CN105801967A - 一种环保改性聚乙烯管道及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保改性聚乙烯管道及其制备方法，所述管道由以下重量份的组分制备而成：高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、纳米氮化硅、改性硅藻土、有机高岭土、纳米硫酸镁、纳米钛白粉、硅灰石粉、聚乙烯醇、增韧剂、烷基磺酸钠、氢化蓖麻油、丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物、苯乙烯‑马来酸酐共聚物、硅烷偶联剂KH570和色母粒。本发明通过适宜的原料选配及方法制备的聚乙烯管道材料，具有良好的机械力学性能，耐冲击且抗老化，综合性能优异，具有较好的应用前景。

Description

一种环保改性聚乙烯管道及其制备方法
技术领域
本发明涉及管道材料技术领域，尤其涉及一种环保改性聚乙烯管道及其制备方法。
背景技术
目前国内居民用水供应使用管材主要有铁管、不锈钢管、塑料管等。然而铁管易生锈，不利于水质清洁；不锈钢管则成本高而不利于推广；塑料管由于其不易生锈、成本较低的优势，使用越来越普遍。
聚乙烯管已成为继聚氯乙烯管之后，世界上消费量第二大的塑料管道品种，广泛用于给水、燃气输送、排污、农业灌溉、矿山砂浆输送等领域。然而，聚乙烯管材料本身存在易老化降解，机械性能差，脆性差，耐冲击性差等不足，这些都限制了聚乙烯管在实际工程上的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保改性聚乙烯管道及其制备方法，旨在解决普通聚乙烯管材料存在易老化降解，机械性能差，脆性差，耐冲击性差等不等技术问题。
本发明提供了一种环保改性聚乙烯管道，所述管道由以下重量份的组分制备而成：
高密度聚乙烯60~78份、低密度聚乙烯24~35份、纳米氮化硅10~20份、改性硅藻土7~14份、有机高岭土5~13份、纳米硫酸镁6~12份、纳米钛白粉5~11份、硅灰石粉4~10份、聚乙烯醇3~9份、增韧剂2~11份、烷基磺酸钠3~8份、氢化蓖麻油2~7份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物1~3份、苯乙烯-马来酸酐共聚物1~4份、硅烷偶联剂KH570 2~6份和色母粒2~5份；
所述增韧剂为质量比为1:0.5:2的邻苯二甲酸二（2-乙基已酯）、己二酸二辛酯和癸二酸二辛酯的复配物。
优选地，所述改性硅藻土为磷酸改性硅藻土，具体改性步骤为：将质量比为1:0.2的硅藻土与2M磷酸溶液混合搅拌均匀，在185℃下搅拌5小时，然后用乙醇和水交换洗涤三次后，冷冻干燥一夜后即得改性硅藻土。
优选地，所述有机高岭土为表面经过硅烷偶联剂活化处理、且粒径为5~20μm的高岭土。
优选地，所述的一种环保改性聚乙烯管道，所述管道由以下重量份的组分制备而成：
高密度聚乙烯69份、低密度聚乙烯26份、纳米氮化硅14份、改性硅藻土9份、有机高岭土10份、纳米硫酸镁8份、纳米钛白粉7份、硅灰石粉6份、聚乙烯醇5份、增韧剂5份、烷基磺酸钠6份、氢化蓖麻油5份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物2份、苯乙烯-马来酸酐共聚物2份、硅烷偶联剂KH570 4份和色母粒3份；
所述增韧剂为质量比为1:0.5:2的邻苯二甲酸二（2-乙基已酯）、己二酸二辛酯和癸二酸二辛酯的复配物。
本发明还提供一种环保改性聚乙烯管道的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤一：按重量配比称取各组分；
步骤二：先将纳米钛白粉、硅灰石粉、纳米硫酸镁、改性硅藻土、有机高岭土、纳米氮化硅和硅烷偶联剂KH570加入料筒温度为80~120℃的高速混合机中并搅拌10~20min；
步骤三：然后加入丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯，调整转速为2000~5000rpm，搅拌30~70min后冷却至45℃，出料，得到混合料I；
步骤四：将聚乙烯醇、氢化蓖麻油和烷基磺酸钠加入到70~90℃的高速混合机中，搅拌30~50min，然后加入增韧剂和色母粒，调整转速为1000~2000rpm，搅拌20~30min后加入步骤三中的混合料I，调整转速为500rpm，搅拌混合50~80min，出料得到混合料II；
步骤五：将步骤四中的混合料II投入到双螺杆挤出机在180~210℃温度，200~400rpm螺杆转速下挤出造粒；
步骤六：将所得的造粒料加入到挤出成型机中，经过定径、牵引、冷却切割即得环保改性聚乙烯管道。
优选地，所述步骤二中料筒温度为106℃，所述步骤二中搅拌15min。
优选地，所述步骤三中调整转速为3500rpm，搅拌50min后冷却至45℃。
优选地，所述步骤四为：将聚乙烯醇、氢化蓖麻油和烷基磺酸钠加入到78℃的高速混合机中，搅拌40min，然后加入增韧剂和色母粒，调整转速为1800rpm，搅拌27min后加入步骤三中的混合料I，调整转速为500rpm，搅拌混合65min，出料得到混合料II。
由于采用了以上技术方案，本发明的有益效果是：本发明通过适宜的原料选配及方法制备的聚乙烯管道材料，具有良好的机械力学性能，耐冲击且抗老化，综合性能优异，具有较好的应用前景。试验数据显示，制备的聚乙烯管道材料拉伸强度大于53.2MPa，常温缺口冲击强度大于11.3 KJ/m2，落球冲击试验结果显示均无破裂，此外在70℃，144h老化条件下得到其老化系数大于0.78。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例的环保改性聚乙烯管道，所述管道由以下重量份的组分制备而成：
高密度聚乙烯60份、低密度聚乙烯24份、纳米氮化硅10份、改性硅藻土7份、有机高岭土5份、纳米硫酸镁6份、纳米钛白粉5份、硅灰石粉4份、聚乙烯醇3份、增韧剂2份、烷基磺酸钠3份、氢化蓖麻油2份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物1份、苯乙烯-马来酸酐共聚物1份、硅烷偶联剂KH570 2份和色母粒2份；
所述增韧剂为质量比为1:0.5:2的邻苯二甲酸二（2-乙基已酯）、己二酸二辛酯和癸二酸二辛酯的复配物；
其中，所述改性硅藻土为磷酸改性硅藻土，具体改性步骤为：将质量比为1:0.2的硅藻土与2M磷酸溶液混合搅拌均匀，在185℃下搅拌5小时，然后用乙醇和水交换洗涤三次后，冷冻干燥一夜后即得改性硅藻土；
所述有机高岭土为表面经过硅烷偶联剂活化处理、且粒径为5μm的高岭土。
本实施例的环保改性聚乙烯管道的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤一：按重量配比称取各组分；
步骤二：先将纳米钛白粉、硅灰石粉、纳米硫酸镁、改性硅藻土、有机高岭土、纳米氮化硅和硅烷偶联剂KH570加入料筒温度为80℃的高速混合机中并搅拌10min；
步骤三：然后加入丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯，调整转速为2000rpm，搅拌30min后冷却至45℃，出料，得到混合料I；
步骤四：将聚乙烯醇、氢化蓖麻油和烷基磺酸钠加入到70℃的高速混合机中，搅拌30min，然后加入增韧剂和色母粒，调整转速为1000rpm，搅拌20min后加入步骤三中的混合料I，调整转速为500rpm，搅拌混合50min，出料得到混合料II；
步骤五：将步骤四中的混合料II投入到双螺杆挤出机在180~210℃温度，200rpm螺杆转速下挤出造粒；
步骤六：将所得的造粒料加入到挤出成型机中，经过定径、牵引、冷却切割即得环保改性聚乙烯管道。
实施例2
本实施例的环保改性聚乙烯管道，所述管道由以下重量份的组分制备而成：
高密度聚乙烯78份、低密度聚乙烯35份、纳米氮化硅20份、改性硅藻土14份、有机高岭土13份、纳米硫酸镁12份、纳米钛白粉11份、硅灰石粉10份、聚乙烯醇9份、增韧剂11份、烷基磺酸钠8份、氢化蓖麻油7份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物3份、苯乙烯-马来酸酐共聚物4份、硅烷偶联剂KH570 2~6份和色母粒5份；
所述增韧剂为质量比为1:0.5:2的邻苯二甲酸二（2-乙基已酯）、己二酸二辛酯和癸二酸二辛酯的复配物；
其中，所述改性硅藻土为磷酸改性硅藻土，具体改性步骤为：将质量比为1:0.2的硅藻土与2M磷酸溶液混合搅拌均匀，在185℃下搅拌5小时，然后用乙醇和水交换洗涤三次后，冷冻干燥一夜后即得改性硅藻土；
所述有机高岭土为表面经过硅烷偶联剂活化处理、且粒径为20μm的高岭土。
本实施例的环保改性聚乙烯管道的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤一：按重量配比称取各组分；
步骤二：先将纳米钛白粉、硅灰石粉、纳米硫酸镁、改性硅藻土、有机高岭土、纳米氮化硅和硅烷偶联剂KH570加入料筒温度为120℃的高速混合机中并搅拌20min；
步骤三：然后加入丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯，调整转速为5000rpm，搅拌70min后冷却至45℃，出料，得到混合料I；
步骤四：将聚乙烯醇、氢化蓖麻油和烷基磺酸钠加入到90℃的高速混合机中，搅拌50min，然后加入增韧剂和色母粒，调整转速为2000rpm，搅拌30min后加入步骤三中的混合料I，调整转速为500rpm，搅拌混合80min，出料得到混合料II；
步骤五：将步骤四中的混合料II投入到双螺杆挤出机在210℃温度，400rpm螺杆转速下挤出造粒；
步骤六：将所得的造粒料加入到挤出成型机中，经过定径、牵引、冷却切割即得环保改性聚乙烯管道。
实施例3
本实施例的环保改性聚乙烯管道，所述管道由以下重量份的组分制备而成：
高密度聚乙烯69份、低密度聚乙烯30份、纳米氮化硅15份、改性硅藻土11份、有机高岭土9份、纳米硫酸镁9份、纳米钛白粉8份、硅灰石粉7份、聚乙烯醇6份、增韧剂6份、烷基磺酸钠5份、氢化蓖麻油4份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物2份、苯乙烯-马来酸酐共聚物3份、硅烷偶联剂KH570 4份和色母粒3份；
所述增韧剂为质量比为1:0.5:2的邻苯二甲酸二（2-乙基已酯）、己二酸二辛酯和癸二酸二辛酯的复配物；
其中，所述改性硅藻土为磷酸改性硅藻土，具体改性步骤为：将质量比为1:0.2的硅藻土与2M磷酸溶液混合搅拌均匀，在185℃下搅拌5小时，然后用乙醇和水交换洗涤三次后，冷冻干燥一夜后即得改性硅藻土；
所述有机高岭土为表面经过硅烷偶联剂活化处理、且粒径为12μm的高岭土。
本实施例的环保改性聚乙烯管道的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤一：按重量配比称取各组分；
步骤二：先将纳米钛白粉、硅灰石粉、纳米硫酸镁、改性硅藻土、有机高岭土、纳米氮化硅和硅烷偶联剂KH570加入料筒温度为100℃的高速混合机中并搅拌15min；
步骤三：然后加入丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯，调整转速为3500rpm，搅拌50min后冷却至45℃，出料，得到混合料I；
步骤四：将聚乙烯醇、氢化蓖麻油和烷基磺酸钠加入到80℃的高速混合机中，搅拌40min，然后加入增韧剂和色母粒，调整转速为1500rpm，搅拌25min后加入步骤三中的混合料I，调整转速为500rpm，搅拌混合65min，出料得到混合料II；
步骤五：将步骤四中的混合料II投入到双螺杆挤出机在180~210℃温度，300rpm螺杆转速下挤出造粒；
步骤六：将所得的造粒料加入到挤出成型机中，经过定径、牵引、冷却切割即得环保改性聚乙烯管道。
实施例4
本实施例的环保改性聚乙烯管道，所述管道由以下重量份的组分制备而成：
高密度聚乙烯69份、低密度聚乙烯26份、纳米氮化硅14份、改性硅藻土9份、有机高岭土10份、纳米硫酸镁8份、纳米钛白粉7份、硅灰石粉6份、聚乙烯醇5份、增韧剂5份、烷基磺酸钠6份、氢化蓖麻油5份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物2份、苯乙烯-马来酸酐共聚物2份、硅烷偶联剂KH570 4份和色母粒3份；
所述增韧剂为质量比为1:0.5:2的邻苯二甲酸二（2-乙基已酯）、己二酸二辛酯和癸二酸二辛酯的复配物；
其中，所述改性硅藻土为磷酸改性硅藻土，具体改性步骤为：将质量比为1:0.2的硅藻土与2M磷酸溶液混合搅拌均匀，在185℃下搅拌5小时，然后用乙醇和水交换洗涤三次后，冷冻干燥一夜后即得改性硅藻土；
所述有机高岭土为表面经过硅烷偶联剂活化处理、且粒径在15μm的高岭土。
本实施例的环保改性聚乙烯管道的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤一：按重量配比称取各组分；
步骤二：先将纳米钛白粉、硅灰石粉、纳米硫酸镁、改性硅藻土、有机高岭土、纳米氮化硅和硅烷偶联剂KH570加入料筒温度为106℃的高速混合机中并搅拌15min；
步骤三：然后加入丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯，调整转速为3500rpm，搅拌50min后冷却至45℃，出料，得到混合料I；
步骤四：将聚乙烯醇、氢化蓖麻油和烷基磺酸钠加入到78℃的高速混合机中，搅拌40min，然后加入增韧剂和色母粒，调整转速为1800rpm，搅拌27min后加入步骤三中的混合料I，调整转速为500rpm，搅拌混合65min，出料得到混合料II；
步骤五：将步骤四中的混合料II投入到双螺杆挤出机在180~210℃温度，250rpm螺杆转速下挤出造粒；
步骤六：将所得的造粒料加入到挤出成型机中，经过定径、牵引、冷却切割即得环保改性聚乙烯管道。
实施例5
本实施例的环保改性聚乙烯管道，所述管道由以下重量份的组分制备而成：
高密度聚乙烯64份、低密度聚乙烯30份、纳米氮化硅12份、改性硅藻土9份、有机高岭土9份、纳米硫酸镁8份、纳米钛白粉7份、硅灰石粉8份、聚乙烯醇6份、增韧剂5份、烷基磺酸钠6份、氢化蓖麻油4份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物1份、苯乙烯-马来酸酐共聚物2份、硅烷偶联剂KH570 4份和色母粒3份；
所述增韧剂为质量比为1:0.5:2的邻苯二甲酸二（2-乙基已酯）、己二酸二辛酯和癸二酸二辛酯的复配物；
其中，所述改性硅藻土为磷酸改性硅藻土，具体改性步骤为：将质量比为1:0.2的硅藻土与2M磷酸溶液混合搅拌均匀，在185℃下搅拌5小时，然后用乙醇和水交换洗涤三次后，冷冻干燥一夜后即得改性硅藻土；
所述有机高岭土为表面经过硅烷偶联剂活化处理、且粒径为15μm的高岭土。
本实施例的环保改性聚乙烯管道的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤一：按重量配比称取各组分；
步骤二：先将纳米钛白粉、硅灰石粉、纳米硫酸镁、改性硅藻土、有机高岭土、纳米氮化硅和硅烷偶联剂KH570加入料筒温度为88℃的高速混合机中并搅拌13min；
步骤三：然后加入丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯，调整转速为3200rpm，搅拌50min后冷却至45℃，出料，得到混合料I；
步骤四：将聚乙烯醇、氢化蓖麻油和烷基磺酸钠加入到82℃的高速混合机中，搅拌30~50min，然后加入增韧剂和色母粒，调整转速为1400rpm，搅拌23min后加入步骤三中的混合料I，调整转速为500rpm，搅拌混合65min，出料得到混合料II；
步骤五：将步骤四中的混合料II投入到双螺杆挤出机在180~210℃温度，280rpm螺杆转速下挤出造粒；
步骤六：将所得的造粒料加入到挤出成型机中，经过定径、牵引、冷却切割即得环保改性聚乙烯管道。
对比例1
该对比例与实施例2的不同之处在于：制备原料中不含改性硅藻土和硅灰石粉，其他原料及其制备方法维持不变。
对比例2
该对比例与实施例2的不同之处在于：制备原料中不含纳米硫酸镁和纳米钛白粉，并且增韧剂为己二酸二辛酯单一组分，其他原料及其制备方法维持不变。
将上述实施例1至5和对比例1、2所制备的聚乙烯管道的性能进行测试，测试结果如下表所示：
从表1的实施例1至5的产品性能测试结果可以看出，制备的聚乙烯管道材料的拉伸强度大于53.2MPa，常温缺口冲击强度大于11.3 KJ/m2，显示较好的机械力学性能，同时落球冲击试验结果显示均无破裂，也表现其耐冲击性能优异；同时在70℃，144h老化条件下得到其老化系数大于0.78，显示良好的耐老化性，综合性能优异，应用前景广泛。

Claims (8)

1. 一种环保改性聚乙烯管道，其特征在于，所述管道由以下重量份的组分制备而成：
高密度聚乙烯60~78份、低密度聚乙烯24~35份、纳米氮化硅10~20份、改性硅藻土7~14份、有机高岭土5~13份、纳米硫酸镁6~12份、纳米钛白粉5~11份、硅灰石粉4~10份、聚乙烯醇3~9份、增韧剂2~11份、烷基磺酸钠3~8份、氢化蓖麻油2~7份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物1~3份、苯乙烯-马来酸酐共聚物1~4份、硅烷偶联剂KH570 2~6份和色母粒2~5份；
所述增韧剂为质量比为1:0.5:2的邻苯二甲酸二（2-乙基已酯）、己二酸二辛酯和癸二酸二辛酯的复配物。
2. 根据权利要求1所述的一种环保改性聚乙烯管道，其特征在于，所述改性硅藻土为磷酸改性硅藻土，具体改性步骤为：将质量比为1:0.2的硅藻土与2M磷酸溶液混合搅拌均匀，在185℃下搅拌5小时，然后用乙醇和水交换洗涤三次后，冷冻干燥一夜后即得改性硅藻土。
3. 根据权利要求1所述的一种环保改性聚乙烯管道，其特征在于，所述有机高岭土为表面经过硅烷偶联剂活化处理、且粒径为5~20μm的高岭土。
4. 根据权利要求1或2或3所述的一种环保改性聚乙烯管道，其特征在于，所述管道由以下重量份的组分制备而成：
高密度聚乙烯69份、低密度聚乙烯26份、纳米氮化硅14份、改性硅藻土9份、有机高岭土10份、纳米硫酸镁8份、纳米钛白粉7份、硅灰石粉6份、聚乙烯醇5份、增韧剂5份、烷基磺酸钠6份、氢化蓖麻油5份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物2份、苯乙烯-马来酸酐共聚物2份、硅烷偶联剂KH570 4份和色母粒3份；
所述增韧剂为质量比为1:0.5:2的邻苯二甲酸二（2-乙基已酯）、己二酸二辛酯和癸二酸二辛酯的复配物。
5. 如权利要求1至4任一项所述的一种环保改性聚乙烯管道的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
步骤一：按重量配比称取各组分；
步骤二：先将纳米钛白粉、硅灰石粉、纳米硫酸镁、改性硅藻土、有机高岭土、纳米氮化硅和硅烷偶联剂KH570加入料筒温度为80~120℃的高速混合机中并搅拌10~20min；
步骤三：然后加入丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯，调整转速为2000~5000rpm，搅拌30~70min后冷却至45℃，出料，得到混合料I；
步骤四：将聚乙烯醇、氢化蓖麻油和烷基磺酸钠加入到70~90℃的高速混合机中，搅拌30~50min，然后加入增韧剂和色母粒，调整转速为1000~2000rpm，搅拌20~30min后加入步骤三中的混合料I，调整转速为500rpm，搅拌混合50~80min，出料得到混合料II；
步骤五：将步骤四中的混合料II投入到双螺杆挤出机在180~210℃温度，200~400rpm螺杆转速下挤出造粒；
步骤六：将所得的造粒料加入到挤出成型机中，经过定径、牵引、冷却切割即得环保改性聚乙烯管道。
6. 根据权利要求5所述的一种环保改性聚乙烯管道的制备方法，其特征在于，所述步骤二中料筒温度为106℃，所述步骤二中搅拌15min。
7. 根据权利要求5所述的一种环保改性聚乙烯管道的制备方法，其特征在于，所述步骤三中调整转速为3500rpm，搅拌50min后冷却至45℃。
8. 根据权利要求5所述的一种环保改性聚乙烯管道的制备方法，其特征在于，所述步骤四为：将聚乙烯醇、氢化蓖麻油和烷基磺酸钠加入到78℃的高速混合机中，搅拌40min，然后加入增韧剂和色母粒，调整转速为1800rpm，搅拌27min后加入步骤三中的混合料I，调整转速为500rpm，搅拌混合65min，出料得到混合料II。
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