CN103073798A - 热水器塑料内胆用聚丙烯组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热水器塑料内胆用聚丙烯组合物及其制备方法，所述组合物由以下组分组成（以重量份计）：共聚聚丙烯85-95、填料5-15、抗氧剂0.2-1、加工助剂0.05-0.5。本发明所述的聚丙烯材料具有良好的刚韧平衡性能、较高的负荷变形温度、优良的耐酸碱腐蚀性能、耐热氧老化性能和耐水抽提性能，易吹塑成型、成本低、卫生性好，解决了不锈钢内胆和搪瓷内胆易腐蚀漏水的隐患。

Description

热水器塑料内胆用聚丙烯组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种热水器塑料内胆用聚丙烯组合物及其制备方法，具体涉及太阳能热水器塑料内胆及其制备方法。
背景技术
目前市场上热水器主要有两种内胆材料，不锈钢内胆和搪瓷内胆。不锈钢内胆，制造工艺较复杂：剪板-冲孔-圆桶-焊缝-焊接各种工件-保温层发泡，且其耐腐蚀，耐酸碱性差，易结垢，焊接部位遇高温易氧化锈蚀，最终造成水箱漏水直至整台热水器报废。搪瓷内胆是在普通钢板上涂烧一层无机质陶釉而制成，造价高昂，加工工艺要求高，生产过程中容易产生气泡或针眼，同时搪瓷脆性较大，震动、碰撞容易产生鳞爆现象。另外，搪瓷在热水中会逐渐溶解剥落，技术上称为“沸水失重”现象，年久搪瓷脱落会污染水质锈蚀漏水，以上这些因素，都会造成搪瓷涂层下的普通钢板暴露，形成腐蚀漏水。可以看出以上两种内胆材料制造工艺复杂，成本高昂，存在质量隐患。塑料由于成本低、环保、耐腐蚀，可采用一次性成型，无缝、无焊点，防漏、密封性好，逐渐引起了人们的重视，生产企业希望开发塑料内胆代替不锈钢和搪瓷内胆。
中国专利CN 101768310A公开了一种热水器内胆用β晶型聚丙烯组合物及其制备方法，其配方体系为无规共聚聚丙烯、β晶成核剂、稳定剂和加工助剂。但是无规共聚聚丙烯熔融指数MFR较高，不利于制品吹塑成型，并且由于加入了β晶成核剂，成本较高。
中国专利CN 101747562A公开了一种热水器内胆用α晶型聚丙烯组合物及其制备方法，其配方体系为无规共聚聚丙烯、α晶成核剂、稳定剂和加工助剂。但是无规共聚聚丙烯MFR较高，不利于制品吹塑成型，并且由于加入了α成核剂，成本较高。
中国专利CN 101812213A公开了一种热水器内胆用α晶型聚丙烯组合物及其制备方法，其配方体系为嵌段共聚聚丙烯、α晶成核剂、稳定剂和加工助剂。但是嵌段共聚聚丙烯MFR较高，不利于制品吹塑成型，并且由于加入了α成核剂，成本较高。
中国专利CN 101851376A公开了一种碳塑改性聚丙烯塑料，可用于吹塑成型太阳能热水器内胆，其配方体系中含有碳塑纤维，成本较高。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明的目的是提供一种耐高温、耐腐蚀、易吹塑成型、成本低、卫生性好的热水器塑料内胆用聚丙烯组合物及其制备方法。
本发明的热水器塑料内胆用聚丙烯组合物由以下组分组成（以重量份计，后述出现物质的量如未特别注明，都代表以重量份计）：共聚聚丙烯85-95、填料5-15、抗氧剂0.2-1、加工助剂0.05-0.5。
本发明中所述的共聚聚丙烯可以是嵌段共聚聚丙烯、也可以是无规共聚聚丙烯，还可以是嵌段共聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯的混合物。共聚聚丙烯应优先选用MFR为0.20-0.75g/10min的共聚聚丙烯，最好选用MFR为0.20-0.50g/10min的共聚聚丙烯。
本发明中所述填料为滑石粉和/碳酸钙。所用填料的量为5-15，优选为5-12.5；填料的粒径不小于2500目，并且经过硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂进行表面活化。选择此粒径的填料主要是避免颗粒太大的粒子引起应力集中产生制品内部结构上的薄弱点，从而引起制品破坏；而对填料进行表面活化能使填料和聚丙烯达到良好的共混效果。
本发明中所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的混合物，受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂之间复配时存在协同效应，使抗氧效果更好。受阻酚类抗氧剂选用四 [β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苄基）苯的混合物；亚磷酸酯抗氧剂选用三(2,4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯。配方中所用抗氧剂的量为0.2-1，优选为0.5-1。受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的所用重量比：受阻酚类抗氧剂∶亚磷酸酯抗氧剂=1∶（0.2～0.8），优选1∶（0.2～0.5）；其中四 [β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯∶1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苄基）苯=1∶（0.4～1.2），优选1∶（0.6～1.0）。
本发明中1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苄基）苯大大增强了材料的耐水抽提性，尤其是与三(2,4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯复配使用效果更好。
本发明中所述加工助剂选用聚丙烯蜡、聚乙烯蜡或硬脂酸钙。配方中所用加工助剂的量为0.05-0.5，优选为0.1-0.3。
本发明中提供了一种热水器塑料内胆用聚丙烯材料的制备方法，包括下列步骤：
1）按前述聚丙烯组合物的配比称取配方中各种原料；
2）将步骤1）称取的原料在配料机中高速混配均匀得混配物料；
3）将步骤2）得到的混配物料用双螺杆挤出机挤出造粒得热水器塑料内胆用聚丙烯组合物材料。
按本发明提供的热水器塑料内胆用聚丙烯组合物的制备方法中，所涉及的设备如高速混配设备、造粒设备（双螺杆挤出机）都是市购设备，该方法涉及的各工艺步骤也是本领域所熟知的，在此不再进行赘叙。
本发明还提供了一种热水器用的内胆，所述内胆由本发明所述的热水器塑料内胆用聚丙烯材料吹塑制成。
本发明还提供了一种热水器，所述热水器包括本发明所述的热水器用的内胆。
本发明所述的热水器塑料内胆用聚丙烯材料具有良好的刚韧平衡性能、熔体强度高、加工成型性好，解决了普通聚丙烯不能吹塑大型容器的缺点，采用该材料制备的热水器内胆壁厚均匀、耐高温、耐腐蚀、成本低、卫生性好。
发明的效果：
与现有技术相比，本发明的热水器塑料内胆用聚丙烯材料刚韧平衡性能好、熔体强度高、加工成型性好。采用该聚丙烯材料制作的内胆具有如下优点：1）成本低：本产品在保证太阳能热水器正常工作性能的基础上大大降低成本价格。2）环保：材料为环保材料，无毒、为异味，水质符合GB／T 17219-1998（生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准）标准要求，不会对人的身体产生任何副作用。3）无缝防漏：采用吹塑工艺一次性成型，无缝、无焊点，防漏、密封性好。4）清洁不结垢：聚丙烯塑料特性有效地阻止了水垢的形成，用该材料制作的热水器内胆，内壁光滑，而且自身不产生静电，不易被侵蚀。5）耐高温：采用该聚丙烯材料，耐高温蠕变性能好，负荷变形温度高。6）保温性能好：具有隔热保温性能，大幅度提高了保温效果。7）使用寿命长：具有优异的耐热氧老化性能和耐水抽提性能。8）用该材料制作的热水器内胆组装的太阳能热水器满足GB/T 19141-2003（家用太阳能热水系统技术条件）标准要求。
具体实施方式
下面将通过实施例进一步对本发明进行描述，显然本发明不仅仅局限于下述实施例。
实施例1
嵌段共聚聚丙烯（MFR=0.40g/10min）：95.0 份；
滑石粉 （2500目）：5.0份；
四 [β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯：0.2份；
1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苄基）苯：0.2份；
三(2,4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯：0.1份；
硬脂酸钙：0.1份。
实施例2
无规共聚聚丙烯（MFR=0.28g/10min）：95.0份；
滑石粉（2500目）：5.0份；
四 [β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯：0.2份；
1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苄基）苯：0.2份；
三(2,4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯：0.1份；
硬脂酸钙：0.1份。
实施例3
嵌段共聚聚丙烯（MFR=0.38g/10min）：47.5份；
无规共聚聚丙烯（MFR=0.25g/10min）：47.5份；
滑石粉 （3500目）：5.0份；
四 [β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯：0.3份；
1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苄基）苯：0.2份；
三(2,4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯：0.2份；
硬脂酸钙：0.1份。
实施例4
嵌段共聚聚丙烯（MFR=0.40g/10min）：47.5份；
无规共聚聚丙烯（MFR=0.28g/10min）：47.5份；
碳酸钙 （2500目）：5.0份；
四 [β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯：0.2份；
1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苄基）苯：0.2份；
三(2,4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯：0.1份；
硬脂酸钙：0.1份。
实施例5
嵌段共聚聚丙烯（MFR=0.40g/10min）：47.5份；
无规共聚聚丙烯（MFR=0.28g/10min）：47.5份；
碳酸钙（2500目）2.5份；
滑石粉（2500目）2.5份；
四 [β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯：0.2份；
1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苄基）苯：0.2份；
三(2,4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯：0.1份；
硬脂酸钙：0.1份。
实施例6
嵌段共聚聚丙烯（MFR=0.38g/10min）：46.25份；
无规共聚聚丙烯（MFR=0.25g/10min）：46.25份；
滑石粉（3500目）：7.5份；
四 [β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯：0.3份；
1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苄基）苯：0.2份；
三(2,4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯：0.2份；
硬脂酸钙：0.1份。
实施例7
嵌段共聚聚丙烯（MFR=0.38g/10min）：45.0份；
无规共聚聚丙烯（MFR=0.25g/10min）：45.0份；
滑石粉（3500目）：10.0份；
四 [β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯：0.3份；
1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苄基）苯：0.2份；
三(2,4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯：0.2份；
硬脂酸钙：0.1份。
实施例8
嵌段共聚聚丙烯（MFR=0.38g/10min）：43.75份；
无规共聚聚丙烯（MFR=0.25g/10min）：43.75份；
滑石粉（3500目）：12.5份；
四 [β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯：0.3份；
1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苄基）苯：0.2份；
三(2,4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯：0.2份；
硬脂酸钙：0.1份。
实施例9
嵌段共聚聚丙烯（MFR=0.42g/10min）：42.5份；
无规共聚聚丙烯（MFR=0.27g/10min）：42.5份；
滑石粉（3500目）：15.0份；
四 [β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯：0.3份；
1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苄基）苯：0.2份；
三(2,4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯：0.2份；
硬脂酸钙：0.1份。
对比例1
嵌段共聚聚丙烯（MFR=0.45g/10min）：40.0份；
无规共聚聚丙烯（MFR=0.30g/10min）：40.0份；
滑石粉（2500目）：20.0份；
四 [β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯：0.2份；
1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苄基）苯：0.2份；
三(2,4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯：0.1份；
硬脂酸钙：0.1份。
表1：实施例性能
项目 MFR 拉伸强度 弯曲模量 简支梁冲击强度 负荷变形温度 氧化诱导期 内胆加工效果
单位 g/10min MPa MPa KJ/m2 ℃ min  
实施例1 0.48 33.6 1290 99 91 33.0 一般
实施例2 0.37 34.1 1010 63 71 33.7 好
实施例3 0.34 34.5 1180 95 78 59.0 好
实施例4 0.38 35.3 1050 93 76 33.2 好
实施例5 0.36 35.5 1080 97 76 34.0 好
实施例6 0.34 33.2 1240 93 79 64.3 好
实施例7 0.35 32.3 1300 92 85 78.0 好
实施例8 0.35 30.1 1390 87 84 74.4 好
实施例9 0.36 27.2 1790 43 96 81.3 一般
对比例1 0.53 27.2 1490 37 88 39.2 差
注：MFR测试按GB/T 3682-2000中的规定进行，温度230℃、负荷2.16kg；
拉伸强度测试按GB/T 1040.2-2006的规定进行，拉伸速率50mm/min；
弯曲模量测试按GB/T 9341-2008规定进行；
简支梁冲击强度测试按GB/T 1043.1-2008规定进行，温度23℃，缺口；
负荷变形温度测试按GB/T 1634.2-2004规定进行，施加的弯曲应力0.45MPa；
氧化诱导期测试按GB17391-1998规定进行，210℃、Al杯。
表2：实施例6所制备的内胆及采用该内胆组装的太阳能热水器的检测性能
Figure 622DEST_PATH_IMAGE002

Claims (10)

1.一种热水器塑料内胆用聚丙烯组合物，其特征在于：按重量份计包括以下原料
a.共聚聚丙烯：85-95份；
b.填料：5-15 份，优选为5-12.5份；
c.抗氧剂：0.2-1份，优选为0.5-1份；和
d.加工助剂：0.05-0.5份；
其中，所述填料为滑石粉和/碳酸钙的球状或片状填料；填料的粒径不小于2500目，并且经过硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂进行表面活化；
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的混合物。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的重量比为1∶（0.2～0.8），优选1∶（0.2～0.5）。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中受阻酚类抗氧剂选用四 [β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苄基）苯的混合物，两者重量比为1∶（0.4～1.2），优选1∶（0.6～1.0）；亚磷酸酯抗氧剂选用三(2,4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中共聚聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯或嵌段共聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯的混合物。
5.根据权利要求4所述的组合物，其中共聚聚丙烯的MFR为0.20-0.75g/10min，优选为0.20-0.50g/10min。
6.根据权利要求1-5所述的组合物，其中所述加工助剂选用聚丙烯蜡、聚乙烯蜡或硬脂酸钙，加工助剂的重量份为0.1-0.3。
7.一种热水器塑料内胆用聚丙烯材料的制备方法，包括下列步骤：
1）将权利要求1-6中所述聚丙烯组合物按其配比称取配方中各种原料；
2）将步骤1）称取的原料在配料机中高速混和均匀得混配物料；
3）将步骤2）得到的混配物料用双螺杆挤出机挤出造粒得热水器塑料内胆用聚丙烯组合物材料。
8.一种热水器用的内胆用聚丙烯材料，其采用权利要求7所述方法制备而成。
9.一种热水器用的内胆，其采用权利要求8所述的聚丙烯材料吹塑制成。
10.一种热水器，所述热水器包括权利要求9所述的内胆。
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