一種環(huán)保高耐候pvc-m給水管材及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及化學(xué)建材技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)保高耐候PVC-M給水管材及其制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚氯乙烯PVC管道系統(tǒng)已經(jīng)有近70年的發(fā)展歷史，因為其高模量高強度和較 低價格的特點一直是全世界應(yīng)用量最大的塑料管道系統(tǒng)；PVC-M管材作為一種高抗沖管材 既有PE管道的優(yōu)點，又有UPVC安裝、維修方便的優(yōu)點，同時價格不高于UPVC管材，比PE管 道每米低于30%左右，因而PVC-M比UPVC、PE管道更具有廣闊的前景；但是高抗沖類聚氯乙 烯給水管材通常以有機錫作為其穩(wěn)定劑體系，其管材在生產(chǎn)加工中由于存在有毒的錫類氣 體所以會給生產(chǎn)操作人員的健康一定風(fēng)險，并且由于其自身的加工特點在環(huán)保方面也有很 大缺陷；現(xiàn)有的PVC-M管材在耐候性方面更是不具備很大優(yōu)勢，而在使用過程中PVC-M管材 經(jīng)常出現(xiàn)變色老化從而降低使用壽命；因此亟需研究一種環(huán)保高耐候的PVC-M管材。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種環(huán)保高耐候PVC-M給水管材， 所述環(huán)保高耐候PVC-M給水管材通過使用特定的鈣鋅穩(wěn)定劑并優(yōu)化耐候性材料的使用，在 滿足PVC-M給水管材高抗沖性能的前提下還改善了管材的環(huán)保和耐候性能，從而避免了生 產(chǎn)和使用中給人員帶來的危害并提高產(chǎn)品的使用壽命。
[0004] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述環(huán)保高耐候PVC-M給水管材的制備方法. 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種環(huán)保高耐候PVC-M給水管材，所述環(huán)保高耐候PVC-M給水管材由按如下質(zhì)量分?jǐn)?shù) 的原料組成： PVC樹脂 100份； 鈣鋅穩(wěn)定劑 4~6份； 金紅石型鈦白粉 6~10份； 光穩(wěn)定劑 0. 3~2份； 抗氧劑 0. 5~1份； 抗沖改性劑 4~8份； 丙烯酸酯類加工助劑 0. 5~4份； 潤滑劑 0. 5~4份； 其中，所述鈣鋅穩(wěn)定劑的熔點為100~150°C，在115°C條件下加熱2小時后的加熱減 量彡2%，鈣的質(zhì)量含量為5~6%，180°C條件下，剛果紅試紙變色等于3的時間大于30min ; 所述金紅石型鈦白粉的平均粒徑為〇. 25~0. 45 ym ;所述光穩(wěn)定劑由苯并三唑類光穩(wěn)定劑 和炭黑按照質(zhì)量比為1:1~3:1的比例組成。
[0005] 本發(fā)明中，選用特定的鈣鋅穩(wěn)定劑來替代現(xiàn)有技術(shù)中常用的有機錫穩(wěn)定劑以避免 管材在生產(chǎn)加工中由于有毒錫類氣體的釋放給生產(chǎn)操作人員造成的健康隱患；本發(fā)明選用 特定粒徑范圍的金紅石型鈦白粉、苯并三唑類光穩(wěn)定劑和炭黑按一定比例復(fù)配得到的光穩(wěn) 定劑體系以及抗氧劑三者的共同作用大幅度的提高了管材的耐候性能，從而提高產(chǎn)品的使 用壽命。
[0006] 優(yōu)選地，所述環(huán)保高耐候PVC-M給水管材由按如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料組成： PVC樹脂 100份； 鈣鋅穩(wěn)定劑 4. 5~5份； 金紅石型鈦白粉 8~10份； 光穩(wěn)定劑 1~2份； 抗氧劑 0. 8~1份； 抗沖改性劑 6~8份； 丙烯酸酯類加工助劑 1. 5~3份； 潤滑劑 1~1. 5份。
[0007] 優(yōu)選地，所述PVC樹脂為SG-5樹脂。
[0008] 選用鈣鋅穩(wěn)定劑替代有機錫穩(wěn)定劑是制造環(huán)保型管材的必然趨勢，但是并不是所 有的鈣鋅穩(wěn)定劑都能在改善環(huán)保性能的同時都具有較優(yōu)的穩(wěn)定性，發(fā)明人經(jīng)過大量嘗試之 后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)鈣鋅穩(wěn)定劑的熔點為1〇〇~150°C，在115°C條件下加熱2小時后的加熱減量 彡2%，鈣的質(zhì)量含量為5~6%，并且在180°C條件下，剛果紅試紙變色等于3的時間大于 30min時的鈣鋅穩(wěn)定劑具有較好的穩(wěn)定性，本發(fā)明所選用的鈣鋅穩(wěn)定劑的熱穩(wěn)定性較強，在 使用過程中不會因為穩(wěn)定性不足而造成產(chǎn)品顏色發(fā)黃或者加工過程中物料的分解等現(xiàn)象； 若選用穩(wěn)定性較差的其它類鈣鋅穩(wěn)定劑，如果想要達(dá)到相同的穩(wěn)定效果則必然會增加穩(wěn)定 劑的用量，而穩(wěn)定劑用量的增加又會促使PVC-M給水管材中低分子量的物質(zhì)含量變多，從 而顯著降低PVC-M給水管材的物理性能；本發(fā)明選用的鈣鋅穩(wěn)定劑的熱穩(wěn)定性較強，在保 證PVC-M給水管材的物理性能的同時提高了管材的熱穩(wěn)定性。
[0009] 優(yōu)選地，所述鈣鋅穩(wěn)定劑的熔點為100~130°C，加熱減量< 1. 5%，鈣的質(zhì)量含量 為5. 5%，剛果紅試紙變色等于3的時間大于30min ;進(jìn)一步優(yōu)選地，所述鈣鋅穩(wěn)定劑的商品 牌號為5096或517B。
[0010] 在本發(fā)明中，選用粒徑在0. 25~0. 45 ym之內(nèi)的金紅石型鈦白粉，金紅石型鈦白 粉的粒徑過大或過小均無法達(dá)到最佳的效果，這是因為：當(dāng)鈦白粉的粒徑小于0. 25 ym時， 由于粒徑太小使得鈦白粉無法與較大顆粒的PVC樹脂很好的分散，均勻性較差，無法充分 發(fā)揮其吸收紫外光、降低光氧降解的作用，并且由于其較差的分散性造成局部鈦白粉較多， 使管材的拉伸強度和斷裂伸長率都顯著降低，影響管材的力學(xué)性能；而當(dāng)鈦白粉的粒徑過 大，貝 lJ會直接影響到PVC管材的沖擊性能和后續(xù)的老化性能；當(dāng)金紅石型鈦白粉的粒徑在 0. 25~0. 45 y m時，其既能很好的與PVC樹脂進(jìn)行分散，又對PVC樹脂的力學(xué)性能的影響最 小；此時將金紅石型鈦白粉與本發(fā)明中的光穩(wěn)定劑和抗氧化劑復(fù)配具有很好的耐候效果。
[0011] 優(yōu)選地，所述金紅石型鈦白粉的平均粒徑為〇. 25~0. 35 iim ;進(jìn)一步優(yōu)選地，所述 金紅石型鈦白粉表面使用總量為5%的無機氧化物或無機鋯進(jìn)行一次包覆，并使用總量為 0. 5%的有機物進(jìn)行二次包覆，所述無機氧化物為硅鋁氧化物，所述有機物可以為二甲基硅 烷、聚乙醇、三乙醇胺；本發(fā)明中無機包覆能夠有效的提高產(chǎn)品的耐候性，有機包覆能夠提 高金紅石型鈦白粉和PVC樹脂之間的分子相容性和分散性，進(jìn)而提升產(chǎn)品性能；更為優(yōu)選 地，所述金紅石型鈦白粉的商品牌號為杜邦Ti-Pure R-105。
[0012] 本發(fā)明選用苯并三唑類光穩(wěn)定劑和炭黑進(jìn)行復(fù)配組成光穩(wěn)定劑，苯并三唑類屬于 光穩(wěn)定劑中的紫外線吸收劑，它的保護(hù)機理是吸收并分散有害的紫外輻射，其分子結(jié)構(gòu)中 存在的羥氧基與三唑基上的氮基所形成的氫鍵，在吸收紫外線光能后氫鍵破裂或形成異構(gòu) 結(jié)構(gòu)，把有害的光能轉(zhuǎn)化為無害的熱能，從而避免紫外輻射對聚合物樹脂的傷害；炭黑和苯 并三唑類光穩(wěn)定劑組合使用時，首先炭黑會屏蔽部分紫外光，然后苯并三唑類再削弱和轉(zhuǎn) 化部分紫外光，從而使聚合物受到的紫外光輻射明顯降低；發(fā)明人反復(fù)實驗之后發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩 者的質(zhì)量比為1:1~3:1時具表現(xiàn)出了良好的耐候效果，當(dāng)兩者的質(zhì)量比小于1:1時，其對 產(chǎn)品的顏色有不良影響，并且對產(chǎn)品耐候效果的改善較小，而當(dāng)兩者的質(zhì)量比大于3:1時 對產(chǎn)品的耐候性不會再有顯著提高并且還會顯著增加生產(chǎn)成本。
[0013] 炭黑是光穩(wěn)定劑中的光屏蔽劑，其可以在聚合物樹脂和光輻射之間形成一道保護(hù) 屏障，使光不能直接照射入聚合物內(nèi)部，其作用機理與鈦白粉類似；本發(fā)明同時引入鈦白 粉和炭黑是因為兩者粒徑的不同對紫外光的屏蔽效果會有互補作用，兩者協(xié)同增效的效果 更顯著；另外鈦白粉較高的價格以及其在混合料中的分散效果制約了其添加量，而炭黑在 PVC樹脂中的用量少、效果好、相對成本較低；將鈦白粉和炭黑結(jié)合起來使用效果最佳。
[0014] 優(yōu)選地，所述光穩(wěn)定劑由苯并三唑類光穩(wěn)定劑和炭黑按照質(zhì)量比為1:1~2:1的 比例組成；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述苯并三唑類光穩(wěn)定劑的吸收波長為300~350nm，吸收系數(shù) 為40~50,選取此類光穩(wěn)定劑的目的是，在本發(fā)明提供的配方體系中金紅石型鈦白粉對于 350~400nm的紫外光有很強的吸收作用，而對于低于350nm波長的紫外光的吸收效果并 不是很理想，所以用吸收波長為300~350nm的苯并三唑類來互補，而吸收系數(shù)方面盡量選 取此波長內(nèi)吸收效率較大的苯并三唑類穩(wěn)定劑；更為優(yōu)選地，所述苯并三唑類光穩(wěn)定劑為 2 (3'_叔丁基-2' -羥基-5' -甲基苯基）-5-氯苯并三唑；最優(yōu)選地，所述苯并三唑類光 穩(wěn)定劑的商品牌號為Tinuvin-326。
[0015] 優(yōu)選地，所述炭黑的比表面積為100~150m2/g，粒徑< 20nm ;發(fā)明人發(fā)現(xiàn)超出此 比