專利名稱：一種高抗沖性聚氯乙烯管材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種高抗沖性聚氯乙烯管材及其制備方法，屬于高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)度、高抗沖量的聚氯乙烯管材及其 制備方法。
背景技術(shù)：
目前，PVC-U管道是市場份額最大的塑料管道，占塑料管道近70%的份額。PVC-U給水管材是給水管材市場領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的品種之一，但由于PVC-U管材的脆性較大，在運(yùn)輸、安裝、施工等過程中容易破裂。所以近年來國內(nèi)PVC生產(chǎn)企業(yè)陸續(xù)開始生產(chǎn)高抗沖的聚氯乙烯管材(即PVC-M管材)，PVC-M管材除具有普通PVC-U管材的特點(diǎn)外，還具有優(yōu)異的韌性和抗沖擊性能，與普通PVC-U管材相比，PVC-M管材的抗沖擊性能顯著提高，能更好地抵抗管材安裝和運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的輕微劃傷、點(diǎn)載荷和地基的不均勻下降；PVC-M管材可以有效的抵抗水錘，減少管線在運(yùn)營過程中的破壞；耐環(huán)境應(yīng)力開裂能力顯著提高，能有效抵抗安裝和運(yùn)輸過程中對(duì)管材的外力沖擊，防止快速開裂現(xiàn)象的發(fā)生；輸水能力強(qiáng)、使用壽命長，該種管材在國外已有十幾年成功使用經(jīng)驗(yàn)，在英國、荷蘭、南非、澳大利亞、新西蘭、德國、日本等國都有廣泛應(yīng)用，其中在澳大利亞、南非等國的塑料給水管網(wǎng)中，聚氯乙烯高抗沖管道目前占有90 %的市場份額。在我國，政府對(duì)給水的安全性也給予了高度重視，要求加快推廣新型塑料管材應(yīng)用，保證給水管網(wǎng)的漏損率在5 %以下。這為聚氯乙烯高抗沖管材的應(yīng)用提供了良好的機(jī)遇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種既具有PVC-U管材的高強(qiáng)度，又具有很好的抗沖擊性能，同時(shí)還具有良好的耐壓性能及耐候性的高抗沖性聚氯乙烯管材及其制備方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是該高抗沖性聚氯乙烯管材，其特征在于，包括下列以重量份數(shù)計(jì)的組份=PVC樹脂100份，熱穩(wěn)定劑I. O 3. O份，潤滑劑
2.3 3. 2份，填充劑O 8份，增韌劑8 11. 5份，著色劑O. 2 O. 7份，ASA樹脂2 4份。優(yōu)選的，以重量份數(shù)計(jì)算，上述高抗沖性聚氯乙烯管材組分包括PVC樹脂100份，有機(jī)錫穩(wěn)定劑I. 2 I. 5份，潤滑劑2. 7 3. 2份，填充劑2 6份，增韌劑9 11. 5份，著色劑O. 21 O. 63份，ASA樹脂2 4份。本發(fā)明中為提高PVC的抗氧化性能，避免在室外長期使用時(shí)變黃、變脆，在配方中還添加有O. 01 O. 014份的抗氧劑。具體的，所述的抗氧劑為抗氧劑1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯)和DLTP (硫代二丙酸雙月桂酯)。優(yōu)選的，所述的PVC樹脂的平均聚合度為1000。優(yōu)選齊魯石化公司生產(chǎn)的QS-1050P型管材專用樹脂。
本發(fā)明的所述的熱穩(wěn)定劑選用有機(jī)錫穩(wěn)定劑，有機(jī)錫穩(wěn)定劑可以選用甲基錫、月桂酸二丁基錫、硫酸二丁基錫或硫酸二辛基錫穩(wěn)定劑。潤滑劑選取硬脂酸鈣、石蠟、微晶蠟、聚乙烯蠟和氧化聚乙烯蠟中的任意四種或四種以上。填充劑選用活性輕質(zhì)碳酸鈣或納米碳酸鈣。增韌劑選用MBS(甲基丙烯酸甲酯、丁二烯及苯乙烯的三元共聚物)和/或抗沖型ACR (丙烯酸酯類抗沖改性劑)。
著色劑選用炭黑和/或鈦白粉。本發(fā)明還公開了一種高抗沖性聚氯乙烯管材的制備方法，其特征在于包括以下步驟I、將各配料組分按比例放入高速混合機(jī)中逐漸加熱升溫，并在轉(zhuǎn)速1000 2000r/min下充分?jǐn)嚢?，?dāng)混合物料溫度達(dá)到120 125°C時(shí)，將混合物料輸送至低速混合機(jī)中，在室溫下繼續(xù)攪拌，轉(zhuǎn)速為450 500r/min，待混合物料溫度降至40 50°C時(shí)出料；2、將步驟I所得混合物物料在螺桿擠出機(jī)上擠出成型，牽引、冷卻、真空定型即得高抗沖性聚氯乙烯管材，工藝條件為機(jī)頭溫度180 215°C，機(jī)身溫度170 185°C，主機(jī)轉(zhuǎn)速15rpm,喂料轉(zhuǎn)速25rpm,主機(jī)電流56. O 60A,牽引速度為2. 5 2. 8m/min。本發(fā)明是將通用塑料PVC和工程塑料ASA樹脂共混改性，ASA樹脂作為改性劑，在100份的PVC樹脂中摻加2 4份，用量不大，起到提高材料剛性、促進(jìn)塑化的作用。通過多次對(duì)比實(shí)驗(yàn)，確定原料、加工助劑和最佳配方，選擇適宜的加工工藝而制成的新型耐候、高抗沖擊性能和良好加工性能的PVC改性材料。所述技術(shù)方案中所用到的ASA樹脂為無定型三元共聚物，是丙烯腈(A)、苯乙烯(S)和丙烯酸酯(A)的三元共聚物，為飽和主鏈結(jié)構(gòu)，不含雙鍵，大分子鏈中的羰基和腈基具備較強(qiáng)的耐紫外線能力，而苯環(huán)是典型的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，很難發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，因此，ASA樹脂具有極強(qiáng)的耐紫外線能力，顏色穩(wěn)定、耐候性優(yōu)。由于ASA樹脂結(jié)構(gòu)中引入了丙烯酸酯橡膠，使其共聚物具有極好的抗沖擊性，尤其是低溫抗沖擊性能優(yōu)良；ASA樹脂結(jié)構(gòu)中含有腈基，因此具有極強(qiáng)的耐化學(xué)腐蝕性；在加工過程中熱穩(wěn)定性好，熱變形溫度可達(dá)92°C ；ASA樹脂具有優(yōu)異的耐候性能，同時(shí)該材料具有很好的力學(xué)性能。并且ASA樹脂的溶解度參數(shù)δ為9. 6 9. 8，與PVC的溶解度參數(shù)十分接近，兩者具有很好的相溶性，流變性能、熱膨脹系數(shù)更加接近，理論分析二者相容性很好。采用ASA樹脂作為PVC改性劑，能有效提高材料的剛性，且對(duì)材料的韌性影響較小，同時(shí)又可以改善組合物的加工性能，有效提高擠出管材的的耐壓性能及耐候性。使管材既具有PVC-U管材的高強(qiáng)度，又具有很好的抗沖擊性能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種高抗沖性聚氯乙烯管材及其制備方法所具有的有益效果是該管材既具有PVC-U管材的高強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度可達(dá)45 48MPa，屈服強(qiáng)度可達(dá)45 48MPa又具有很好的抗沖擊性能簡支梁缺口沖擊強(qiáng)度在73 100kJ/m2間，其柔韌性亦有改善斷裂伸長率達(dá)到146. I 166. 8%，同時(shí)還具有良好的耐壓性能及耐候性，實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明的PVC管材在落錘沖擊試驗(yàn)和高速?zèng)_擊試驗(yàn)中均有優(yōu)異表現(xiàn)，產(chǎn)品全部合格，特別在液壓試驗(yàn)(20°C，環(huán)應(yīng)力38MPa，lh)中，本發(fā)明的PVC管材無破裂、無滲漏，而對(duì)比試驗(yàn)中的常用PVC管材在試驗(yàn)條件下表現(xiàn)出破裂、滲漏，不滿足管材，特別是水管網(wǎng)用管材的使用要求。故本發(fā)明的PVC改性管材性能優(yōu)異，如用于水管網(wǎng)的鋪設(shè)，可保證給水管網(wǎng)的漏損率在5%以下，優(yōu)于現(xiàn)有PVC管材。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I高抗沖性聚氯乙烯管材組合物組分配方及管材制備方法如下按如下重量份配取各物料組分QS-1050p型pVC樹脂100份、有機(jī)錫穩(wěn)定劑(甲基錫)I. 2份、MBS增韌劑8. O份、ACR增韌劑I. O份、ASA樹脂2份、硬脂酸鈣O. 2份、聚乙烯蠟O. 6份、石蠟O. 9份、微晶蠟I. O份、鈦白粉O. 2份、炭黑O. 01份、O. 005份的抗氧劑1010和O. 005份的DLTP、納米碳酸鈣2份。將上述物料按原料配比放入高速混合機(jī)中逐漸升溫，并在轉(zhuǎn)速1000 1200r/min下，充分?jǐn)嚢?0 15min。當(dāng)混合物溫度達(dá)到120 125°C時(shí)，將混合物料輸送至低速混合機(jī)中在室溫下繼續(xù)攪拌，轉(zhuǎn)速為450 500r/min，待攪拌到混合物料溫度為40 50°C時(shí)出 料得混合物料。然后將該混合物料在雙螺桿擠出機(jī)上擠出，經(jīng)真空定徑冷卻成型得到規(guī)格為OllOmmX3. 4mmXl. OMPa的高抗沖性聚氯乙烯管材，具體工藝條件為機(jī)身溫度CC ) 180 185，180 185，175 180，170 175，173 178機(jī)頭溫度CC ) 180 185，190 195，195 205，205 215主機(jī)轉(zhuǎn)速15rpm ;喂料轉(zhuǎn)速25rpm ;主機(jī)電流56. O 60A ;牽引速度2. 5 2. 8m/min。實(shí)施例2高抗沖性聚氯乙烯管材組合物組分配方及管材制備方法如下按如下重量份配取各物料組分QS_1050P型PVC樹脂100份、有機(jī)錫穩(wěn)定劑(月桂酸二丁基錫)I. 5份、ASA樹脂3份、MBS增韌劑9份、ACR增韌劑I. 2份、硬脂酸鈣O. 4份、聚乙烯蠟O. 8份、石蠟O. 9份、微晶蠟O. 6份、鈦白粉O. 4份、炭黑O. 02份、O. 007份的抗氧劑1010和O. 005份的DLTP、納米碳酸鈣5份。將上述物料放入高速混合機(jī)中逐漸升溫，并在轉(zhuǎn)速1000 1200r/min下，充分?jǐn)嚢?0 15min。當(dāng)混合物溫度達(dá)到120 125°C時(shí)，將混合物料輸送至低速混合機(jī)中在轉(zhuǎn)速450 500r/min、室溫下繼續(xù)攪拌，待攪拌到混合物料溫度為40 50°C時(shí)出料得混合物料。然后將該混合物料在雙螺桿擠出機(jī)上擠出，經(jīng)真空定徑冷卻成型得到高抗沖性聚氯乙烯管材，具體工藝條件為機(jī)身溫度CC ) 180 185，180 185，175 180，170 175，173 178機(jī)頭溫度CC ) 180 185，190 195，195 205，205 215主機(jī)轉(zhuǎn)速15rpm ;喂料轉(zhuǎn)速25rpm ;主機(jī)電流53. O 56. OA ;牽引速度2. 5 2. 8m/min。實(shí)施例3高抗沖性聚氯乙烯管材組合物組分配方及管材制備方法如下按如下重量份配取各物料組分QS-1050P型PVC樹脂100份、有機(jī)錫穩(wěn)定劑(硫酸二丁基錫)2. O份、ASA樹脂4份、MBS增韌劑10份、ACR增韌劑I. 5份、硬脂酸鈣O. 6份、聚乙烯蠟I. O份、石蠟O. 9份、微晶蠟O. 7份、鈦白粉O. 6份、炭黑O. 03份、O. 007份的抗氧劑1010和O. 005份的DLTP以及納米碳酸鈣8份。將上述物料放入高速混合機(jī)中逐漸升溫，并在轉(zhuǎn)速1000 1200r/min下，充分?jǐn)嚢?0 15min。當(dāng)混合物溫度達(dá)到120 125°C時(shí)，將混合物料輸送至低速混合機(jī)中在轉(zhuǎn)速450 500r/min、室溫下繼續(xù)攪拌，待攪拌到混合物料溫度為40 50°C時(shí)出料得混合物料。然后將該混合物料在雙螺桿擠出機(jī)上擠出，經(jīng)真空定徑冷卻成型得到高抗沖性聚氯乙烯管材，具體工藝條件為機(jī)身溫度CC ) 180 185，180 185，175 180，170 175，173 178 ；機(jī)頭溫度CC ) 180 185，190 195，195 205，205 215 ；主機(jī)轉(zhuǎn)速15rpm ;喂料轉(zhuǎn)速25rpm ;主機(jī)電流53. O 56. OA ;牽引速度2. 5 2. 8m/min。實(shí)施例4 7實(shí)施例4 7的高抗沖性聚氯乙烯管材組合物組分見表1，管材的制備方法同實(shí)施例I。其中實(shí)施例4 7中所述的有機(jī)錫穩(wěn)定劑皆為硫酸二辛基錫。表I實(shí)施例4 7的管材組分(重量份)

權(quán)利要求
1.一種高抗沖性聚氯乙烯管材，其特征在于它包括下列以重量份數(shù)計(jì)的組份=PVC樹脂100份，熱穩(wěn)定劑I. O 3. O份，潤滑劑2. 3 3. 2份，填充劑O 8份，增韌劑8 11. 5份，著色劑O. 2 O. 7份，ASA樹脂2 4份。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高抗沖性聚氯乙烯管材，其特征在于它包括下列以重量份數(shù)計(jì)的組份PVC樹脂100份，熱穩(wěn)定劑I. 2 I. 5份，潤滑劑2. 7 3. 2份，填充劑2 6份，增韌劑9 11. 5份，著色劑O. 21 O. 63份，ASA樹脂2 4份。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種高抗沖性聚氯乙烯管材，其特征在于它還包括O.01 O. 014份的抗氧劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高抗沖性聚氯乙烯管材，其特征在于所述的抗氧劑為抗氧劑1010 (四[β - (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯)和DLTP (硫代二丙酸雙月桂酯)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種高抗沖性聚氯乙烯管材，其特征在于所述的PVC樹脂的平均聚合度為1000。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種高抗沖性聚氯乙烯管材，其特征在于所述的熱穩(wěn)定劑為有機(jī)錫穩(wěn)定劑，選用甲基錫、月桂酸二丁基錫、硫酸二丁基錫或硫酸二辛基錫中的任一種；潤滑劑選取硬脂酸鈣、石蠟、微晶蠟、聚乙烯蠟和氧化聚乙烯蠟中的任意四種或四種以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種高抗沖性聚氯乙烯管材，其特征在于所述的填充劑為活性輕質(zhì)碳酸鈣或納米碳酸鈣。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種高抗沖性聚氯乙烯管材，其特征在于所述的增韌劑為MBS(甲基丙烯酸甲酯、丁二烯及苯乙烯的三元共聚物)和/或抗沖型ACR(丙烯酸酯類抗沖改性劑)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種高抗沖性聚氯乙烯管材，其特征在于所述的著色劑為炭黑和/或鈦白粉。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高抗沖性聚氯乙烯管材的制備方法，其特征在于包括以下步驟 10.I、將各配料組分按比例放入高速混合機(jī)中逐漸加熱升溫，并在轉(zhuǎn)速1000 2000r/min下充分?jǐn)嚢?，?dāng)混合物料溫度達(dá)到120 125°C時(shí)，將混合物料輸送至低速混合機(jī)中，在室溫下繼續(xù)攪拌，轉(zhuǎn)速為450 500r/min，待混合物料溫度降至40 50°C時(shí)出料； 10.2、將步驟10. I所得混合物物料在螺桿擠出機(jī)上擠出成型，牽引、冷卻、真空定型即得高抗沖性聚氯乙烯管材，工藝條件為機(jī)頭溫度180 215°C，機(jī)身溫度170 185°C，主機(jī)轉(zhuǎn)速15rpm,喂料轉(zhuǎn)速25rpm,主機(jī)電流56. O 60A,牽引速度為2. 5 2. 8m/min。
全文摘要
一種高抗沖性聚氯乙烯管材，其特征在于它包括下列以重量份數(shù)計(jì)的組份PVC樹脂100份，熱穩(wěn)定劑1.0～3.0份，潤滑劑2.3～3.2份，填充劑0～8份，增韌劑8～11.5份，著色劑0.2～0.7份，ASA樹脂2～4份。該管材既具有PVC-U管材的高強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度可達(dá)45～48MPa，屈服強(qiáng)度可達(dá)45～48MPa，又具有很好的抗沖擊性能，簡支梁缺口沖擊強(qiáng)度在73～100kJ/m2間，并且其柔韌性亦有改善斷裂伸長率達(dá)到146.1～166.8％。同時(shí)還具有良好的耐壓性能及耐候性。在液壓試驗(yàn)中本發(fā)明的PVC管材無破裂、無滲漏，如用于水管網(wǎng)的鋪設(shè)，可保證給水管網(wǎng)的漏損率在5％以下，優(yōu)于現(xiàn)有PVC管材。
文檔編號(hào)F16L9/12GK102863712SQ20111018731
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者張樺, 王晶, 張新華, 李靜, 劉容德, 賈小波, 劉浩, 桂俊杰, 孫培培 申請人:中國石油化工股份有限公司