CN103772834B - 塑料水管材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种塑料水管材料，由以下重量份的组分组成：30～60份的苯乙烯类热塑性弹性体；45～60份的矿物油；5～15份的聚烯烃；5～15份的聚烯烃热塑性弹性体；0.1～5份的润滑剂；和0.1～0.5份的抗氧剂。还提供一种塑料水管材料的制备方法。以苯乙烯类热塑性弹性体为基材，与聚烯烃热塑性弹性体及其他原料充分混合获得塑料水管材料，苯乙烯类热塑性弹性体具有良好的耐候性、耐热性、耐压缩变形性；聚烯烃热塑性弹性体具有较窄相对分子质量分布和均匀的短支链分布，其他物料混合，产品的可塑性较好且挤出稳定好，可以提高塑料水管材料的撕裂强度、拉伸强度和断裂延伸率，从而上述塑料水管材料具有优异的伸缩性能。

Description

塑料水管材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种塑料水管材料及其制备方法。

背景技术

目前常用的塑料水管材料是通过合成树脂加添加剂经熔融成型加工而成的制品。具有质轻、耐腐蚀、外形美观、无不良气味、加工容易、施工方便等特点。塑料水管材料包括热塑性塑料管和热固性塑料管两大类。

热塑性塑料管采用的主要材料有聚氯乙烯（Polyvinylchloridepolymer,PVC）材料、聚乙烯（polyethylene，PE）材料、热塑性聚氨酯弹性体橡胶(Thermoplasticpolyurethanes，TPU)材料等。

然而，上述塑料水管材料伸缩性能较差，在使用过程中需要更大的存放空间。

发明内容

基于此，有必要提供一种伸缩性能较好的塑料水管材料及其制备方法。

一种塑料水管材料，包括以下重量份的组分：

在其中一个实施中，所述苯乙烯类热塑性弹性体的分子量大于15万。

在其中一个实施中，所述苯乙烯类热塑性弹性体为日本可乐丽SEEPS4055、美国科腾SEBSG1651、日本旭化成SEBSN504、台湾李长荣SEBS9551、台湾台橡SEBS6151、岳阳石化SEBSYH-503和岳阳石化SEBSYH-503T中的至少一种。

在其中一个实施中，所述矿物油为粘度高于40mm²/s且闪点高于200℃的石蜡基油和环烷基油中的至少一种。

在其中一个实施中，所述聚烯烃为聚丙烯和聚乙烯中的至少一种。

在其中一个实施中，所述聚丙烯的熔融指数小于20g/10min，所述聚乙烯的熔融指数小于10g/10min。

在其中一个实施中，所述聚烯烃热塑性弹性体的熔融指数小于15g/10min，所述聚烯烃热塑性弹性体的密度大于0.87g/cm³。

在其中一个实施中，所述润滑剂为硅酮粉、硅酮母粒和芥酸酰胺中的至少一种。

在其中一个实施中，所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的至少一种。

一种塑料水管材料的制备方法，包括如下步骤：

将45～60重量份的矿物油加入到30～60重量份的苯乙烯类热塑性弹性体中并搅拌30分钟～60分钟后得到混合物，将所述混合物在常温下放置2～4天；

将5～15重量份的聚烯烃、5～15重量份的聚烯烃热塑性弹性体、0.1～5重量份的润滑剂和0.1～0.5重量份的抗氧剂和所述混合物混合并搅拌10分钟～20分钟，得到预混料；及

将所述预混料置于双螺杆挤出机中，进行挤出、造粒、干燥、均化后得到塑料水管材料。

在上述塑料水管材料及其制备方法中，以苯乙烯类热塑性弹性体为基材，与聚烯烃热塑性弹性体及其他原料充分混合获得塑料水管材料，苯乙烯类热塑性弹性体具有良好的耐候性、耐热性、耐压缩变形性；聚烯烃热塑性弹性体具有较窄相对分子质量分布和均匀的短支链分布，可以提高塑料水管材料的撕裂强度、拉伸强度和断裂延伸率，从而上述塑料水管材料具有优异的伸缩性能。

附图说明

图1为一实施方式的塑料水管材料的制备方法的流程图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对塑料水管材料及其制备方法作详细说明。

一实施方式的塑料水管材料，包括以下重量份的组分：

苯乙烯类热塑性弹性体为丁二烯或异戊二烯与苯乙烯嵌段型共聚物。在一实施例中，苯乙烯类热塑性弹性体的分子量大于15万。苯乙烯类热塑性弹性体具有良好的耐候性、耐热性、耐压缩变形性和优异的力学性能。苯乙烯类热塑性弹性体作为塑料水管材料的主要成分之一，可以提高塑料水管材料承受室外环境的考验，如可以抵抗光照、冷热、风雨、细菌等造成的综合破坏；还可以提高水管的耐压缩变形性等。具体地，苯乙烯类热塑性弹性体可以为日本可乐丽SEEPS4055、美国科腾SEBSG1651、日本旭化成SEBSN504、台湾李长荣SEBS9551、台湾台橡SEBS6151、岳阳石化SEBSYH-503、岳阳石化SEBSYH-503T中的至少一种。

矿物油作为塑料水管材料的主要成分之一，可以提高苯乙烯类热塑性弹性体材料的流动性，进而可提高苯乙烯类热塑性弹性体与其他物质的混合均匀性。在一实施例中，矿物油为粘度高于40mm²/s(40℃)且闪点高于200℃的石蜡基油和环烷基油中的至少一种。具体地，矿物油为克拉玛依KN4010、克拉玛依KNH4006、克拉玛依KN4006、克拉玛依250SN、克拉玛依500SN。

聚烯烃是烯烃的聚合物，其可以为由乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α-烯烃以及某些环烯烃单独聚合或共聚合而得到的一类热塑性树脂的总称。在一实施例中，聚烯烃为聚丙烯和聚乙烯中的至少一种。聚烯烃可以提高产品的耐腐蚀、耐水性能、耐磨性能、拉伸强度，同时还可以降低成本和改善加工性能。

在一实施例中，聚丙烯的熔融指数（MeltFlowRate，MFR，MI，MVR）小于20g/10min(230℃/2.16kg)。聚丙烯可为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的至少一种。共聚聚丙烯可以为非透明级聚丙烯或透明级聚丙烯。具体地，聚丙烯为中国石化PPH-T03、泰国宝麟PP1100NK、台湾李长荣PP7533、台湾台塑PP5090T和埃克森美孚PP7373中的至少一种。

在一实施例中，聚乙烯的熔融指数小于10g/10min(190℃/2.16kg)。具体地，聚乙烯为中国石化LLDPEDFDA7042、北欧化工FB2230、陶氏DGDK-3364NT和日本三井EvolueSP3010中的至少一种。

熔融指数的大小可以反映两个具有相同（相似）结构的聚合物分子量的相对大小，而分子量的大小对产品的加工性能有很大影响，分子量偏小则熔融指数偏高，有利于注塑产品的加工，但挤出非常不稳定，容易导致水管厚薄不均，从而缩短水管的使用寿命，对挤出产品不利。在上述聚丙烯和聚乙烯的熔融指数范围内，有利于挤出产品的加工，产品挤出的时候很稳定，这就保证了水管的使用寿命。

聚烯烃热塑性弹性体为一类由橡胶和聚烯烃树脂组成的呈两相分离的聚合物混合物。聚烯烃热塑性弹性体具有较窄相对分子质量分布和均匀的短支链分布，聚烯烃热塑性弹性体的各项性能非常优异，具有耐老化、耐臭氧、耐化学介质等优异性能，可以改善塑料水管材料的耐低温性能，提高塑料水管材料的撕裂强度、拉伸强度和断裂延伸率，提高塑料水管材料的抗曲挠性和抗刺穿性。

由于分子量的大小对产品的加工性能有很大影响。聚烯烃热塑性弹性体的分子量大则熔融指数偏小。在一实施例中，聚烯烃热塑性弹性体的熔融指数小于15g/10min(190℃/2.16kg)。在该熔融指数范围内，有利于提高产品的挤出稳定性。

聚烯烃热塑性弹性体的密度与冷却时间相关。适当的密度可以减少冷却时间。在一实施例中，聚烯烃热塑性弹性体的密度大于0.87g/cm³。在该密度范围内，乙烯等结晶度低的单体含量偏多，从而降低挤出水管的冷却时间，避免因冷却不够导致水管缺陷的产生，进而可延长水管的使用寿命。

具体地，聚烯烃热塑性弹性体为陶氏VersifyPOE3000、埃克森美孚VistamaxxPOE3980、埃克森美孚VistamaxxPOE6202、埃克森美孚VistamaxxPOE6102、陶氏EngagePOE8003、陶氏EngagePOE8150、陶氏Affinity1880G和1881G、三井POEDF810、三井EPDM3072EM或陶氏EPDM3722P。

润滑剂的主要作用是可降低塑料水管材料的表面的摩擦损伤。在一实施例中，润滑剂为硅酮粉、硅酮母粒、芥酸酰胺中的至少一种。具体地，润滑剂为道康宁公司的MB50-001、Ciba公司的Atmer1753。

抗氧剂可以防止加工过程中各聚合物产生热氧化降解，防止塑料水管材料氧化质变，延缓成品使用过程中的氧化老化。具体地，抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯（抗氧剂168）、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯（抗氧剂1076）和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）中的至少一种。

上述塑料水管材料以苯乙烯类热塑性弹性体为基材，与聚烯烃热塑性弹性体及其他原料充分混合获得塑料水管材料，苯乙烯类热塑性弹性体具有良好的耐候性、耐热性、耐压缩变形性；聚烯烃热塑性弹性体具有较窄相对分子质量分布和均匀的短支链分布，与其他物料混合，产品的可塑性较好且挤出稳定好，可以提高塑料水管材料的撕裂强度、拉伸强度和断裂延伸率，降低水管材料的硬度，从而上述塑料水管材料具有优异的伸缩性能。此外，该塑料水管材料还具有低密度、环保、表面爽滑、手感柔软、产品设计灵活、耐寒性能优异，具有优异的伸缩性能，从而可以减少存放空间，使用寿命长，降低成本。

同时，上述塑料水管材料不含有毒助剂和游离的邻苯二甲酸盐，能够满足不同国家制定的对产品重金属限制的要求。

请参阅图1，一实施方式的塑料水管材料制备方法，包括步骤：

S110、将45～60重量份的矿物油加入到30～60重量份的苯乙烯类热塑性弹性体中并搅拌30分钟～60分钟后得到混合物，将所述混合物在常温下放置2～4天。

上述搅拌的装置可以为卧式搅拌机，矿物油的加入方式可以采用喷淋的方式，使苯乙烯类热塑性弹性体充油更均匀。

S120、将5～15重量份的聚烯烃、5～15重量份的聚烯烃热塑性弹性体、0.1～5重量份的润滑剂和0.1～0.5重量份的抗氧剂和所述混合物混合并搅拌10分钟～20分钟，得到预混料。

具体地，在混合上述原材料前，需要对上述原材料进行检验，以保证所用原材料均合格。

S130、将预混料置于双螺杆挤出机中，进行挤出、造粒、干燥、均化处理后得到塑料水管材料。

具体地，按照表1给出的参数设置对应机台参数，待双螺杆挤出机温度稳定后就可以开始挤出造粒。双螺杆挤出机的筛网每隔一段固定时间更换一次，温度每隔一段固定时间记录一次，并填写更换筛网及温度记录。其中以下高低温度范围的界定方法为：当温度低于一定值，其材料的塑化性能变差，从而导致生产效率降低，而且可直接导致水管的使用寿命变差，该临界温度为低温；高于一定温度时，容易导致材料在生产的过程中发生降解，从而也会导致水管的使用寿命变差，该临界温度为高温。

原材料中的水分及加工过程中产生的水分直接影响塑料水管材料的稳定性以及后期使用寿命的长短。所以必须尽量降低原材料和加工过程中的水分。在制备塑料水管材料的过程中，可以通过脱水机脱水、振动筛网上面的风扇吹干、吸料设备上面的强力风机吹干以及搅拌桶的加温烘干来降低水分。

均化可以保证物料的挤出均匀性能以及延长塑料水管材料的使用寿命。在制备塑料水管材料的过程中，每500kg物料采用搅拌装置进行均化处理。经过均化的物料采用取样啤板测试、挤管操作来检测挤出稳定性以及材料塑化性能。

表1双螺杆挤出机的升温及其他工艺参数

采用上述塑料水管材料制备方法可直接挤出成型，不需高温硫化，挤出过程没有有毒气体分解，不会腐蚀生产设备。生产工艺简单，生产过程中的边角余料以及使用后的废弃物可回收再利用。使得该制备方法投资小、能耗低。由于采用大长径比的双螺杆挤出机，其具有输送效率高、分散混合能力强、自洁性好、物料在机内停留时间分布均匀等优点，从而生产效率较高。

上述塑料水管材料制备方法工艺流程简单，对设备要求低，适合大规模的工业化生产。

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的阐述。

实施例1

将38重量份的岳阳石化SEBSYH503T放入卧式搅拌机内，用喷淋的方式均匀加入51重量份的矿物油克拉玛依500SN，搅拌40分钟，得到混合物，将该混合物包装后常温放置4天。

将89重量份的混合物放入卧式搅拌机中，加入6重量份的埃克森美孚VistamaxxPOE3980、5重量份的泰国宝麟PP1100NK、0.15重量份的Atmer1753、0.1重量份抗氧剂168、0.1重量份抗氧剂1076，搅拌15分钟，得到预混料。

将预混料倒入同向双螺杆挤出机的料斗中，通过同向双螺杆剪切和分散，切粒，过振动筛，吹干，冷却，即得塑料水管材料。

实施例2

将35重量份的日本可乐丽SEEPS4055放入卧式搅拌机内，用喷淋的方式均匀加入53重量份的矿物油KN4010，搅拌50分钟，得到混合物，将该混合物包装后常温放置4天。

将88重量份的混合物放入卧式搅拌机中，加入7重量份的北欧化工FB2230、5重量份的埃克森美孚PP7373、0.2重量份的Atmer1753、0.15重量份抗氧剂168、0.15重量份抗氧剂1076，搅拌14分钟，得到预混料。

将预混料倒入同向双螺杆挤出机的料斗中，通过同向双螺杆剪切和分散，切粒，过振动筛，吹干，冷却，即得塑料水管材料。

实施例3

将40重量份的SEBS台湾台橡6151放入卧式搅拌机内，用喷淋的方式均匀加入48重量份的矿物油克拉玛依250SN，搅拌60分钟，得到混合物，将该混合物包装后常温放置4天。

将88重量份的混合物放入卧式搅拌机中，加入5重量份的埃克森美孚VistamaxxPOE6102、加入7重量份的埃克森美孚PP7533、0.1重量份的Atmer1753、0.2重量份抗氧剂168、0.2重量份抗氧剂1076，搅拌15分钟，得到预混料。

将所述预混料倒入同向双螺杆挤出机的料斗中，通过同向双螺杆剪切和分散，切粒，过振动筛，吹干，冷却，即得塑料水管材料。

实施例4

将44重量份的SEBS美国科腾G1651放入卧式搅拌机内，用喷淋的方式均匀加入46重量份的矿物油克拉玛依KN4006，搅拌55分钟，得到混合物，将该混合物包装后常温放置4天。

将90重量份的混合物放入卧式搅拌机中，加入5重量份的陶氏EngagePOE8003、加入5重量份的台湾台塑PP5090T、2重量份的MB50-001、0.1重量份抗氧剂168、0.1重量份抗氧剂1010，搅拌20分钟，得到预混料。

将所述预混料倒入同向双螺杆挤出机的料斗中，通过同向双螺杆剪切和分散，切粒，过振动筛，吹干，冷却，即得塑料水管材料。

实施例5

将17重量份的SEEPS日本可乐丽4055和17重量份的岳阳石化SEBSYH-503放入卧式搅拌机内，用喷淋的方式均匀加入48重量份的矿物油克拉玛依500SN，搅拌45分钟，得到混合物，将该混合物包装后常温放置4天。

将82重量份的混合物放入卧式搅拌机中，加入5重量份的日本三井EvolueSP3010、5重量份的埃克森美孚PP7373、5重量份的三井POEDF810，3重量份的MB50-001、0.15重量份抗氧剂168、0.15重量份抗氧剂1010，搅拌18分钟，得到预混料。

将所述预混料倒入同向双螺杆挤出机的料斗中，通过同向双螺杆剪切和分散，切粒，过振动筛，吹干，冷却，即得塑料水管材料。

实施例6

将36重量份的台湾李长荣SEBS9551放入卧式搅拌机内，用喷淋的方式均匀加入49重量份的矿物油克拉玛依KNH4006，搅拌42分钟，得到混合物，将该混合物包装后常温放置2天。

将85重量份的混合物放入卧式搅拌机中，加入8重量份的三井EPDM3072EM、7重量份的中国石化PPH-T03、4重量份的MB50-001、0.2重量份抗氧剂168、0.2重量份抗氧剂1010，搅拌20分钟，得到预混料。

将所述预混料倒入同向双螺杆挤出机的料斗中，通过同向双螺杆剪切和分散，切粒，过振动筛，吹干，冷却，即得塑料水管材料。

对比例

TPU水管材料的制备

将100重量份的聚醚（分子量为300）加入聚合釜中，加入50%的二甲苯共沸带水，至无水带出，通入N₂保护，升温至60℃；

在N₂的继续保护下，将46.4重量份的异氰酸酯滴入聚合体系，约2.5小时滴完；用剩余二甲苯洗涤异氰酸酯滴加罐，并加入反应釜，保温2小时，加入3.0重量份的水、0.3重量份的三亚乙基二胺、0.4重量份的三乙胺、0.6重量份的交联剂、1.0重量份的稳定剂，并将温度升至80℃，保温反应；2小时后取样测NCO含量，当NCO含量稳定后，降温、过滤、包装，即得TPU水管材料。

上述实施例和对比例的塑料水管材料的主要性能的测试结果如表2所示。

表2塑料水管材料性能测试结果

由表2可知，上述实施例中塑料水管材料具有优异的力学性能，其硬度较小，比重较小，拉伸强度低，定伸应力小，从而具有较好的伸缩性能。此外，上述塑料水管材料还具有耐低温性能良好，弹性回复好，挤出稳定性优异，使用寿命长的优点，适合于各种对伸缩要求较高的水管的应用。而对比例中TPU水管材料因其硬度高而缺乏手感，因其拉伸强度高而不能自由伸缩，从而不能用作伸缩水管材料。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种塑料水管材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：

其中，所述聚烯烃热塑性弹性体为陶氏VersifyPOE3000、埃克森美孚VistamaxxPOE3980、埃克森美孚VistamaxxPOE6202、埃克森美孚VistamaxxPOE6102、陶氏EngagePOE8003、陶氏EngagePOE8150、陶氏Affinity1880G和1881G、三井POEDF810、三井EPDM3072EM或陶氏EPDM3722P。

2.根据权利要求1所述的塑料水管材料，其特征在于，所述苯乙烯类热塑性弹性体的分子量大于15万。

3.根据权利要求1所述的塑料水管材料，其特征在于，所述苯乙烯类热塑性弹性体为日本可乐丽SEEPS4055、美国科腾SEBSG1651、日本旭化成SEBSN504、台湾李长荣SEBS9551、台湾台橡SEBS6151、岳阳石化SEBSYH-503和岳阳石化SEBSYH-503T中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的塑料水管材料，其特征在于，所述矿物油为粘度高于40mm²/s且闪点高于200℃的石蜡基油和环烷基油中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的塑料水管材料，其特征在于，所述聚烯烃为聚丙烯和聚乙烯中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的塑料水管材料，其特征在于，所述聚丙烯的熔融指数小于20g/10min，所述聚乙烯的熔融指数小于10g/10min。

7.根据权利要求1所述的塑料水管材料，其特征在于，所述聚烯烃热塑性弹性体的熔融指数小于15g/10min，所述聚烯烃热塑性弹性体的密度大于0.87g/cm³。

8.根据权利要求1所述的塑料水管材料，其特征在于，所述润滑剂为硅酮粉、硅酮母粒和芥酸酰胺中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的塑料水管材料，其特征在于，所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的至少一种。

10.一种塑料水管材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将45～60重量份的矿物油加入到30～60重量份的苯乙烯类热塑性弹性体中并搅拌30分钟～60分钟后得到混合物，将所述混合物在常温下放置2～4天；

将5～15重量份的聚烯烃、5～15重量份的聚烯烃热塑性弹性体、0.1～5重量份的润滑剂和0.1～0.5重量份的抗氧剂和所述混合物混合并搅拌10分钟～20分钟，得到预混料；及

将所述预混料置于双螺杆挤出机中，进行挤出、造粒、干燥、均化后得到塑料水管材料；

其中，所述聚烯烃热塑性弹性体为陶氏VersifyPOE3000、埃克森美孚VistamaxxPOE3980、埃克森美孚VistamaxxPOE6202、埃克森美孚VistamaxxPOE6102、陶氏EngagePOE8003、陶氏EngagePOE8150、陶氏Affinity1880G和1881G、三井POEDF810、三井EPDM3072EM或陶氏EPDM3722P。