CN105837996A - 一种增韧改性pvc塑料管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增韧改性PVC塑料管材及其制备方法，制备增韧改性PVC塑料管材的原料及其重量份为：聚氯乙烯树脂100份，高顺式顺丁橡胶15份～35份，偶联剂0.5份～1.5份，无机填料0.2份～0.6份；采用挤出成型或注塑成型制备工艺得到增韧改性PVC塑料管材。本发明通过分子结构设计方法，以高顺式顺丁橡胶作为增韧材料，均匀添加到PVC树脂中，从而改善聚氯乙烯塑料管材的低温脆性，增强其机械强度和耐热性能。

Description

一种增韧改性PVC塑料管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子化合物的组合物领域，具体涉及一种增韧改性PVC塑料管材及其制备方法。
背景技术
塑料管材具有质量轻、强度高、制造方法简单、经济成本低廉、加工使用便捷、耐腐蚀、寿命长等优点，逐渐逐渐取代金属、水泥等管材，成为城市建设、农村水网铺设、电气传输等领域的主要应用管材。作为化工新材料领域中的一个重要组成部分，改性塑料管材的研发已成为重点发展的科技领域之一。
聚氯乙烯(PVC)塑料管材是众多塑料管材中使用尤为广泛的一种重要高分子材料。聚氯乙烯塑料管材具有阻燃效果好、耐酸碱性强、结构强度高、电绝缘性好等优秀的理化性能。但由于PVC树脂材料本身属于一种极性难结晶高聚物，支化度较小，相对密度低，1.4左右，玻璃化温度介于77℃～90℃之间，而加热到170℃左右时，PVC材料即开始分解。因此单独使用PVC树脂制备的塑料管材耐热性能差、机械加工难度大，必须对聚氯乙烯塑料管材进行相应改性，从而提高其实用性能。
顺丁橡胶(BR)，又名顺式-1,4-聚丁二烯橡胶，是一种无色或浅色的弹性体，按顺式含量可以分为高顺式BR、中顺式BR和低顺式BR三种。目前以高顺式BR产量最多，主要应用于轮胎、制鞋等领域。高顺式BR具有优秀的弹性性能、耐磨性性能和抗动态断裂性能。此外，由于高顺式BR的玻璃化温度达到了-105℃，因此高顺式BR的耐低温冲击性能也十分理想。
通过分子结构设计方法，以顺丁橡胶作为增韧材料，均匀添加到PVC树脂中，从而改善聚氯乙烯塑料管材的低温脆性，增进其机械强度和耐热性能，是一条提高聚氯乙烯塑料管材使用性能的可行方法。
中国专利CN201210220806.2公开了一种纳米级增强增韧的PVC-M管材。所述PVC-M管材中含有一种纳米增强材料。但是由于该专利使用纳米材料作为增强材料，纳米颗粒容易成为形核中心，影响PVC管材的结晶程度和反应完全程度，容易导致PVC管材的理化性能存在各向性差异。
中国专利CN201410521590.2公开了一种增强增韧的PVC管材及其制备方法，所述的增强增韧的PVC管材，由以下重量份数的原料组成：PVC树脂100份、钙锌复合稳定剂2-4份、PE蜡0.25-0.4份、硬脂酸0.2-0.3份、轻质碳酸钙8-9份、钛白粉1-2份、MBS6-8份、加工助剂0.8-1.2份、AC-316A 0.3-0.4份，所述MBS为LB-156抗冲改性剂。但是该专利对PVC管材分子结构骨架的改性程度有限，PVC管材的强化效果容易受到加工环境及方法的制约和影响。
因此需要对聚氯乙烯塑料管材的配方和生产工艺进行优化和改性，制备出具有强韧、环保、耐低温特性的增韧改性聚氯乙烯塑料管材。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种增韧改性PVC塑料管材及其制备方法，通过分子结构设计方法，以高顺式顺丁橡胶作为增韧材料，均匀添加到PVC树脂中，从而改善聚氯乙烯塑料管材的低温脆性，增强其机械强度和耐热性能。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种增韧改性PVC塑料管材，制备增韧改性PVC塑料管材的原料及其重量份为：聚氯乙烯树脂100份，高顺式顺丁橡胶15份～35份，偶联剂0.5份～1.5份，无机填料0.2份～0.6份；
其中聚氯乙烯树脂的分子量为：60000～120000；高顺式顺丁橡胶的分子量为：45000～90000；偶联剂为：钛酸酯偶联剂；无机填料的粒度为：0.1μm～0.5μm。
其中高顺式顺丁橡胶作为弹性体以颗粒状均匀分散在聚氯乙烯基体中，形变时形成应力集中体，能够促使周围聚氯乙烯基体发生脆-韧转变，诱发聚氯乙烯基体产生大量的剪切纹和银纹，吸收大量变形能，从而使聚氯乙烯材料的抗冲击性能大幅度提高，高顺式顺丁橡胶又可终止银纹和剪切带的发展，使其发展成破坏性的裂纹，剪切带也可阻滞、转向并终止银纹或已存在的小裂纹的发展，提高材料的韧性。
进一步地，无机填料为：硅酸盐或磷酸盐。
更进一步地，硅酸盐优选为：ZrSiO4或Y2Si2O7。
更进一步地，磷酸盐优选为：Ca3(PO4)2、K3PO4、AlPO4中的任一种。
本发明的另一发明目的，在于提供一种上述增韧改性PVC塑料管材的制备工艺，采用挤出成型或注塑成型得到增韧改性PVC塑料管材。
进一步地，挤出成型，包括以下步骤：
步骤S01，将所述重量份的聚氯乙烯树脂投入混炼机中，加热至45℃～50℃，在转速为60r/min～80r/min的条件下混炼1h～3h；
步骤S02，将所述重量份的高顺式顺丁橡胶也投入混炼机中，在温度为50℃～55℃，转速为200r/min～350r/min的条件下混炼2h～4h；
步骤S03，降低混炼机转速至60r/min～80r/min，将所述重量份的偶联剂和无机填料投入混炼机中，提高转速至350r/min～600r/min，混炼熔融1.5h～3h，得到混合均匀的熔融态原料；
步骤S04，将混合均匀的熔融态原料转移至螺杆挤出机的料斗，降温至40℃～45℃出料，熔体在机头口模处成型后成连续体被螺杆挤至机外，经冷却凝固，即得所制增韧改性PVC塑料管材。
更进一步地，步骤S04中，螺杆挤出机输送区温度为125℃～135℃，塑化区温度为150℃～168℃，输送段温度为145℃～160℃。
进一步地，注塑成型，包括以下步骤：
步骤Y01，将所述重量份的聚氯乙烯树脂，高顺式顺丁橡胶，偶联剂，无机填料混合后，在转速为200r/min～500r/min的条件下搅拌2h～5h，得到均匀物料；
步骤Y02，将均匀物料经捏合、挤出造粒，得到预料；
步骤Y03，将预料经柱塞式螺杆施压，使预料在0.1MPa～0.3MPa的压力下快速注入45℃～50℃的模具内，控制料筒温度为140℃～168℃，喷嘴温度为136℃～165℃，挤出物料经保压处理5min～10min，然后经冷却，即得所制增韧改性PVC塑料管材。
更进一步地，步骤Y02中，造粒的粒度为1μm～4μm。
更进一步地，步骤Y03中，冷却后，还包括对塑料管材进行退火处理的步骤。
本发明的优点是：
1.本发明采用高顺式顺丁橡胶增韧聚氯乙烯，由于高顺式顺丁橡胶的极性与聚氯乙烯不同，因此两者不完全相容，容易造成大量应力集中场，诱发基体产生大量的剪切纹和银纹，从而大大提高制备得到的改性聚氯乙烯塑料管材的抗冲击性能；
2.本发明采用高顺式顺丁橡胶增韧聚氯乙烯，由于高顺式顺丁橡胶的玻璃化转变温度很低，为-105℃，因此增韧时高顺式顺丁橡胶处于弹性态，增韧效果良好，使制备得到的改性聚氯乙烯塑料管材的低温脆性有大幅改善效果；
3.本发明采用钛酸酯作为偶联剂，能够从分子结构角度将PVC树脂和顺丁橡胶进行稳定可靠交联，从基础层面优化了聚氯乙烯塑料管材的结构，全面提高了聚氯乙烯塑料管材的弹塑性、韧性和耐温性能。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种增韧改性PVC塑料管材，制备增韧改性PVC塑料管材的原料及其重量份为：聚氯乙烯树脂100份，高顺式顺丁橡胶15份，偶联剂0.5份，无机填料0.2份；其中聚氯乙烯树脂的分子量为：60000；高顺式顺丁橡胶的分子量为：45000；偶联剂为：钛酸酯偶联剂；无机填料为粒度为0.1μm的硅酸盐。其中硅酸盐为ZrSiO4。
实施例2
一种增韧改性PVC塑料管材，制备增韧改性PVC塑料管材的原料及其重量份为：聚氯乙烯树脂100份，高顺式顺丁橡胶35份，偶联剂1.5份，无机填料0.6份；其中聚氯乙烯树脂的分子量为：120000；高顺式顺丁橡胶的分子量为：90000；偶联剂为：钛酸酯偶联剂；无机填料为粒度为0.5μm的磷酸盐。其中磷酸盐为Ca3(PO4)2。
实施例3
一种增韧改性PVC塑料管材，制备增韧改性PVC塑料管材的原料及其重量份为：聚氯乙烯树脂100份，高顺式顺丁橡胶25份，偶联剂1.0份，无机填料0.4份；其中聚氯乙烯树脂的分子量为：90000；高顺式顺丁橡胶的分子量为：68000；偶联剂为：钛酸酯偶联剂；无机填料为粒度为0.3μm的磷酸盐。其中磷酸盐为AlPO4。
实施例4
一种增韧改性PVC塑料管材的制备工艺，采用挤出成型得到增韧改性PVC塑料管材，包括以下步骤：
步骤S01，将所述重量份的聚氯乙烯树脂投入混炼机中，加热至45℃，在转速为60r/min的条件下混炼1h；
步骤S02，将所述重量份的高顺式顺丁橡胶也投入混炼机中，在温度为50℃，转速为200r/min的条件下混炼2h；
步骤S03，降低混炼机转速至60r/min，将所述重量份的偶联剂和无机填料投入混炼机中，提高转速至350r/min，混炼熔融1.5h，得到混合均匀的熔融态原料；
步骤S04，将混合均匀的熔融态原料转移至螺杆挤出机的料斗，降温至40℃出料，熔体在机头口模处成型后成连续体被螺杆挤至机外，经水浸式冷却凝固，冷却至40℃，即得所制增韧改性PVC塑料管材。其中工作状态下螺杆挤出机输送区温度为125℃，塑化区温度为150℃，输送段温度为145℃，挤出速度为10m/min。
实施例5
一种增韧改性PVC塑料管材的制备工艺，采用挤出成型得到增韧改性PVC塑料管材，包括以下步骤：
步骤S01，将所述重量份的聚氯乙烯树脂投入混炼机中，加热至50℃，在转速为80r/min的条件下混炼3h；
步骤S02，将所述重量份的高顺式顺丁橡胶也投入混炼机中，在温度为55℃，转速为350r/min的条件下混炼4h；
步骤S03，降低混炼机转速至80r/min，将所述重量份的偶联剂和无机填料投入混炼机中，提高转速至600r/min，混炼熔融3h，得到混合均匀的熔融态原料；
步骤S04，将混合均匀的熔融态原料转移至螺杆挤出机的料斗，降温至45℃出料，熔体在机头口模处成型后成连续体被螺杆挤至机外，经喷洒式冷却凝固，冷却至25℃，即得所制增韧改性PVC塑料管材。其中工作状态下螺杆挤出机输送区温度为135℃，塑化区温度为168℃，输送段温度为160℃，挤出速度为15m/min。
实施例6
一种增韧改性PVC塑料管材的制备工艺，采用挤出成型得到增韧改性PVC塑料管材，包括以下步骤：
步骤S01，将所述重量份的聚氯乙烯树脂投入混炼机中，加热至47℃，在转速为70r/min的条件下混炼2h；
步骤S02，将所述重量份的高顺式顺丁橡胶也投入混炼机中，在温度为53℃，转速为270r/min的条件下混炼3h；
步骤S03，降低混炼机转速至70r/min，将所述重量份的偶联剂和无机填料投入混炼机中，提高转速至450r/min，混炼熔融2.2h，得到混合均匀的熔融态原料；
步骤S04，将混合均匀的熔融态原料转移至螺杆挤出机的料斗，降温至42℃出料，熔体在机头口模处成型后成连续体被螺杆挤至机外，经喷洒式冷却凝固，冷却至35℃，即得所制增韧改性PVC塑料管材。其中工作状态下螺杆挤出机输送区温度为130℃，塑化区温度为160℃，输送段温度为153℃，挤出速度为12m/min。
实施例7
一种增韧改性PVC塑料管材的制备工艺，采用注塑成型得到增韧改性PVC塑料管材，包括以下步骤：
步骤Y01，将所述重量份的聚氯乙烯树脂，高顺式顺丁橡胶，偶联剂，无机填料混合后，在转速为200r/min的条件下搅拌2h，得到均匀物料；
步骤Y02，将均匀物料经捏合、挤出造粒，粒度为1μm，得到预料；
步骤Y03，将预料经柱塞式螺杆施压，使预料在0.1MPa的压力下快速注入45℃的模具内，控制料筒温度为140℃，喷嘴温度为136℃，挤出物料经保压处理5min，然后经冷却、退火处理，即得所制增韧改性PVC塑料管材。
实施例8
一种增韧改性PVC塑料管材的制备工艺，采用注塑成型得到增韧改性PVC塑料管材，包括以下步骤：
步骤Y01，将所述重量份的聚氯乙烯树脂，高顺式顺丁橡胶，偶联剂，无机填料混合后，在转速为500r/min的条件下搅拌5h，得到均匀物料；
步骤Y02，将均匀物料经捏合、挤出造粒，粒度为4μm，得到预料；
步骤Y03，将预料经柱塞式螺杆施压，使预料在0.3MPa的压力下快速注入50℃的模具内，控制料筒温度为168℃，喷嘴温度为165℃，挤出物料经保压处理10min，然后经冷却、退火处理，即得所制增韧改性PVC塑料管材。
实施例9
一种增韧改性PVC塑料管材的制备工艺，采用注塑成型得到增韧改性PVC塑料管材，包括以下步骤：
步骤Y01，将所述重量份的聚氯乙烯树脂，高顺式顺丁橡胶，偶联剂，无机填料混合后，在转速为350r/min的条件下搅拌3.5h，得到均匀物料；
步骤Y02，将均匀物料经捏合、挤出造粒，粒度为2.5μm，得到预料；
步骤Y03，将预料经柱塞式螺杆施压，使预料在0.2MPa的压力下快速注入47℃的模具内，控制料筒温度为154℃，喷嘴温度为150℃，挤出物料经保压处理8min，然后经冷却、退火处理，即得所制增韧改性PVC塑料管材。
实验例1
对实施例1～9所制的增韧改性PVC塑料管材的抗冲击性能、弹塑性、韧性、热稳定性和耐低温性能进行测试，测试结果如表1所示。
其中抗冲击性能根据GB/T15142-2001测试。其中弹塑性根据ISO527-2测试。
其中热稳定性采用差热分析法，测试塑料管材样品在210℃的高温氧气中的加速老化，以氧化诱导期(OIT)(min)为指标。
其中耐低温性能根据GB5470-2008测试塑料管材的脆化温度。
表1增韧改性PVC塑料管材的性能测试结果
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种增韧改性PVC塑料管材，其特征在于，制备所述增韧改性PVC塑料管材的原料及其重量份为：聚氯乙烯树脂100份，高顺式顺丁橡胶15份～35份，偶联剂0.5份～1.5份，无机填料0.2份～0.6份；
其中所述聚氯乙烯树脂的分子量为：60000～120000；所述高顺式顺丁橡胶的分子量为：45000～90000；所述偶联剂为：钛酸酯偶联剂；所述无机填料的粒度为：0.1μm～0.5μm。
2.根据权利要求1所述的增韧改性PVC塑料管材，其特征在于，所述无机填料为：硅酸盐或磷酸盐。
3.根据权利要求2所述的增韧改性PVC塑料管材，其特征在于，所述硅酸盐优选为：ZrSiO4或Y2Si2O7。
4.根据权利要求2所述的增韧改性PVC塑料管材，其特征在于，所述磷酸盐优选为：Ca3(PO4)2、K3PO4、AlPO4中的任一种。
5.一种如权利要求1～4中任一项所述的增韧改性PVC塑料管材的制备工艺，其特征在于，采用挤出成型或注塑成型得到增韧改性PVC塑料管材。
6.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，所述挤出成型，包括以下步骤：
步骤S01，将所述重量份的聚氯乙烯树脂投入混炼机中，加热至45℃～50℃，在转速为60r/min～80r/min的条件下混炼1h～3h；
步骤S02，将所述重量份的高顺式顺丁橡胶也投入混炼机中，在温度为50℃～55℃，转速为200r/min～350r/min的条件下混炼2h～4h；
步骤S03，降低混炼机转速至60r/min～80r/min，将所述重量份的偶联剂和无机填料投入混炼机中，提高转速至350r/min～600r/min，混炼熔融1.5h～3h，得到混合均匀的熔融态原料；
步骤S04，将混合均匀的熔融态原料转移至螺杆挤出机的料斗，降温至40℃～45℃出料，熔体在机头口模处成型后成连续体被螺杆挤至机外，经冷却凝固，即得所制增韧改性PVC塑料管材。
挤出速度为10m/min～15m/min，冷却凝固：水浸式冷却或者喷洒式冷却，冷却至40℃以下，平挤垂拉法，平挤平拉法。
7.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于，步骤S04中，所述螺杆挤出机输送区温度为125℃～135℃，塑化区温度为150℃～168℃，输送段温度为145℃～160℃。
8.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，所述注塑成型，包括以下步骤：
步骤Y01，将所述重量份的聚氯乙烯树脂，高顺式顺丁橡胶，偶联剂，无机填料混合后，在转速为200r/min～500r/min的条件下搅拌2h～5h，得到均匀物料；
步骤Y02，将均匀物料经捏合、挤出造粒，得到预料；
步骤Y03，将预料经柱塞式螺杆施压，使预料在0.1MPa～0.3MPa的压力下快速注入45℃～50℃的模具内，控制料筒温度为140℃～168℃，喷嘴温度为136℃～165℃，挤出物料经保压处理5min～10min，然后经冷却，即得所制增韧改性PVC塑料管材。
9.根据权利要求8所述的制备工艺，其特征在于，步骤Y02中，所述造粒的粒度为1μm～4μm。
10.根据权利要求8所述的制备工艺，其特征在于，步骤Y03中，冷却后，还包括对塑料管材进行退火处理的步骤。
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