CN104151688A - 改性聚乙烯管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于排污管材领域，具体涉及改性聚乙烯管材及其制备方法。本发明要解决的技术问题是聚乙烯加工的双壁管材环刚度差，韧性不足，浪费资源，增加碳排放。本发明解决上述技术问题的方案是提供一种改性聚乙烯管材，以重量计其组分包括：聚乙烯树脂100份，氯化聚乙烯5～50份，氯化聚氯乙烯5～50份，氯化聚丙烯1～30份，纳米材料1～50份，色母料0.1～3份，加工助剂1～20份，硬脂酸钙0.1～5份，润滑剂0.1～1份，光稳定剂0.5～5份，抗氧化剂0.5～5份，增容剂1～15份，无铅稳定剂0.5～8份，抗开裂树脂1～15份。本发明还提供了上述改性聚乙烯管材的制备方法，本发明提供的改性聚乙烯管材，环刚度得到了很大的提高，且韧性好、耐老化。

Description

改性聚乙烯管材及其制备方法
技术领域
本发明属于排污管材领域，具体涉及改性聚乙烯管材及其制备方法。
技术背景
随着我国城市化建设的不断推进，新农村建设，年久失修的城市排污工程改造，廉租房建设，对排污管材的需求随之扩大，并对波纹管的性能要求也随之提高，尤其是抗冲击强度。
聚乙烯的弯曲弹性模量为600～1000MPa，聚乙烯加工的双壁波纹管材存在环刚度差的缺陷，需要靠增加厚度来提高环刚度，使得产品重量明显增加，既浪费了大量资源，又增加了碳排放，不利于人们的身体健康。
目前，急需研制出一种环刚度好、韧性好、耐老化、性价比高的改性聚乙烯环保排污波纹管材，既可以满足一般排水、排污等工程，也可以用于底压介质的输送。
发明内容
本发明要解决的技术问题是聚乙烯加工的双壁管材环刚度差，韧性不足，浪费资源，增加碳排放。
本发明解决上述技术问题的方案是提供一种改性聚乙烯管材。
上述的改性聚乙烯管材，以重量计其组分包括：聚乙烯树脂100份，氯化聚乙烯5～50份，氯化聚氯乙烯5～50份，氯化聚丙烯1～30份，纳米材料1～50份，色母料0.1～3份，加工助剂1～20份，硬脂酸钙0.1～5份，润滑剂0.1～1份，光稳定剂0.5～5份，抗氧化剂0.5～5份，增容剂1～15份，无铅稳定剂0.5～8份，抗开裂树脂1～15份。
作为本发明的优选方案，上述的改性聚乙烯管材，以重量计由以下组分组成：聚乙烯树脂100份，氯化聚乙烯5～50份，氯化聚氯乙烯5～50份，氯化聚丙烯1～30份，纳米材料1～50份，色母料0.1～3份，加工助剂1～20份，硬脂酸钙0.1～5份，润滑剂0.1～1份，光稳定剂0.5～5份，抗氧化剂0.5～5份，增容剂1～15份，无铅稳定剂0.5～8份，抗开裂树脂1～15份，偶联剂0～5份。
上述的改性聚乙烯波纹管材中，所述聚乙烯树脂的密度为0.930～0.965g/cm3，熔融指数(190℃/5.0kg)≤0.5g/10min，拉伸强度20～26MPa，断裂伸长率为350～450％，氧化诱导时间(200℃)30～60min。
上述的改性聚乙烯管材中，所述的纳米材料为经过活化处理的硅灰石、碳酸钙、滑石粉、硫酸钡、钛白粉、晶须或云母中的至少一种。
上述的改性聚乙烯管材中，所述的色母料为具有以聚乙烯或者聚丙烯为载体树脂的色母粒。优选的，所述的色母料为黄色色母料、黑色色母料、白色色母料、蓝色色母料、紫色色母料中的至少一种。
上述的改性聚乙烯管材中，所述的加工助剂为丙稀酸树脂或乙烯-丙烯共聚物中的至少一种。
所述的润滑剂为硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、硅油、白油或硬脂酸酰胺中的至少一种。
上述的改性聚乙烯管材中，所述的光稳定剂为二苯甲酮、苯钾酸酯、苯丙三唑、水杨酸酯、二硫代氨基甲酸镍盐、硫代双酚、磷酸单酯镍、受阻胺、氧化锌或氧化铁中的至少一种。
上述的改性聚乙烯管材中，所述抗氧化剂为亚磷酸抗氧剂、硫酸抗氧剂或酚类抗氧剂中的至少一种。
上述的改性聚乙烯管材中，所述的增容剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯辐射接枝物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、乙烯-丙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝物、聚丙烯-已内酯接枝共聚物、聚丙烯-苯乙烯接枝共聚物、马来酸酐接枝共聚物、大分子硅烷偶联剂、大分子铝钛偶联剂、大分子钛酸酯偶联剂、聚丙烯-甲基丙烯酸酯接枝共聚物、聚丙烯-丙烯腈接枝共聚物、氯甲基苯乙烯接枝共聚物、丙烯酸环氧酯接枝共聚物或顺丁烯二酸酐接枝共聚物中的至少一种。
上述的改性聚乙烯管材中，所述的无铅类稳定剂为钙锌稳定剂、有机锡稳定剂或稀土稳定剂中的任意一种。
上述的改性聚乙烯管材中，所述抗开裂树脂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-己烯共聚物或乙烯-丁烯共聚物中的至少一种。
上述的改性聚乙烯管材中，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、铝钛复合偶联剂、硅烷偶联剂中的至少一种。
本发明还提供了上述改性聚乙烯管材的制备方法，包括以下步骤：
a、将聚乙烯树脂、总份数50％的氯化聚乙烯、氯化聚丙烯、总份数50％的偶联剂、总份数50％的增容剂、色母料、光稳定剂、抗氧剂、抗开裂树脂按重量份称量后，在60～100℃捏合5～20分钟，冷却到30～43℃，得到备用料A；
b、将氯化聚氯乙烯、无铅稳定剂、润滑剂、硬脂酸钙、剩余的氯化聚乙烯、加工助剂、剩余的增容剂、纳米材料、剩余的偶联剂，在110～135℃搅拌15～30分钟，然后冷却到35～43℃，造粒后得到备用料B；
c、将备用料A和备用料B共混5～10分钟，温度达到30～60℃后，再冷却到30～38℃，挤出得到改性聚乙烯管材。
其中，上述改性聚乙烯管材的制备方法中，步骤b所述造粒的工艺参数如下：
机筒温度1区160～165℃，2区155～180℃，3区170℃～195，4区175～185℃，模具1区160～185℃，口模150～190℃；
主机螺杆转速10～50转/min，主机电流30～80A，切刀速度20～100转/min，粒径长度与直径3～6mm。
其中，上述改性聚乙烯管材的制备方法中，步骤c所述的挤出是采用同一模具两层共挤为一体的方法。
其中，上述改性聚乙烯管材的制备方法中，步骤c所述挤出的工艺参数如下：
内壁机与外壁机机筒温度：1区150～165℃，2区165～175℃，3区175～180℃，4区175～182℃，5区178～185℃，6～8区180～185℃；
模具1～2区170～180℃，3～4区185～200℃，5～6区185～220℃，口模温度1区165～235℃，2区175～195℃；
外壁机主机转速30～60转/min，电流40～120A，内壁机主机转速20～50转/min，电流40～80A，牵引速度0.1～5米/min。
本发明提供的改性聚乙烯管材，具有良好的刚性，耐蠕变性能好，能长久保持刚性，大大提高了抵抗地基沉降的能力，即使将管材压扁，也不会出现开裂，抗冲击性能良好。同时还具有超强的耐化学腐蚀性，可耐受pH2～pH12的液体排放。本发明提供的改性聚乙烯管材还有优异的抗光氧化性，抗光氧老化能力比现有的PE、PVC波纹管提高了20～30％。本发明采用了无铅稳定剂，不污染环境、水源，具有良好的环保性能。本发明提供的改性聚乙烯管材正常使用可达50年以上，且无需日常维护。
具体实施方式
改性聚乙烯管材，以重量计由以下组分组成：聚乙烯树脂100份，氯化聚乙烯5～50份，氯化聚氯乙烯5～50份，氯化聚丙烯1～30份，纳米材料1～50份，色母料0.1～3份，加工助剂1～20份，硬脂酸钙0.1～5份，润滑剂0.1～1份，光稳定剂0.5～5份，抗氧化剂0.5～5份，增容剂1～15份，无铅稳定剂0.5～8份，抗开裂树脂1～15份，偶联剂0～5份。
上述改性聚乙烯管材的制备方法，包括以下步骤：
a、将聚乙烯树脂、总份数50％的氯化聚乙烯、氯化聚丙烯、总份数50％的偶联剂、总份数50％的增容剂、色母料、光稳定剂、抗氧剂、抗开裂树脂按重量份称量后，在60～100℃捏合5～20分钟，冷却到30～43℃，得到备用料A；
b、将氯化聚氯乙烯、无铅稳定剂、润滑剂、硬脂酸钙、剩余的氯化聚乙烯、加工助剂、剩余的增容剂、纳米材料、剩余的偶联剂，在110～135℃搅拌15～30分钟，然后冷却到35～43℃，造粒后得到备用料B；
c、将备用料A和备用料B共混5～10分钟，温度达到30～60℃后，再冷却到30～38℃，挤出得到改性聚乙烯管材。
其中，上述改性聚乙烯管材的制备方法中，步骤b所述造粒的工艺参数如下：
机筒温度1区160～165℃，2区155～180℃，3区170℃～195，4区175～185℃，模具1区160～185℃，口模150～190℃；
主机螺杆转速10～50转/min，主机电流30～80A，切刀速度20～100转/min，粒径长度与直径3～6mm。
其中，上述改性聚乙烯管材的制备方法中，步骤c所述的挤出是采用同一模具两层共挤为一体的方法。
其中，上述改性聚乙烯管材的制备方法中，步骤c所述挤出的工艺参数如下：
内壁机与外壁机机筒温度：1区150～165℃，2区165～175℃，3区175～180℃，4区175～182℃，5区178～185℃，6～8区180～185℃；
模具1～2区170～180℃，3～4区185～200℃，5～6区185～220℃，口模温度1区165～235℃，2区175～195℃；
外壁机主机转速30～60转/min，电流40～120A，内壁机主机转速20～50转/min，电流40～80A，牵引速度0.1～5米/min。
实施例1
采用下列重量配比的改性聚乙烯管材：
聚乙烯树脂100份，氯化聚乙烯50份，氯化聚氯乙烯20份，氯化聚丙烯10份，乙烯-丙烯共聚物5份，活化纳米碳酸钙20份，白色母料0.5份，钙锌稳定剂4份，受阻胺光稳定剂2份，马来酸酐接枝共聚物1份，酚类抗氧剂1076为2份，钛酸酯偶联剂2份，硬脂酸钙0.5份，聚乙烯蜡0.1份，乙烯-辛烯共聚物3份。
采用如下的制备方法：
a、将聚乙烯树脂、氯化聚乙烯(总份数的50％)、氯化聚丙烯、钛酸酯偶联剂(总份数的50％)、马来酸酐接枝共聚物(总份数的50％)、白色母料、抗氧剂1076、受阻胺光稳定剂、乙烯-丙烯共聚物，乙烯-辛烯共聚物按重量份称量后，加入到搅拌机中，设定捏合温度80℃，捏合6分钟，冷却到35℃装袋作为备用料A。
b、将氯化聚氯乙烯、无铅稳定剂、润滑剂、硬脂酸钙、氯化聚乙烯(上工序剩余的50％)、马来酸酐接枝共聚物(上工序剩余的50％)，活性纳米碳酸钙、钛酸酯偶联剂(上工序剩余的50％)，高温搅拌18分钟，温度达到125℃，然后冷却到40℃，装袋造粒后得到备用料B；
造粒挤出机工艺参数如下：机筒温度1区162℃、2区170℃、3区185、4区185℃、模具1区185℃、口190℃；主机螺杆转速20转/min,主机电流45A，切刀速度30转/min，粒径长度与直径5mm。
c、将备用料A与备用料B一起共混10分钟，温度达到60℃后，再冷却到38℃装袋，通过同一模具两层共挤出的方法共挤为一体，获得改性聚乙烯管材；
挤出的工艺参数如下：内壁机与外壁机机筒温度：1区165℃，2区175℃,3区180℃,4区180℃,5区178℃，6～8区185℃；模具1～2区180℃,3～4区195℃,5～6区210℃，口模温度1区205℃,2区195℃；外壁机主机转速38转/min,电流110A，内壁机主机转速20转/min,电流50A，牵引速度0.8米/min。
实施例2
采用下列重量配比的改性聚乙烯管材：
聚乙烯树脂100份，氯化聚乙烯30份，氯化聚氯乙烯25份，氯化聚丙烯15份，活性纳米云母20份，黑色色母料0.5份，有机锡稳定剂2份，二苯甲酮光稳定剂2份，丙烯酸树脂5份，丙烯晴-丁二烯-苯乙烯接枝物5份，乙烯-醋酸乙烯共聚物5份，亚磷酸酯类抗氧剂168为2份，硅烷偶联剂2份，硬脂酸钙0.5份，聚乙烯蜡0.1份，石蜡0.1份，乙烯-己烯共聚物3份。
制备方法与工艺参数同实施例1。
实施例3
由实施例1、2制备的dn315mm S2等级的改性聚乙烯管材的性能测试如表1：
表1 改性聚乙烯管材的性能测试
本发明提供的改性聚乙烯管材，环刚度得到了很大的提高，且韧性好、耐老化，大大提高了使用寿命。

Claims (10)

1.改性聚乙烯管材，以重量计其组分包括：聚乙烯树脂100份，氯化聚乙烯5～50份，氯化聚氯乙烯5～50份，氯化聚丙烯1～30份，纳米材料1～50份，色母料0.1～3份，加工助剂1～20份，硬脂酸钙0.1～5份，润滑剂0.1～1份，光稳定剂0.5～5份，抗氧化剂0.5～5份，增容剂1～15份，无铅稳定剂0.5～8份，抗开裂树脂1～15份。
2.根据权利要求1所述的改性聚乙烯管材，其特征在于：以重量计由以下组分组成：聚乙烯树脂100份，氯化聚乙烯5～50份，氯化聚氯乙烯5～50份，氯化聚丙烯1～30份，纳米材料1～50份，色母料0.1～3份，加工助剂1～20份，硬脂酸钙0.1～5份，润滑剂0.1～1份，光稳定剂0.5～5份，抗氧化剂0.5～5份，增容剂1～15份，无铅稳定剂0.5～8份，抗开裂树脂1～15份，偶联剂0～5份。
3.根据权利要求1所述的改性聚乙烯管材，其特征在于：所述聚乙烯树脂的密度为0.930～0.965g/cm3，190℃/5.0kg时的熔融指数≤0.5g/10min,拉伸强度为20～26MPa，断裂伸长率为350～450％，200℃时的氧化诱导时间为30～60min。
4.根据权利要求1所述的改性聚乙烯管材，其特征在于：所述的纳米材料为经过活化处理的硅灰石、碳酸钙、滑石粉、硫酸钡、钛白粉、晶须或云母中的至少一种；
所述的色母料为具有以聚乙烯或者聚丙烯为载体树脂的色母粒；优选的，所述的色母料为黄色色母料、黑色色母料、白色色母料、蓝色色母料、紫色色母料中的至少一种；
所述的加工助剂为丙稀酸树脂或乙烯-丙烯共聚物中的至少一种；
所述的润滑剂为硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、硅油、白油或硬脂酸酰胺中的至少一种；
所述的光稳定剂为二苯甲酮、苯钾酸酯、苯丙三唑、水杨酸酯、二硫代氨基甲酸镍盐、硫代双酚、磷酸单酯镍、受阻胺、氧化锌或氧化铁中的至少一种；
所述抗氧化剂为亚磷酸抗氧剂、硫酸抗氧剂或酚类抗氧剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的改性聚乙烯管材，其特征在于：所述的增容剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯辐射接枝物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、乙烯-丙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝物、聚丙烯-已内酯接枝共聚物、聚丙烯-苯乙烯接枝共聚物、马来酸酐接枝共聚物、大分子硅烷偶联剂、大分子铝钛偶联剂、大分子钛酸酯偶联剂、聚丙烯-甲基丙烯酸酯接枝共聚物、聚丙烯-丙烯腈接枝共聚物、氯甲基苯乙烯接枝共聚物、丙烯酸环氧酯接枝共聚物或顺丁烯二酸酐接枝共聚物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的改性聚乙烯管材，其特征在于：所述的无铅类稳定剂为钙锌稳定剂、有机锡稳定剂或稀土稳定剂中的任意一种；
所述抗开裂树脂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-己烯共聚物或乙烯-丁烯共聚物中的至少一种；
所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、铝钛复合偶联剂、硅烷偶联剂中的至少一种。
7.改性聚乙烯管材的制备方法，包括以下步骤：
a、将聚乙烯树脂、总份数50％的氯化聚乙烯、氯化聚丙烯、总份数50％的偶联剂、总份数50％的增容剂、色母料、光稳定剂、抗氧剂、抗开裂树脂按重量份称量后，在60～100℃捏合5～20分钟，冷却到30～43℃，得到备用料A；
b、将氯化聚氯乙烯、无铅稳定剂、润滑剂、硬脂酸钙、剩余的氯化聚乙烯、加工助剂、剩余的增容剂、纳米材料、剩余的偶联剂，在110～135℃搅拌15～30分钟，然后冷却到35～43℃，造粒后得到备用料B；
c、将备用料A和备用料B共混5～10分钟，温度达到30～60℃后，再冷却到30～38℃，挤出得到改性聚乙烯管材。
8.权利要求7所述的改性聚乙烯管材的制备方法，其特征在于：步骤b所述造粒的工艺参数如下：
机筒温度1区160～165℃，2区155～180℃，3区170℃～195，4区175～185℃，模具1区160～185℃，口模150～190℃；
主机螺杆转速10～50转/min，主机电流30～80A，切刀速度20～100转/min，粒径长度与直径3～6mm。
9.权利要求7所述的改性聚乙烯管材的制备方法，其特征在于：步骤c所述的挤出是采用同一模具两层共挤为一体的方法。
10.权利要求7所述的改性聚乙烯管材的制备方法，其特征在于：步骤c所述挤出的工艺参数如下：
内壁机与外壁机机筒温度：1区150～165℃，2区165～175℃，3区175～180℃，4区175～182℃，5区178～185℃，6～8区180～185℃；
模具1～2区170～180℃，3～4区185～200℃，5～6区185～220℃，口模温度1区165～235℃，2区175～195℃；
外壁机主机转速30～60转/min，电流40～120A，内壁机主机转速20～50转/min，电流40～80A，牵引速度0.1～5米/min。
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