CN104804306A - 一种高耐环境应力开裂性能ppr给水管材及其制备方法 - Google Patents

一种高耐环境应力开裂性能ppr给水管材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，所述PPR给水管材按重量份数由以下原料组成：嵌段共聚聚丙烯PPB 15～20份；无规共聚PPR 65～75份；低顺式聚丁二烯橡胶6～10份；聚异丁烯6～10份；石蜡油2～4份；引发剂0.3～0.5份；抗氧剂0.3～0.5份；本发明还提供了上述PPR给水管材在制备PPR给水管中的应用，由本发明提供的PPR给水管材制备得到的PPR给水管具有优良的耐环境应力开裂性、耐寒性和低温韧性，可以在超低温的环境中使用，从而扩大了PPR管的使用范围。

Description

一种高耐环境应力开裂性能PPR给水管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料管材技术领域，具体涉及一种高耐环境应力开裂性能PPR给水管材。
背景技术
由无规共聚聚丙烯（PPR）专用料经挤出成型的PPR管由于具有较好的抗冲击性、耐温性、抗蠕变性能及良好的热熔焊接性能，因此可作为环保型的输水管道，广泛应用于建筑冷热水、纯净水供应以及供暖和一般工业流体管道。但是由于PP基料自身结构的原因，在低温情况下，由PP基料制备得到的管存在质脆易裂等缺陷，且耐环境应力开裂性能较差，冲击强度低等因素，这严重制约了PPR管在北方的发展，因此，寻求一种耐超低温的高耐环境应力开裂性能的PPR给水管仍是亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，由该PPR给水管材制备得到的PPR给水管具有优良的耐环境应力开裂性、耐寒性和低温韧性，可以在超低温的环境中使用，从而扩大了PPR管的使用范围。
本发明的另一目的在于提供上述高耐环境应力开裂性能PPR给水管材的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术手段：
一种高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，所述PPR给水管材按重量份数由以下原料组成：
嵌段共聚聚丙烯PPB             15～20份；
无规共聚PPR                   65～75份；
低顺式聚丁二烯橡胶             6～10份；
聚异丁烯                       6～10份；
石蜡油                         2～4份；
引发剂                         0.3～0.5份；
抗氧剂                         0.3～0.5份。
发明人发现，低顺式聚丁二烯橡胶有利于聚合过程中橡胶与聚丙烯的接枝，增强低顺式聚丁二烯橡胶与基材间的黏结强度，使橡胶粒子不易与基材产生脱离，从而表现为更好的抗拉强度和耐环境应力开裂性能；聚异丁烯可以和低顺式丁二烯橡胶共混，进一步改善高分子材料的性能；石蜡油具有黏度适宜、倾点低的特点，当填充到聚丙烯中能够很好地增强材料的物性和耐寒性，而且石蜡油芳烃含量低，提高了材料的抗氧化降解性能，有利于延长材料制品的使用寿命；本发明将三者结合起来，有效地改善了由本发明的管材制备得到的管的耐环境应力开裂性、耐寒性和低温韧性，所得PPR管可以在-30℃～-10℃的超低温的环境中使用，扩大了PPR管的使用范围。
上述高耐环境应力开裂性能PPR给水管的制备方法，具体包括如下步骤：
S1：按如上述的配方称取各原料；
S2：在聚合釜中加入步骤S1中所称取的低顺式聚丁二烯橡胶、聚异丁烯及抗氧剂进行溶解，再加入嵌段共聚聚丙烯PPB、无规共聚PPR、石蜡油和引发剂，于100～170℃范围内逐级升温进行聚合；
S3：聚合反应完成后，将步骤S2中的物料投入脱挥器中，在220℃真空条件下进行溶剂和未反应单体的脱除，脱除后冷却、粉碎造粒；
S4：将步骤S3中所得粒料投入单螺杆挤出机经熔融、模口挤出、冷却、拉伸、喷码、切割后即得高耐环境应力开裂性能PPR给水管。
优选地，所述低顺式聚丁二烯橡胶的乙烯基含量为35%～45%，进一步优选地，所述低顺式聚丁二烯橡胶的粒径≥2.2μm。发明人在实验过程中发现，如果采用普通橡胶而并非本发明所使用的低顺式聚丁二烯橡胶时，那么当材料在受到应力时，作为应力集中点的普通橡胶颗粒可能会与基体产生脱离，形成空洞；而空洞的形成会使管材材料的密度下降，甚至在材料表面产生缺陷，这就使由该管材制备得到的管所接触的液体更易于渗透到基体内部，从而带来不良影响；与普通橡胶相比，低顺式丁二烯橡胶乙烯基含量高，凝胶含量低，这更利于聚合过程中橡胶与聚丙烯的接枝，从而增强了低顺式聚丁二烯橡胶与基体间的黏结强度，使得材料在低于屈服点的应力作用时，作为分散相的橡胶粒子不易与基体产生脱离，从而表现为更好的抗拉强度和耐环境应力开裂性能。
优选地，所述聚异丁烯的分子量为1.5×105 ～2.0×105 ，高分子量聚异丁烯可填充更多填料；和低顺式丁二烯橡胶共混效果好，并改善高分子材料的性能，提高拉伸强度和耐环境应力开裂性能。
    优选地，所述无规共聚PPR的分子量为大于7.2×105，选用高分子量的无规共聚PPR有利于减少加工过程中的分子取向，提高管材的强度和韧性；所述嵌段共聚聚丙烯PPB的熔体流动速率为1.0～1.8g/10min，熔体流动速率越低，越有利于提高产品的抗冲击性能，缺口冲击强度能达到PPR的5倍以上，切韧性和强度都比较高，加入PPB，可以显著提高产品的冲击强度。
优选地，所述低顺式聚丁二烯橡胶的商品牌号为EPS30R。
优选地，所述聚异丁烯的商品牌号为韩国大林PB2400。
优选地，所述无规共聚PPR的商品牌号为RP2400，所述嵌段共聚聚丙烯PPB的商品牌号为EPS30R。
优选地，所述引发剂为过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯，所述抗氧剂为1076；本发明选用抗氧剂可以防止聚丙烯在高温加工和长期使用过程中由于氧的作用而引发的降解、龟裂等，在聚丙烯中加入抗氧剂，以捕捉聚丙烯因受热作用而产生的自由基，以此来阻止聚丙烯分子链断裂，避免材料表面出现裂纹和产生开裂现象，从而提高聚丙烯的耐环境应力开裂性能。
上述高耐环境应力开裂性能PPR给水管材在制备高耐环境应力开裂性能PPR给水管中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明将低顺式聚丁二烯橡胶、聚异丁烯和石蜡油三者结合起来，并选用嵌段共聚聚丙烯PPB和无规共聚PPR为基材，由本发明的PPR给水管材有效地改善了PPR管的耐环境应力开裂性、耐寒性和低温韧性，所得PPR管可以在-30℃～-10℃的超低温的环境中使用，扩大了PPR管的使用范围。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述。这些实施例仅是对本发明的典型描述，但本发明不限于此。下述实施例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法，所使用的原料，试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。
实施例1
一种高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，所述PPR给水管材按重量份数由以下原料组成：
嵌段共聚聚丙烯PPB             15份；
无规共聚PPR                   65份；
低顺式聚丁二烯橡胶             6份；
聚异丁烯                       6份；
石蜡油                         2份；
过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯    0.3份；
抗氧剂                         0.3份。
上述高耐环境应力开裂性能PPR给水管的制备方法，具体包括如下步骤：
S1：按如上述的配方称取各原料；
S2：在聚合釜中加入步骤S1中所称取的低顺式聚丁二烯橡胶、聚异丁烯及抗氧剂进行溶解，再加入嵌段共聚聚丙烯PPB、无规共聚PPR、石蜡油和引发剂，于100℃范围内逐级升温进行聚合；
S3：聚合反应完成后，将步骤S2中的物料投入脱挥器中，在220℃真空条件下进行溶剂和未反应单体的脱除，脱除后冷却、粉碎造粒；
S4：将步骤S3中所得粒料投入单螺杆挤出机经熔融、模口挤出、冷却、拉伸、喷码、切割后即得高耐环境应力开裂性能PPR给水管。
实施例2
一种高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，所述PPR给水管材按重量份数由以下原料组成：
嵌段共聚聚丙烯PPB             18份；
无规共聚PPR                   68份；
低顺式聚丁二烯橡胶             7份；
聚异丁烯                       7份；
石蜡油                         3份；
过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯     0.4份；
抗氧剂                         0.4份。
本实施例的制备方法同实施例1。
实施例3
一种高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，所述PPR给水管材按重量份数由以下原料组成：
       嵌段共聚聚丙烯PPB             19份；
       无规共聚PPR                   70份；
       低顺式聚丁二烯橡胶             9份；
       聚异丁烯                       9份；
       石蜡油                         3份；
       过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯    0.4份；
       抗氧剂                         0.4份。
本实施例的制备方法同实施例1。
实施例4
一种高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，所述PPR给水管材按重量份数由以下原料组成：
    嵌段共聚聚丙烯PPB             20份；
    无规共聚PPR                   75份；
    低顺式聚丁二烯橡胶             10份；
    聚异丁烯                       10份；
    石蜡油                         4份；
    过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯    0.5份；
    抗氧剂                         0.5份。
本实施例的制备方法同实施例1。
对照例1
一种高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，所述PPR给水管材按重量份数由以下原料组成：
嵌段共聚聚丙烯PPB             15份；
无规共聚PPR                   65份；
    高顺式聚丁二烯橡胶             6份；
聚异丁烯                       6份；
石蜡油                         2份；
过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯    0.3份；
抗氧剂                         0.3份。
本对照例的制备方法同实施例1。
对照例2
一种高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，所述PPR给水管材按重量份数由以下原料组成：
嵌段共聚聚丙烯PPB             15份；
无规共聚PPR                   65份；
低顺式聚丁二烯橡胶             6份；
石蜡油                         2份；
过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯    0.3份；
抗氧剂                         0.3份。
本对照例的制备方法同实施例1。
对照例3
一种高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，所述PPR给水管材按重量份数由以下原料组成：
嵌段共聚聚丙烯PPB             15份；
无规共聚PPR                   65份；
低顺式聚丁二烯橡胶             6份；
聚异丁烯                       6份；
过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯    0.3份；
抗氧剂                         0.3份。
本对照例的制备方法同实施例1。
将本发明实施例1～4与对照例1～3中制备得到的高耐环境应力开裂性能PPR给水管进行性能测试，测试方法如下：
耐环境应力开裂性能参看标准ISO4599：两组试样固定在有一定曲率半径的不锈钢弯曲夹具上，将其中一组试样转移至含有环戊烷蒸汽环境中，保持1 小时。另外一组试样放在实验室的标准环境中，保持1 小时。两组试样分别测试断裂伸长率，通过计算前后样品数据之比来表征材料的耐环境应力开裂能力。用环戊烷蒸汽环境中的试样测试的断裂伸长率除以实验室的标准环境中的试样测试的断裂伸长率数据。例如：纯PPR料管材制得两组试样，一组在含有环戊烷蒸汽环境中，保持1 小时后，测试其断裂伸长率为300%；放在实验室的标准环境中保持1 小时试样的断裂伸长率为500%,其耐环境应力开裂性能为：300/500*100%=60%
拉伸强度的测试方法可参考GB1040；
弯曲弹性模量的测试方法可参考GB/T9341；
Izod缺口冲击强度的测试方法可参考 GB/T1843。
实施例1～4与对照例1～3的性能测试结果如下表：
表1
。

Claims (10)

1.一种高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，其特征在于，所述PPR给水管材按重量份数由以下原料组成：
嵌段共聚聚丙烯PPB             15～20份；
无规共聚PPR                   65～75份；
低顺式聚丁二烯橡胶             6～10份；
聚异丁烯                       6～10份；
石蜡油                         2～4份；
引发剂                         0.3～0.5份；
抗氧剂                         0.3～0.5份。
2.根据权利要求1所述的高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，其特征在于，所述低顺式聚丁二烯橡胶的乙烯基含量为35%～45%。
3.根据权利要求1或2所述的高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，其特征在于，所述低顺式聚丁二烯橡胶的粒径≥2.2μm。
4.根据权利要求1所述的高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，其特征在于，所述聚异丁烯的分子量为1.5×105 ～2.0×105 。
5.根据权利要求1所述的高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，其特征在于，所述无规共聚PPR的分子量为大于7.2×105 ，所述嵌段共聚聚丙烯PPB的熔体流动速率为1.0～1.8g/10min。
6.根据权利要求2所述的高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，其特征在于，所述低顺式聚丁二烯橡胶的商品牌号为EPS30R。
7.根据权利要求4所述的高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，其特征在于，所述聚异丁烯的商品牌号为韩国大林PB2400。
8.根据权利要求5所述的高耐环境应力开裂性能PPR给水管材，其特征在于，所述无规共聚PPR的商品牌号为RP2400，所述嵌段共聚聚丙烯PPB的商品牌号为EPS30R。
9.权利要求1至8任一项所述的高耐环境应力开裂性能PPR给水管材在制备高耐环境应力开裂性能PPR给水管中的应用。
10.权利要求9所述的高耐环境应力开裂性能PPR给水管的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1：按权利要求1的配方称取各原料；
S2：在聚合釜中加入步骤S1中所称取的低顺式聚丁二烯橡胶、聚异丁烯及抗氧剂进行溶解，再加入嵌段共聚聚丙烯PPB、无规共聚PPR、石蜡油和引发剂，于100～170℃范围内逐级升温进行聚合；
S3：聚合反应完成后，将步骤S2中的产物投入脱挥器中，在220℃真空条件下进行溶剂和未反应单体的脱除，脱除后冷却、粉碎造粒；
S4：将步骤S3中所得粒料投入单螺杆挤出机经熔融、模口挤出、冷却、拉伸、喷码、切割后即得高耐环境应力开裂性能PPR给水管。
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