CN105061853B - 一种实壁管专用再生改性料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有机高分子材料领域，公开了一种实壁管专用再生改性料及其制备方法和应用。该实壁管专用再生改性料由以下按重量份计的组分组成：50～80份小中空瓶回收高密度聚乙烯料，100份化工桶回收高密度聚乙烯料，0.2～0.5份抗氧剂1010，0.2～0.5份抗氧剂168，5～20份高密度聚乙烯增强母粒，0.1～0.5份偶联剂，1～3份交联剂。方法按照以下步骤：将小中空瓶回收高密度聚乙烯料和化工桶回收高密度聚乙烯料混合，在单螺杆上挤出机中熔融挤出，得到熔融混合物；将其他原料加入到高速混合机中混合得到助剂混合物；将熔融混合物和助剂混合物，同时进入双螺杆下挤出机中共混造粒，得到实壁管专用再生改性料。

Description

一种实壁管专用再生改性料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于有机高分子材料领域，涉及一种实壁管专用料及其制备方法和应用，尤其涉及一种实壁管专用再生改性料及其制备方法和应用。
背景技术
中国城市建设越来越完美，新建筑的道路、绿化和管线网遍布城乡。在新敷设电讯、电力等管线需要穿越建成道路时为避免开挖道路、绿化与给排水管网，大量应用非开挖牵引管技术，且本技术已成熟。因电力电讯穿线管道材质要求软硬适宜、焊接性能好；对材料卫生指标没有要求；从理论上说应用再生改性塑料制造，对降低成本、增加资源循环的产品的附加值完全可能。
牵引管对管道，以及焊接后的接口等要求可承受30kN以上的拉力而不出现撕裂或断管；若在施工中出现管道撕裂或断管，需将该段管道废掉重新再用新管牵拉，如该管段无法拉出，则原来的位置不能再拉管，需重新选择位置，再钻孔重新牵拉。损失不菲。
从回收塑料中选择合适的种类，通过对其进行再生改性，使其性能达到生产实壁管的要求。但是目前没有这种管道的原材料的性能指标标准。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种实壁管专用再生改性料。
本发明的另一目的在于提供上述实壁管专用再生改性料的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述实壁管专用再生改性料的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种实壁管专用再生改性料，该实壁管专用再生改性料由以下按重量份计的组分组成：
所述小中空瓶回收高密度聚乙烯料为5～30mm尺寸的碎片，在190℃温度条件下和在5kg负荷条件下的熔融指数为2～3g/10min，拉伸强度17～22Mpa，断裂伸长率250～500％；
所述化工桶回收高密度聚乙烯料为5～30mm尺寸的碎片，190℃温度条件下和在5kg负荷条件下的熔融指数为0.05～0.3g/10min。拉伸强度27～35Mpa，断裂伸长率80～100％。
所述小中空瓶回收高密度聚乙烯料来自体积≤5L的生活制品废塑料，包括洗发水瓶、沐浴露瓶、牛奶瓶，柔韧性更佳，主要体现在断裂伸长率性能比较突出。
所述化工桶回收高密度聚乙烯料来自体积≥25L的化工原料盛装塑料大容器，此类化工桶属于高分子量高密度聚乙烯，熔融指数较低，更利于挤出成型，特别适用于管类产品；其力学性能中刚性更优，包括拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量等。
所述高密度聚乙烯增强母粒是以高密度聚乙烯为基体，云母粉为填充料的增强母粒，云母粉质量含量40～80％，云母粉微观结构为薄片状、鳞片状或板状，具有径厚比大、硬度高的特点，均匀分散在高密度聚乙烯树脂中，能起到刚性骨架的作用，从而可以提高用专用料制造的产品的环刚度；又由于云母粉为硅酸盐类物质，本身具有极好的尺寸稳定性，从而也提高了用本发明所述专用料制造的实壁管的尺寸稳定性。
所述高密度聚乙烯增强母粒在190℃温度条件下和在5kg负荷条件下的熔融指数为0.01～0.3g/10min。该高密度聚乙烯增强母粒在本发明中的作用，可起到增强，特别是拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量等力学性能有显著提高。同时其低廉的价格也可起到降低成本作用。
所述偶联剂为钛酸酯偶联剂JTW-101，购买于南京经天纬化工有限公司。填料经过酞酸酯偶联剂处理后，在不损害原有的工艺性能和制品物理性能的情况下，可以大幅增大填料的添加量，同时使聚合物(塑料)的粘度降低，这也是之所以选择酞酸酯偶联剂而不选择普通硅烷偶联剂的原因。
所述交联剂为过氧化二异丙苯(DPC)，购买于阿克苏诺贝尔过氧化物宁波有限公司。交联剂的作用主要是使分子链间产生交联作用和增长支链。常用的交联剂还有过氧化苯甲酰(BPO)，但是BPO在熔融共混过程中，容易被包埋，会有爆炸危险，因此选用DCP。
上述实壁管专用再生改性料的制备方法，按照以下操作步骤：
(1)将小中空瓶回收高密度聚乙烯料和化工桶回收高密度聚乙烯料，一起加入到拌料机中混合60～90min，在单螺杆上挤出机中熔融挤出，得到熔融混合物；
(2)将抗氧剂1010、抗氧剂168、高密度聚乙烯增强母粒、偶联剂、交联剂一起加入到高速混合机中，在转速为600～1000r/min，温度为80℃～110℃条件下混合2～5分钟，得到分散均匀的助剂混合物；
(3)将步骤(1)和(2)得到的熔融混合物和助剂混合物，同时进入双螺杆下挤出机中共混造粒，得到实壁管专用再生改性料。
步骤(1)所述单螺杆上挤出机的温度设置为180～220℃，起到熔融塑化的效果；此单螺杆上挤出机上设1～3处排气口，更有利于水汽排出，以免水分的存在对后续交联反应效果的影响。
步骤(3)所述双螺杆下挤出机的温度设置为200～250℃，螺杆长径比L/D≥40，这些设计更利于熔融混合物与助剂混合物的分散，而且更长的剪切段更有利于混合物料的交联反应，提高交联度。
上述实壁管专用再生改性料可应用于制备实壁管。
本发明相对现有技术，具有如下的优点及有益效果：
(1)本发明以再生塑料为主要原料，属于资源循环再生利用，不仅环保，而且能减少新材料的大量消耗，具有低碳、节能减排的重要意义。
(2)本发明为改性再生高密度聚乙烯专用料范畴，通过添加各种改性助剂，在不降低高密度聚乙烯的主要性能的前提下，能提高以该专用料为原料生产的波纹管的拉伸强度和环刚度。
(3)本发明所用的增强母粒为云母粉填料，由于云母粉微观结构为薄片状、鳞片状或板状，具有径厚比大、硬度高的特点，均匀分散在高密度聚乙烯树脂中，能起到刚性骨架的作用，从而提高用专用料制造的产品的环刚度。
(4)本发明的制备方法中，将碎片原料(小中空瓶回收高密度聚乙烯料和化工桶回收度聚乙烯料)与颗粒粉状物料(高密度聚乙烯增强母料及粉状助剂)分开进行混合，然后再将获得的两种混合物通过双螺杆下挤出机进行熔融混合造粒，具有以下两个方面的效果：
(4.1)由于碎片原料和颗粒粉状物料之间的物理形态存在较大的差异，如果将这几类物料先进行混合，会导致体积和重量较小的颗粒粉状物料在重力作用下从较大的碎片物料的间隙中掉落到搅拌机的底层，从而导致混合不均匀。
(4.2)由于碎片物料是通过破碎清洗获得的，因此其表面残留有部分水分，如果将粉末物料与其混合，会导致所述粉末物料附着在碎片物料表面，而且易引起粉状物料团聚，不利于粉状物料分散；此外，水分的存在还容易导致助剂失效，会影响到后续的交联反应。
(5)本发明中采用了交联剂，其作用在于：本发明所采用的回收料(小中空瓶回收高密度聚乙烯料和化工桶回收度聚乙烯料)在回收之前的使用和加工过程中，在光、氧、雨水、热等条件下，其分子链断裂、分子结构发生变化及分子量减小，导致其熔融指数变大(不利于挤出成型加工)、力学性能降低(不符合使用要求)；采用本发明交联剂后，将断裂分子交联，改变空间结构，有效提高分子量，增强力学性能，改善加工性能。
(6)本发明所用的原材料货源广泛、价格低廉，具有较强的价格竞争力。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
以下实施例使用的小中空瓶回收高密度聚乙烯料来自体积≤5L的生活制品废塑料(包括洗发水瓶、沐浴露瓶、牛奶瓶)，为5～30mm尺寸的碎片，在190℃温度条件下和在5kg负荷条件下的熔融指数为2～3g/10min，拉伸强度17～22Mpa，断裂伸长率250～500％；
以下实施例使用的化工桶回收高密度聚乙烯料来自体积≥25L的化工原料盛装塑料大容器，为5～30mm尺寸的碎片，190℃温度条件下和在5kg负荷条件下的熔融指数为0.05～0.3g/10min。拉伸强度27～35Mpa，断裂伸长率80～100％。
以下实施例使用的高密度聚乙烯增强母粒是以高密度聚乙烯为基体，云母粉为填充料的增强母粒，云母粉质量含量40～80％，在190℃温度条件下和在5kg负荷条件下的熔融指数为0.01～0.3g/10min。
实施例1
将小中空瓶回收高密度聚乙烯料50份，化工桶回收度聚乙烯料100份，一起加入到拌料机中混合60min，在单螺杆上挤出机(单螺杆上挤出机的温度设置为200℃，其上设2处排气口)中熔融挤出，得到熔融混合物；将1010抗氧剂0.2份，168抗氧剂0.2份，高密度聚乙烯增强母粒5份，偶联剂钛酸酯偶联剂JTW-101(购买于南京经天纬化工有限公司)0.1份，交联剂过氧化二异丙苯(购买于阿克苏诺贝尔过氧化物宁波有限公司)1份，一起加入到高速混合机中，在转速为600r/min，温度为80℃条件下混合2分钟，得到分散均匀的助剂混合物；将以上步骤中得到的熔融混合物和助剂混合物，同时进入双螺杆下挤出机(双螺杆下挤出机的温度设置为220℃，螺杆长径比L/D≥40)中共混造粒，得到实壁管专用再生改性料。
经检测，本实施例所得的专用料的拉伸屈服强度为≥28Mpa，断裂伸长率为140％,弯曲强度为48MPa。用本实施例所得的专用料制成的实壁管，其环刚度为9.6KN/m2，超过了行业标准(JT/T 529-2004预应力混凝土桥梁用塑料实壁管)所规定的不小于8KN/m2的要求，所得的专用料能够提高制品的环刚度，且材料综合性能优异。
实施例2
将小中空瓶回收高密度聚乙烯料50份，化工桶回收度聚乙烯料100份，一起加入到拌料机中混合60min，在单螺杆上挤出机(单螺杆上挤出机的温度设置为220℃，其上设3处排气口)中熔融挤出，得到熔融混合物；将1010抗氧剂0.2份，168抗氧剂0.2份，高密度聚乙烯增强母粒5份，偶联剂钛酸酯偶联剂JTW-101(购买于南京经天纬化工有限公司)0.1份，交联剂过氧化二异丙苯(购买于阿克苏诺贝尔过氧化物宁波有限公司)1份，一起加入到高速混合机中，在转速为600r/min，温度为80℃条件下混合2分钟，得到分散均匀的助剂混合物；将以上步骤中得到的熔融混合物和助剂混合物，同时进入双螺杆下挤出机(双螺杆下挤出机的温度设置为250℃，螺杆长径比L/D≥40)中共混造粒，得到实壁管专用再生改性料。
经检测，本实施例所得的专用料的拉伸屈服强度为≥29Mpa，断裂伸长率为165％，弯曲强度为48.5MPa。用本实施例所得的专用料制成的实壁管，其环刚度为9.65KN/m2，超过了行业标准(JT/T 529-2004预应力混凝土桥梁用塑料实壁管)所规定的不小于8KN/m2的要求，所得的专用料能够提高制品的环刚度，且材料综合性能优异。
实施例3
将小中空瓶回收高密度聚乙烯料80份，化工桶回收度聚乙烯料100份，一起加入到拌料机中混合60min，在单螺杆上挤出机(单螺杆上挤出机的温度设置为180℃，其上设2处排气口)中熔融挤出，得到熔融混合物；将1010抗氧剂0.5份，168抗氧剂0.5份，高密度聚乙烯增强母粒20份，偶联剂钛酸酯偶联剂JTW-101(购买于南京经天纬化工有限公司)0.5份，交联剂过氧化二异丙苯(购买于阿克苏诺贝尔过氧化物宁波有限公司)3份，一起加入到高速混合机中，在转速为600r/min，温度为80℃条件下混合2分钟，得到分散均匀的助剂混合物；将以上步骤中得到的熔融混合物和助剂混合物，同时进入双螺杆下挤出机(双螺杆下挤出机的温度设置为200℃，螺杆长径比L/D≥40)中共混造粒，得到实壁管专用再生改性料。
经检测，本实施例所得的专用料的拉伸屈服强度为≥27.5Mpa，断裂伸长率为130％，弯曲强度为47MPa。用本实施例所得的专用料制成的实壁管，其环刚度为9.0KN/m2，超过了行业标准(JT/T 529-2004预应力混凝土桥梁用塑料实壁管)所规定的不小于8KN/m2的要求，所得的专用料能够提高制品的环刚度，且材料综合性能优异。
实施例4
将小中空瓶回收高密度聚乙烯料80份，化工桶回收度聚乙烯料100份，一起加入到拌料机中混合60min，在单螺杆上挤出机(单螺杆上挤出机的温度设置为220℃，其上设3处排气口)中熔融挤出，得到熔融混合物；将1010抗氧剂0.5份，168抗氧剂0.5份，高密度聚乙烯增强母粒20份，偶联剂钛酸酯偶联剂JTW-101(购买于南京经天纬化工有限公司)0.5份，交联剂过氧化二异丙苯(购买于阿克苏诺贝尔过氧化物宁波有限公司)3份，一起加入到高速混合机中，在转速为600r/min，温度为80℃条件下混合2分钟，得到分散均匀的助剂混合物；将以上步骤中得到的熔融混合物和助剂混合物，同时进入双螺杆下挤出机(双螺杆下挤出机的温度设置为250℃，螺杆长径比L/D≥40)中共混造粒，得到实壁管专用再生改性料。
经检测，本实施例所得的专用料的拉伸屈服强度为≥28Mpa，断裂伸长率为135％，弯曲强度为48MPa。用本实施例所得的专用料制成的实壁管，其环刚度为9.2KN/m2，超过了行业标准(JT/T 529-2004预应力混凝土桥梁用塑料实壁管)所规定的不小于8KN/m2的要求，所得的专用料能够提高制品的环刚度，且材料综合性能优异。
实施例5
将小中空瓶回收高密度聚乙烯料60份，化工桶回收度聚乙烯料100份，一起加入到拌料机中混合60min，在单螺杆上挤出机(单螺杆上挤出机的温度设置为190℃，其上设2处排气口)中熔融挤出，得到熔融混合物；将1010抗氧剂0.3份，168抗氧剂0.3份，高密度聚乙烯增强母粒15份，偶联剂钛酸酯偶联剂JTW-101(购买于南京经天纬化工有限公司)0.3份，交联剂过氧化二异丙苯(购买于阿克苏诺贝尔过氧化物宁波有限公司)3份，一起加入到高速混合机中，在转速为600r/min，温度为80℃条件下混合2分钟，得到分散均匀的助剂混合物；将以上步骤中得到的熔融混合物和助剂混合物，同时进入双螺杆下挤出机(双螺杆下挤出机的温度设置为220℃，螺杆长径比L/D≥40)中共混造粒，得到实壁管专用再生改性料。
经检测，本实施例所得的专用料的拉伸屈服强度为≥27.5Mpa，断裂伸长率为130％，弯曲强度为48.5MPa。用本实施例所得的专用料制成的实壁管，其环刚度为9.35KN/m2，超过了行业标准(JT/T 529-2004预应力混凝土桥梁用塑料实壁管)所规定的不小于8KN/m2的要求，所得的专用料能够提高制品的环刚度，且材料综合性能优异。
实施例6
将小中空瓶回收高密度聚乙烯料70份，化工桶回收度聚乙烯料100份，一起加入到拌料机中混合60min，在单螺杆上挤出机(单螺杆上挤出机的温度设置为190℃，其上设2处排气口)中熔融挤出，得到熔融混合物；将1010抗氧剂0.2份，168抗氧剂0.2份，高密度聚乙烯增强母粒10份，偶联剂钛酸酯偶联剂JTW-101(购买于南京经天纬化工有限公司)0.2份，交联剂过氧化二异丙苯(购买于阿克苏诺贝尔过氧化物宁波有限公司)2份，一起加入到高速混合机中，在转速为600r/min，温度为80℃条件下混合2分钟，得到分散均匀的助剂混合物；将以上步骤中得到的熔融混合物和助剂混合物，同时进入双螺杆下挤出机(双螺杆下挤出机的温度设置为220℃，螺杆长径比L/D≥40)中共混造粒，得到实壁管专用再生改性料。
经检测，本实施例所得的专用料的拉伸屈服强度为≥27Mpa，断裂伸长率为140％，弯曲强度为49MPa。用本实施例所得的专用料制成的实壁管，其环刚度为9.0KN/m2，超过了行业标准(JT/T 529-2004预应力混凝土桥梁用塑料实壁管)所规定的不小于8KN/m2的要求，所得的专用料能够提高制品的环刚度，且材料综合性能优异。
对比例1
将小中空瓶回收高密度聚乙烯料70份，机油瓶回收高密度聚乙烯料100份，一起加入到拌料机中混合60min，在单螺杆上挤出机(单螺杆上挤出机的温度设置为190℃，其上设2处排气口)中熔融挤出，得到熔融混合物；将1010抗氧剂0.2份，168抗氧剂0.2份，高密度聚乙烯增强母粒10份，偶联剂钛酸酯偶联剂JTW-101(购买于南京经天纬化工有限公司)0.2份，交联剂过氧化二异丙苯(购买于阿克苏诺贝尔过氧化物宁波有限公司)2份，一起加入到高速混合机中，在转速为600r/min，温度为80℃条件下混合2分钟，得到分散均匀的助剂混合物；将以上步骤中得到的熔融混合物和助剂混合物，同时进入双螺杆下挤出机(双螺杆下挤出机的温度设置为220℃，螺杆长径比L/D≥40)中共混造粒，得到实壁管专用再生改性料。
经检测，本实施例所得的专用料的拉伸屈服强度为≥25Mpa，断裂伸长率为190％，弯曲强度为44MPa。用本实施例所得的专用料制成的实壁管，其环刚度为7.8KN/m2，达不到行业标准(JT/T 529-2004预应力混凝土桥梁用塑料实壁管)所规定的不小于8KN/m2的要求。
对比例2
将小中空瓶回收高密度聚乙烯料70份，化工桶回收高密度聚乙烯料100份，一起加入到拌料机中混合60min，在单螺杆上挤出机(单螺杆上挤出机的温度设置为190℃，其上设2处排气口)中熔融挤出，得到熔融混合物；将1010抗氧剂0.2份，168抗氧剂0.2份，高密度聚乙烯增强母粒10份，硅烷偶联剂，过氧化苯甲酰(BPO)2份，一起加入到高速混合机中，在转速为600r/min，温度为80℃条件下混合2分钟，得到分散均匀的助剂混合物；将以上步骤中得到的熔融混合物和助剂混合物，同时进入双螺杆下挤出机(双螺杆下挤出机的温度设置为220℃，螺杆长径比L/D≥40)中共混造粒，得到实壁管专用再生改性料。
经检测，本实施例所得的专用料的拉伸屈服强度为≥26Mpa，断裂伸长率为150％，弯曲强度为46MPa。用本实施例所得的专用料制成的实壁管，其环刚度为8.1KN/m2，勉强达到行业标准(JT/T 529-2004预应力混凝土桥梁用塑料实壁管)所规定的不小于8KN/m2的要求，但生产过程中，易出现料结块及烧料碳化现象，严重时甚至出现明火。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种实壁管专用再生改性料，其特征在于：该实壁管专用再生改性料由以下按重量份计的组分组成：
小中空瓶回收高密度聚乙烯料 50～80份
化工桶回收高密度聚乙烯料 100份
抗氧剂1010 0.2～0.5份
抗氧剂168 0.2～0.5份
高密度聚乙烯增强母粒 5～20份
偶联剂 0.1～0.5份
交联剂 1～3份
所述偶联剂为钛酸酯偶联剂 JTW-101；
所述小中空瓶回收高密度聚乙烯料来自体积≤5L的生活制品废塑料，所述化工桶回收高密度聚乙烯料来自体积≥25L的化工原料盛装塑料大容器；
所述高密度聚乙烯增强母粒是以高密度聚乙烯为基体，云母粉为填充料的增强母粒，云母粉质量含量40～80%，其在190℃温度条件下和在5 kg负荷条件下的熔融指数为0.01～0.3g/10min。
2.根据权利要求1所述的一种实壁管专用再生改性料，其特征在于：所述小中空瓶回收高密度聚乙烯料为5～30mm尺寸的碎片，在190 ℃温度条件下和在 5 kg负荷条件下的熔融指数为2～3g/10min，拉伸强度17～20MPa，断裂伸长率250～500%；
所述化工桶回收高密度聚乙烯料为5～30mm尺寸的碎片，190℃温度条件下和在5 kg负荷条件下的熔融指数为0.05～0.3g/10min，拉伸强度29～35MPa，断裂伸长率80～100%。
3.根据权利要求1所述的一种实壁管专用再生改性料，其特征在于：所述小中空瓶回收高密度聚乙烯料选自洗发水瓶、沐浴露瓶、牛奶瓶。
4.根据权利要求1所述的一种实壁管专用再生改性料，其特征在于：所述交联剂为过氧化二异丙苯。
5.根据权利要求1～4任一项所述的一种实壁管专用再生改性料的制备方法，其特征在于按照以下操作步骤：
（1）将小中空瓶回收高密度聚乙烯料和化工桶回收高密度聚乙烯料，一起加入到拌料机中混合60～90min，在单螺杆上挤出机中熔融挤出，得到熔融混合物；
（2）将抗氧剂1010、抗氧剂168、高密度聚乙烯增强母粒、偶联剂、交联剂一起加入到高速混合机中，在转速为600～1000r/min，温度为80℃～110℃条件下混合2～5分钟，得到分散均匀的助剂混合物；
（3）将步骤（1）和（2）得到的熔融混合物和助剂混合物，同时进入双螺杆下挤出机中共混造粒，得到实壁管专用再生改性料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述单螺杆上挤出机的温度设置为180～220℃；此单螺杆上挤出机上设1～3处排气口。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述双螺杆下挤出机的温度设置为200～250℃，螺杆长径比L/D≥40。
8.根据权利要求1所述的一种实壁管专用再生改性料在制备实壁管中的应用。
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