CN105017673A - 一种贝壳粉增强的聚氯乙烯管材及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种贝壳粉增强的聚氯乙烯管材及其生产方法，所述管材包括以下重量份数的组分：聚氯乙烯100份；贝壳粉1~20份；抗冲击改性剂3~10份；热稳定剂1~5份；润滑剂2~3份；加工改性剂1~5份。本发明选用淡水珍珠养殖废弃贝壳粉碎制得超细贝壳刚性粒子为填料，充分发挥贝壳粉自身高力学性能和较好界面亲和力（含有机质）的优势，无需对填料进行复杂的表面处理，制备的贝壳粉增强聚氯乙烯双壁波纹管材具有耐高温、耐腐蚀、有较高的抗冲击强度和较高的环刚度等特点，减少生产工序和成本。

Description

一种贝壳粉增强的聚氯乙烯管材及其生产方法

技术领域:

本发明涉及一种聚氯乙烯管材，特别是一种由贝壳粉增强改性的聚氯乙烯管材及其生产方法。

背景技术：

目前，在城市建设用的地下埋置管材多为硬聚氯乙烯材料制备，它具有绝缘、阻燃、力学性能好和耐化学腐蚀等特点。但是，聚氯乙烯存在着热稳定性差，强度和韧性小，路面施工碾压易碎等缺点。为了改善聚氯乙烯的耐冲击性能，常采用橡胶类弹性体对聚氯乙烯进行增韧改性，但弹性体改性在提高复合材料的韧性的同时也降低了材料的强度、硬度及耐热性能。

已有研究表明，刚性无机粒子填充改性聚氯乙烯，能够实现复合材料强度和韧性的同时提高，工业生产中最常用、最便宜的填料就是CaCO₃，但是CaCO₃与与高分子基体缺乏很好的界面亲和力，为了改善CaCO₃与与高分子基体之间的相容性，往往需要用各种偶联剂进行表面改性，增加了生产工序与成本。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种加工性能好，力学性能优良，高耐热性，成本低的聚氯乙烯管材及生产方法。

贝壳本身是一种天然的生物矿化材料，典型的贝壳显微结构由外层（角质层）、中间层（棱柱层）和内层(珍珠层)组成，内层力学性能最佳，它由天然矿物晶片（CaCO₃形成的文石晶片）的硬层和有机质形成的软层成层相间排列而成（类似于砖-泥结构），其强度与韧性远高于组成这种材料的纯文石相，其断裂功是纯文石材料的3000倍(Jackson AP，Vincent JFV，Turner RM．Proceedings of the royal society of London．Series B，1998, 234：415～440；Currey JD． Proceedings of the royal society of London．Series B，1997，196：443～ 463)。将其磨成粉末后，一方面，贝壳粒子可以保持原有较高的力学强度与韧性；同时，有机质成分的存在使得其比普通CaCO₃等其他无机材料与高分子基体具有更好的界面亲和力。因此，近年来将贝壳磨成粉末作为新型高分子填料开始引起人们的兴趣，例如，贝壳粉在聚丙烯树脂改性中比滑石粉更好（李春，辛忠. 中国塑料，2007，21：84～88），在环氧树脂增强、增韧改性中综合效果也优于普通CaCO₃（Sun XD, Zeng MF, Wang Y, Ji GZ, Yao XD, Shen YM, Chen N, Yan FY, Wang BY, Qi CZ. Journal of Applied Polymer Science, 2008, 109: 3932～3937；蒋学文，朱红旗，季根忠，徐金成，齐陈泽. 2007，35：13～16）。

本发明选用贝壳粉替代传统CaCO₃增强改性聚氯乙烯管材。

一种贝壳粉增强的聚氯乙烯管材，包括以下重量份数的组分：

聚氯乙烯 100份；

贝壳粉 1~20 份；

抗冲击改性剂 3~10份；

热稳定剂 1~5 份；

润滑剂 2~3 份；

加工改性剂 1~5 份。

优选的，包括以下重量份数的组分：

聚氯乙烯 100份；

贝壳粉15 份；

抗冲击改性剂 5份；

热稳定剂 3份；

润滑剂 2 份；

加工改性剂 3 份。

进一步，所述的贝壳粉为淡水珍珠养殖废弃贝壳粉碎制得超细刚性粒子，成分为95% CaCO₃，5%有机质。

进一步，所述珍珠粉平均粒径小于1μm。

进一步，所述的抗冲击改性剂为含氯量35% 的氯化聚乙烯。

进一步，所述的加工改性剂为丙烯酸酯类改性剂。

进一步，所述的热稳定剂选用铅盐稳定剂。

进一步，所述的润滑剂分为内润滑剂和外润滑剂，内、外润滑剂的用量的质量比为1:1，其中内润滑剂为硬脂酸，外润滑剂为石蜡。

一种生产贝壳粉增强的聚氯乙烯管材的方法，包括以下次序的工艺步骤：

（1）配料：将聚氯乙烯树脂粉100 份，贝壳粉1~20 份，抗冲击改性剂 3~10份，热稳定剂 1~5份，润滑剂2~3份，加工改性剂 1~5份混合配制；

（2）混料：将配制好的原料在高速搅拌机内进行搅拌，温度达到100~120 °C后，在低速冷却混合机内搅拌降温至40~60°C左右，出料备用；

（3）过筛；

（4）挤出、成型；

（5）牵引、定长切割；

（6）检验、包装、入库。

本发明由于选用淡水珍珠养殖废弃贝壳粉碎制得超细贝壳刚性粒子为填料，一方面，贝壳粒子可以保持原有较高的力学强度与韧性；另一方面，有机质成分的存在使得其比普通CaCO₃等其他无机材料与高分子基体以及各种助剂间有较好的界面粘结力，因此，制备过程无需对填料进行复杂的表面处理，制备的贝壳粉增强聚氯乙烯双壁波纹管材具有耐高温、耐腐蚀、有较高的抗冲击强度和较高的环刚度等特点，减少生产工序和成本。

进一步的，本发明利用淡水珍珠养殖废弃物，变废为宝，减少成本，也符合循环经济的趋向。

进一步的，本发明采用含氯量35% 的氯化聚乙烯作为抗冲击改性剂，性能优良，使得聚氯乙烯管材具有更高的韧性。

进一步的，本发明采用铅盐稳定剂，成本低，效率高。

附图说明：

图1为本发明实施例1所用的贝壳粉的粒径分布图

图2为本发明实施例1所用的贝壳粉的FTIR分析图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例是对本发明的进一步说明。

实施例1：

采用贝壳粉增强改性制备硬聚氯乙烯双壁波纹管材。

（一）    原料

贝壳粉为淡水珍珠养殖废弃贝壳粉碎制得的超细刚性粒子。附图1是实施例1所用的贝壳粉的粒径分布图，从图中可以看出珍珠粉的平均粒径小于1μm。附图2是贝壳粉的FT-IR曲线图，从图中所观察到的CO₃ ^2-的特征吸收峰为693 cm^-1（ν₄- CO₃ ^2-），713 cm^-1（ν₄- CO₃ ^2-），860 cm^-1（ν₂- CO₃ ^2-），1078 cm^-1（ν₁- CO₃ ^2-），1470 cm^-1（ν₃- CO₃ ^2-）和2520 cm^-1（ν₁+ν₃），其中ν₄- CO₃ ^2-在波数为693 cm^-1和711 cm^-1处的吸收峰为三角蚌贝壳粉中文石的特征吸收峰，2800～3000 cm^-1的吸收峰，应归因于贝壳粉有机质的C-H的伸缩振动；波数为1784 cm^-1左右的吸收峰归为ν₃- CO₃ ^2-和有机相中存在的C=O的伸缩振动叠加；波数为3000～3600 cm^-1的强吸收峰主要是有机质中N-H、O-H的伸缩振动吸收；从而可知该贝壳粉的成分为95% CaCO₃，5%有机质。

氯化聚乙烯的含氯量为35%。

润滑剂中内润滑剂为硬脂酸，外润滑剂为石蜡，两者质量比为1:1。

（二）    制备步骤

（1）配料：按聚氯乙烯树脂粉100 份，贝壳粉15 份，氯化聚乙烯5份，铅盐稳定剂3份，润滑剂2份，丙烯酸酯类改性剂3份混合配制；

（2）搅拌：将配制好的原料在高速搅拌机内进行搅拌，温度达到100~120 °C后，再进入低速冷却混合机内搅拌降温至40~60°C左右，出料备用；

（3）过筛，使用振动式过筛机进行过筛，筛后达到40目；

（4）挤出：用双螺杆挤出机挤出坯料，螺杆温度165~185 °C；通过机头内的双层流道，同时挤出管材的内外壁；挤出中，通过成型机头气路向管坯内吹送压缩空气，使外壁管坯紧贴在成型模块上而成型。

（5）牵引、定长切割。

（6）检验、包装、入库

比较例 1

将实施例1中的贝壳粉换成普通轻质CaCO₃进行比较：

（1）配料：按聚氯乙烯树脂粉100 份，硅烷偶联剂处理后的CaCO₃15 份，氯化聚乙烯5份，铅盐稳定剂3份，润滑剂2份，丙烯酸酯类改性剂3份混合配制，其中润滑剂中同样内润滑剂为硬脂酸，外润滑剂为石蜡，两者质量比为1:1；

（2）搅拌：将配制好的原料在高速搅拌机内进行搅拌，温度达到100~120 °C后再在低速冷却混合机内搅拌降温至40~60°C左右，出料备用。。

（3）过筛，使用振动式过筛机过筛达到40目；

（4）挤出：用双螺杆挤出机挤出坯料，螺杆温度165~185 °C；通过机头内的双层流道，同时挤出管材的内外壁；挤出中，通过成型机头气路向管坯内吹送压缩空气，使外壁管坯紧贴在成型模块上而成型。

（5）牵引、定长切割。

（6）检验、包装、入库

上述实施例和比较例的性能数据检测见表1。

.根据国标GB/T18477.1-2007《埋地排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）结构壁管道系统 第一部分：双壁波纹管材》的标准进行对比测试，温度：22~23 °C，其中冲击试验温度为0 °C）。

表1聚氯乙烯双壁波纹管材的性能

从上表1中可以看出，采用贝壳粉增强的聚氯乙烯管材环刚度大于普通CaCO₃的聚氯乙烯管材；而其他冲击性能，环柔性和耐高温实验证明，采用贝壳粉制备的聚氯乙烯管材均达到国标要求，与普通CaCO₃的聚氯乙烯管材相比未见劣势，因此采用贝壳粉制备的聚氯乙烯管材刚性增强，成本降低，实现了本发明的目的。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种贝壳粉增强的聚氯乙烯管材，其特征在于，包括以下重量份数的组分：

聚氯乙烯 100份

贝壳粉 1~20 份

抗冲击改性剂 3~10份

热稳定剂 1~5 份

润滑剂 2~3 份

加工改性剂 1~5 份。

2.根据权利要求1所述的聚氯乙烯管材，其特征在于，包括以下重量份数的组分：

聚氯乙烯 100份

贝壳粉15 份

抗冲击改性剂 5份

热稳定剂 3份

润滑剂 2 份

加工改性剂 3 份。

3.根据权利要求1或2所述的任意一种聚氯乙烯管材，其特征在于，所述的贝壳粉为淡水珍珠养殖废弃贝壳粉碎制得超细刚性粒子，成分为95%CaCO₃，5%有机质。

4.根据权利要求3所述的聚氯乙烯管材，其特征在于，所述珍珠粉平均粒径小于1μm。

5.根据权利要求1所述的聚氯乙烯管材，其特征在于，所述的抗冲击改性剂为含氯量35% 的氯化聚乙烯。

6.根据权利要求1所述的聚氯乙烯管材，其特征在于，所述的加工改性剂为丙烯酸酯类改性剂。

7.根据权利要求1所述的聚氯乙烯管材，其特征在于，所述的热稳定剂选用铅盐稳定剂。

8.根据权利要求1所述的聚氯乙烯管材，其特征在于，所述的润滑剂分为内润滑剂和外润滑剂，内、外润滑剂的用量的质量比为1:1，其中内润滑剂为硬脂酸，外润滑剂为石蜡。

9.一种生产如权利要求1所述的贝壳粉增强的聚氯乙烯管材的方法，包括以下次序的工艺步骤：

（1）配料：将聚氯乙烯树脂粉100 份，贝壳粉1~20 份，抗冲击改性剂 3~10份，热稳定剂 1~5份，润滑剂2~3份，加工改性剂 1~5份混合配制；

（2）混料：将配制好的原料在高速搅拌机内进行搅拌，温度达到100~120 °C后，在低速冷却混合机内搅拌降温至40~60°C左右，出料备用；

（3）过筛；

（4）挤出、成型；

（5）牵引、定长切割；

（6）检验、包装、入库。