像上述SDR等級，ASTMD2837中對HDB的標準不是精確數(shù)值。IOOOpsi的LTHS值 在960-1190psi的范圍內(nèi)，對于1250psi，該范圍是1200_1520psi。因此，在本說明書和權(quán) 利要求中，1250psi的HDB是指它在1200_1520psi的范圍之內(nèi)，如按照ASTM D2837那樣。使用來自'497專利實施例5的MBS接枝共聚物擠出第三CPVC管-2. 54cm(1〃 ) 公稱直徑，SDR-Il 用與實施例7相同的成分配制實施例5的配混物，不同之處在于實施例5使用7 份MBS接枝共聚物抗沖改性劑而不是使用Blendex 338接枝共聚物(用于‘497專利中的 同一實施例的上述復制品中，因為現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)Blendex 338是最有效的抗沖改性劑之一)。雖然缺口 IZOD沖擊強度優(yōu)異(441 J/m缺口，或7. 7ft. lbs/in缺口)，但是認為實 施例5管子未能滿足lore的HDT要求。相比之下，用6phr認為與實施例5中使用的相同的MBS接枝共聚物，和該新 型CPVC配混物中規(guī)定的其它成分，擠出管子滿足HDT要求，以及所有對Cell Class 2-4-4-4-8的其它要求。此外，它滿足在100，000小時截距處至少1250psi的HDB。下表9給出了用來擠出在2650小時和7493小時試驗后的管子的配混物的組成。 雖然試驗期不到更合乎需要的10，000小時，但是因為它是最現(xiàn)行可得的并且比'497專利 中使用的試驗期長好幾倍，所以由該較短試驗期的數(shù)據(jù)外推獲得的預期HDB在表10中給 出ο表9-MBS接枝共聚物 表 10 該配混物中使用的處于上面給出的尺寸的亞微米二氧化鈦的量對拉伸強度、HDT
和彈性模量具有較小影響，但是對沖擊強度具有大的影響，如下表11給出的數(shù)據(jù)證實。表11- 二氧化鈦的濃度對CPVC的影響 雖然本說明書專注于SDR-Il和SDR-13. 5管子，但是認為可以用本發(fā)明的CPVC組 合物制成其它SDR等級管子。它們包括但不限于，SDR-7、SDR-9、SDR-11、SDR-13. 5、SDR_17、 SDR-21、SDR-26和SDR-32. 5。此外，可以用本發(fā)明的CPVC組合物制備schedule 40和 schedule 80 管子(IPS 尺寸)。根據(jù)本說明書制得的新型管子可以用于住宅、商業(yè)或工業(yè)管道設備系統(tǒng)的管道系 統(tǒng)?？梢杂枚鄠€管配件將多個段管子裝配在一起。將管子與配件連接的最優(yōu)選的方法是使 用粘合劑，例如溶劑膠合劑。對于CPVC管，溶劑膠合劑可能含有CPVC樹脂。雖然如此提供了用新型CPVC配混物制成的新型管子的一般性討論(該配混物和 管子都被詳細描述)，并用制造和使用它們的最佳模式的具體說明對管子和配混物進行了 說明，但是顯然該新型管子對難題提供了有效的解決方案。因此應理解，不應由所說明和 論述的具體實施方案施加過度約束，并且該新型管子不局限于對本文給出的細節(jié)的刻板堅 持。
權(quán)利要求
用CPVC組合物制成的具有13.5的標準尺寸比的CPVC管，該CPVC管滿足在100,000小時截距時根據(jù)ASTM-D2837-01在180℉下測量的至少1250psi的靜水壓設計基準(HDB)，其中所述管子具有至少2-4-4-4-7的Cell Class并具有使用0.5的安全系數(shù)計算的至少100psig的壓力等級。
2.權(quán)利要求1的CPVC管，其中所述管子具有2-4-4-4-8的CellClass。
3.權(quán)利要求1的CPVC管，其中所述管子是用于熱水和冷水應用的管道設備管。
4.權(quán)利要求1的CPVC管，其中所述管子含至少80wt% CPVC樹脂。
5.權(quán)利要求1的CPVC管，其中所述管子含至少85wt%CPVC樹脂。
6.權(quán)利要求1的CPVC管，其中所述管子含至少86wt%CPVC樹脂。
7.權(quán)利要求1的CPVC管，其中所述CPVC組合物具有至少5.Oft. lb/in (266. 9J/m)缺 口的缺口 Izod沖擊強度。
8.權(quán)利要求7的CPVC管，其中所述CPVC組合物含以下組分(a)100重量份CPVC樹 脂，其中該CPVC樹脂具有66. 5-70襯％的氯含量并由具有至少0. 88的特性粘度的PVC制 成；(b)大約5-大約6重量份抗沖改性劑，它是具有聚二烯橡膠主鏈與接枝到該聚二烯橡 膠主鏈上的苯乙烯、丙烯腈和/或丙烯酸酯單體的接枝共聚物；(c)大約1-大約7重量份 惰性填料，(d)大約1. 3-大約3. 5重量份潤滑劑；和(e)大約1. 25-大約3重量份有機錫 穩(wěn)定劑。
9.權(quán)利要求8的CPVC管，其中該CPVC組合物進一步含大約1.5-大約3重量份氯化聚 乙烯，該氯化聚乙烯具有大約32wt% -大約40wt%的氯含量和120，000-400，000道爾頓的重均分子量。
10.權(quán)利要求9的CPVC管，其中該CPVC組合物進一步含大約0.1-大約1重量份抗氧 化劑。
11.權(quán)利要求10的CPVC管，其中該CPVC組合物顯示至少7，OOOpsi(48. 3MPa)的拉伸 強度、至少360，OOOpsi (2，482MPa)的彈性模量和在沒有退火的情況下在264psi (1. 82MPa) 載荷下至少100°C的熱撓曲溫度(HDT)。
12.權(quán)利要求8的CPVC管，其中所述抗沖改性劑是具有聚丁二烯橡膠主鏈與接枝到所 述主鏈上的苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚物。
13.權(quán)利要求8的CPVC管，其中所述抗沖改性劑是具有聚丁二烯橡膠主鏈與接枝到所 述主鏈上的甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯的接枝共聚物。
14.權(quán)利要求8的CPVC管，其中所述抗沖改性劑是具有苯乙烯_丁二烯橡膠主鏈與接 枝到所述主鏈上的甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯的接枝共聚物。
15.權(quán)利要求8的CPVC管，其中所述填料選自炭黑和二氧化鈦，其中所述填料具有大約 0. 01 μ m-3 μ m的初級粒度，其中所述顆粒的大約90%在大約0. 01 μ m_2 μ m的粒度范圍內(nèi)。
16.管道系統(tǒng)，其由多段權(quán)利要求1的CPVC管和多個CPVC管配件組成。
17.權(quán)利要求16的管道系統(tǒng)，其中所述CPVC管和所述CPVC管配件通過粘合劑接合在 一起。
18.權(quán)利要求17的管道系統(tǒng)，其中所述粘合劑是含CPVC樹脂的溶劑膠合粘合劑。
19.用CPVC組合物制成的具有11的標準尺寸比的CPVC管，該CPVC管滿足在100，000 小時截距時根據(jù)ASTM-D2837-01在180 °F下測量的至少1250psi的靜水壓設計基準(HDB)，其中所述管子具有至少2-4-4-4-7的Cell Class并且所述管子具有使用0. 5的安全系數(shù) 計算的至少125psig的壓力等級。
20.權(quán)利要求19的CPVC管，其中所述管子具有2-4-4-4-8的CellClass。
21.權(quán)利要求19的CPVC管，其中所述管子是用于熱水和冷水應用的管道設備管。
22.權(quán)利要求19的CPVC管，其中所述管子含至少80wt%CPVC樹脂。
23.權(quán)利要求19的CPVC管，其中所述管子含至少85wt%CPVC樹脂。
24.權(quán)利要求19的CPVC管，其中所述管子含至少86wt%CPVC樹脂。
25.權(quán)利要求19的CPVC管，其中所述CPVC組合物具有至少5.Oft. lb/in (266. 9J/m) 缺口的缺口 IZOD沖擊強度。
26.權(quán)利要求25的CPVC管，其中所述CPVC組合物含以下組分(a)100重量份CPVC樹 月旨，其中該CPVC樹脂具有66. 5-70wt %的氯含量并由具有至少0. 88的特性粘度的PVC制 成；(b)大約5-大約6重量份抗沖改性劑，它是具有聚二烯橡膠主鏈與接枝到該聚二烯橡 膠主鏈上的苯乙烯、丙烯腈和/或丙烯酸酯單體的接枝共聚物；(c)大約1-大約7重量份 惰性填料，(d)大約1. 3-大約3. 5重量份潤滑劑；和(e)大約1. 25-大約3重量份有機錫 穩(wěn)定劑。
27.權(quán)利要求26的CPVC管，其中該CPVC組合物進一步含大約1.5-大約3重量份氯化 聚乙烯，該氯化聚乙烯具有大約32wt% -大約40wt%的氯含量和120，000-400, 000道爾頓的重均分子量。
28.權(quán)利要求27的CPVC管，其中該CPVC組合物進一步含大約0.1-大約1重量份抗氧 化劑。
29.權(quán)利要求28的CPVC管，其中該CPVC組合物顯示至少7，OOOpsi(48. 3MPa)的拉伸 強度、至少360，OOOpsi (2，482MPa)的彈性模量和在沒有退火的情況下在264psi (1. 82MPa) 載荷下至少100°C的熱撓曲溫度(HDT)。
30.權(quán)利要求26的CPVC管，其中所述抗沖改性劑是具有聚丁二烯橡膠主鏈與接枝到所 述主鏈上的苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚物。
31.權(quán)利要求26的CPVC管，其中所述抗沖改性劑是具有聚丁二烯橡膠主鏈與接枝到所 述主鏈上的甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯的接枝共聚物。
32.權(quán)利要求26的CPVC管，其中所述抗沖改性劑是具有苯乙烯-丁二烯橡膠主鏈與接 枝到所述主鏈上的甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯的接枝共聚物。
33.權(quán)利要求26的CPVC管，其中所述填料選自炭黑和二氧化鈦，其中所述填料具有大 約0. 01 μ m-3 μ m的初級粒度，其中所述顆粒的大約90%在大約0. 01 μ m-2 μ m的粒度范圍 內(nèi)。
34.管道系統(tǒng)，其由多段權(quán)利要求19的CPVC管和多個CPVC管配件組成。
35.權(quán)利要求34的管道系統(tǒng)，其中所述CPVC管和所述CPVC管配件通過粘合劑接合在一起。
36.權(quán)利要求35的管道系統(tǒng)，其中所述粘合劑是含CPVC樹脂的溶劑膠合粘合劑。
37.氯化聚氯乙烯組合物，包含(a)100重量份CPVC樹脂，其中該CPVC樹脂具有 66. 5-70襯％的氯含量并由具有至少0. 88的特性粘度的PVC制成；(b)大約5-大約6重 量份抗沖改性劑，它是具有聚二烯橡膠主鏈與接枝到該聚二烯橡膠主鏈上的苯乙烯、丙烯腈和/或丙烯酸酯單體的接枝共聚物；(C)大約1-大約7重量份惰性填料，(d)大約 1. 3-大約3. 5重量份潤滑劑；和(e)大約1. 25-大約3重量份有機錫穩(wěn)定劑；其中所述 組合物當壓縮模塑成板材時顯示至少266. 9J/m(5ft. lb/in)缺口的缺口 IZOD沖擊強度， 至少48. 3MPa(7, OOOpsi)的拉伸強度，至少2482MPa(360, OOOpsi)的彈性模量和在退火 的情況下在1. 82MPa(264psi)載荷下至少110°C的熱撓曲溫度(HDT)，以滿足Cell Class 2-4-4-4-8 的要求。
38.權(quán)利要求37的氯化聚氯乙烯組合物，其進一步含大約1.5-大約3重量份氯化聚乙 烯，該氯化聚乙烯具有大約32wt% -大約40wt%的氯含量和120，000-400，000道爾頓的重均分子量。
39.權(quán)利要求38的氯化聚氯乙烯組合物，其進一步含大約0.1-大約1重量份抗氧化劑。
40.權(quán)利要求37的氯化聚氯乙烯組合物，它被擠出成具有ASTMF441中規(guī)定的尺寸的 管子形式。
41.權(quán)利要求40的氯化聚氯乙烯組合物，其中所述擠出管子具有ASTMF441中規(guī)定的 schedule 40 或 schedule 80 的尺寸。
42.權(quán)利要求37的氯化聚氯乙烯組合物，它呈擠出管子形式，該擠出管子具有ASTM F442 中規(guī)定的選自 SDR-7、SDR-9、SDR-11、SDR-13. 5、SDR-17, SDR-21、SDR-26 和 SDR-32. 5 的尺寸。
43.權(quán)利要求37的氯化聚氯乙烯組合物，其中當將所述組合物擠出成管子時，所述管 子具有 Cell Class 2-4-4-4-7。
44.權(quán)利要求37的氯化聚氯乙烯組合物，其中當將所述組合物擠出成管子時，所述管 子具有 Cell Class 2-4-4-4-8。
45.權(quán)利要求37的氯化聚氯乙烯組合物，還包含大約0.1-大約1. 0重量份助穩(wěn)定劑。
46.權(quán)利要求45的氯化聚氯乙烯組合物，其中所述助穩(wěn)定劑是沸石。
全文摘要
由配混物擠出直徑在15mm(0.5英寸)-15.24cm(6英寸)的范圍內(nèi)，以連續(xù)工作運載在690KPa(100psi)壓力和82.2℃(180℉)下的熱和冷水流的CPVC管，在該配混物中，當按大于5份但是至多6份/100份CPVC的量用兩種特定高抗沖擊橡膠改性劑中任一種改性時，該CPVC具有66.5％-70％的高Cl含量。擠出的CPVC管提供根據(jù)ASTM D2837-01測量的比ASTM D2846中規(guī)定的對商用管子所要求的HDB大25％或更多的HDB。結(jié)果，制備了在100,000小時截距時提供大于1250psi(8.62MPa)的HDB的SDR-11和SDR-13.5管子。
文檔編號F16L9/12GK101889055SQ200880116339
公開日2010年11月17日 申請日期2008年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月29日
發(fā)明者A·L·巴克曼, A·M·歐拉, R·A·曼戈, R·S·紐比 申請人:路博潤高級材料公司