CN106432879A - 一种新型pe管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

该发明涉及一种新型PE管材，包括以下原料组分：己二胺改性PE、己二酸改性PE、改性硅灰石、羧甲基纤维素、亚磷酸三苯酯、硬脂酸钙、聚磷酸铵，己二胺改性PE由己二胺、PE、PMMA、聚丙烯酸乙酯和二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷反应制得，己二酸改性PE由己二酸、PE、聚丙烯酸丁酯和二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷反应制得，改性硅灰石由棕榈酸、硅灰石、水、十二烷基苯磺酸钠、二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷和羧甲基纤维素反应制得，硅灰石由硅酸钠、稀盐酸、醋酸钙、水和羧甲基纤维素反应制得。该发明具有优异的力学强度、相容性、抗冲击性能、低体积收缩率等优势。

Description

一种新型PE管材及其制备方法
技术领域
该发明涉及一种新型PE管材及其制备方法。
背景技术
PE具有优异的化学稳定性好，耐低温性能，电绝缘性优良，吸水性小。聚乙烯可用挤出、吹塑、模塑、注射和熔纺等方法成型，广泛应用于管材、涂层、薄膜、片材、容器和电缆、电线的绝缘和护套。
目前，PE材料在力学强度、相容性、抗冲击性能、低体积收缩率等性能需要进一步提升。该发明采用己二胺改性PE、己二酸改性PE、改性硅灰石、羧甲基纤维素等为原料制备了新型PE管材，该方法制备的新型PE管材具有优异的力学强度、相容性、抗冲击性能、低体积收缩率等性能。
发明内容
该发明的目的在于提供一种新型PE管材的制备方法，该方法通过改变反应物原料和工艺方式，制备的管材具有优异的力学强度、相容性、抗冲击性能、低体积收缩率等性能。
为了实现上述目的，该发明的技术方案如下。
一种新型PE管材及其制备方法，具体包括以下步骤：(1)、将硅酸钠、稀盐酸、醋酸钙、水和羧甲基纤维素按照份数比为100：5～10：35～45：103～136：2～9加入到反应器中，搅拌速度为140～185r/min，维持体系温度30～40 ℃条件下反应0.5～1h，产物在150℃干燥1h，经500mL水洗涤、过滤、200mL乙醇洗涤、过滤，120℃干燥15min，经600℃焙烧2h，得到硅灰石；(2)、将棕榈酸、硅灰石、水、十二烷基苯磺酸钠、二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷和羧甲基纤维素按照份数比100：118～129：13～27：5～12：3～5：2～6加入到反应釜中，搅拌速度为72～89r/min，维持体系温度73～86 ℃条件下反应0.7～2h，得到改性硅灰石；(3)、将己二酸、PE、聚丙烯酸丁酯和二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷按照份数比100：118～135：13～27：3～8加入到反应釜中，在温度63～77 ℃，搅拌速度为62～83r/min条件下反应0.4～2h，即得到己二酸改性PE；(4)、将己二胺、PE、PMMA、聚丙烯酸乙酯和二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷按照份数比100：115～130：8～17：5～12：3～7加入到反应釜中，在温度46～57 ℃，搅拌速度为67～89r/min条件下反应0.6～1 h，即得到己二胺改性PE；(5)、将己二胺改性PE、己二酸改性PE、改性硅灰石、羧甲基纤维素、亚磷酸三苯酯、硬脂酸钙、聚磷酸铵按照份数比100：100～108：21～39：9～20：2～4：2～6：7～14加入到开炼机中，用开炼机在温度165～187℃混合反应0.3～1h，用挤出机在温度165～187℃将新型PE挤出成型，即得到新型PE管材。
本申请中，各主要组分所起的作用如下：
所述的稀盐酸的目的为了降低硅酸钠和硅酸钙的水解。
所述的棕榈酸的目的为了调整硅灰石的表面能、润滑性及吸油值。
所述的己二胺改性PE、己二酸改性PE的目的为了提高PE的化学活性及力学强度。
所述的羧甲基纤维素的目的为了提高物料间的相容性。
该发明的有益效果在于：
1、硅酸盐在水中会发生水解反应，少量稀盐酸的引入，可以抑制硅酸盐的水解，提高硅酸盐的水解稳定性；
2、棕榈酸对硅灰石表面起到修饰作用，可以调整硅灰石的表面能、吸油值、PE的相容性及润滑作用；
3、己二胺改性PE、己二酸改性PE源于聚酰胺材料的合成、加工及应用，此改性不仅可以赋予PE优异的化学反应活性，还可以因具有类似聚酰胺材料的结构而缩短PE加工成型时间，拓宽加工成型方式，提高PE的交联密度、相容性、内聚强度及力学强度；
4、改性硅灰石与PE具有优异的相容性，可以更好的填充在PE中，从而可以减少PE的体积收缩率，硅灰石还具有优异的保温性能，可以赋予PE较好的保温效果。
具体实施方式
下面结合实施例对该发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解该发明。
实施例1
一种新型PE管材，其制备方法包括以下步骤：
(1)、称取100份硅酸钠、7份稀盐酸、40份醋酸钙、125份水和5份羧甲基纤维素加入到反应器中，搅拌速度为165r/min，维持体系温度34 ℃条件下反应0.6h，产物在150℃干燥1h，经500mL水洗涤、过滤、200mL乙醇洗涤、过滤，120℃干燥15min，经600℃焙烧2h，得到硅灰石；
(2)、称取100份棕榈酸、123份硅灰石、22份水、8份十二烷基苯磺酸钠、4份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷和3份羧甲基纤维素加入到反应釜中，搅拌速度为79r/min，维持体系温度78 ℃条件下反应0.8h，得到改性硅灰石；
(3)、称取100份己二酸、126份PE、23份聚丙烯酸丁酯和5份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷加入到反应釜中，在温度69 ℃，搅拌速度为75r/min条件下反应0.7 h，即得到己二酸改性PE；
(4)、称取100份己二胺、120份PE、12份PMMA、8份聚丙烯酸乙酯和5份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷加入到反应釜中，在温度52 ℃，搅拌速度为73r/min条件下反应0.8 h，即得到己二胺改性PE；
(5)、称取100份己二胺改性PE、103份己二酸改性PE、27份改性硅灰石、14份羧甲基纤维素、3份亚磷酸三苯酯、5份硬脂酸钙、10份聚磷酸铵加入到开炼机中，用开炼机在温度171℃混合反应0.4h，用挤出机在温度171℃将新型PE挤出成型，即得到新型PE管材。
实施例2
一种新型PE管材，其制备方法包括以下步骤：
(1)、称取100份硅酸钠、5份稀盐酸、35份醋酸钙、103份水和2份羧甲基纤维素加入到反应器中，搅拌速度为140r/min，维持体系温度30 ℃条件下反应0.5h，产物在150℃干燥1h，经500mL水洗涤、过滤、200mL乙醇洗涤、过滤，120℃干燥15min，经600℃焙烧2h，得到硅灰石；
(2)、称取100份棕榈酸、118份硅灰石、13份水、5份十二烷基苯磺酸钠、3份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷和2份羧甲基纤维素加入到反应釜中，搅拌速度为72r/min，维持体系温度73 ℃条件下反应0.7h，得到改性硅灰石；
(3)、称取100份己二酸、118份PE、13份聚丙烯酸丁酯和3份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷加入到反应釜中，在温度63 ℃，搅拌速度为62r/min条件下反应0.4 h，即得到己二酸改性PE；
(4)、称取100份己二胺、115份PE、8份PMMA、5份聚丙烯酸乙酯和3份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷加入到反应釜中，在温度46 ℃，搅拌速度为67r/min条件下反应0.6 h，即得到己二胺改性PE；
(5)、称取100份己二胺改性PE、100份己二酸改性PE、21份改性硅灰石、9份羧甲基纤维素、2份亚磷酸三苯酯、2份硬脂酸钙、7份聚磷酸铵加入到开炼机中，用开炼机在温度165℃混合反应1h，用挤出机在温度165℃将新型PE挤出成型，即得到新型PE管材。
实施例3
一种新型PE管材，其制备方法包括以下步骤：
(1)、称取100份硅酸钠、10份稀盐酸、45份醋酸钙、136份水和9份羧甲基纤维素加入到反应器中，搅拌速度为185r/min，维持体系温度40 ℃条件下反应1h，产物在150℃干燥1h，经500mL水洗涤、过滤、200mL乙醇洗涤、过滤，120℃干燥15min，经600℃焙烧2h，得到硅灰石；
(2)、称取100份棕榈酸、129份硅灰石、27份水、12份十二烷基苯磺酸钠、5份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷和6份羧甲基纤维素加入到反应釜中，搅拌速度为89r/min，维持体系温度86 ℃条件下反应2h，得到改性硅灰石；
(3)、称取100份己二酸、135份PE、27份聚丙烯酸丁酯和8份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷加入到反应釜中，在温度77 ℃，搅拌速度为83r/min条件下反应2 h，即得到己二酸改性PE；
(4)、称取100份己二胺、130份PE、17份PMMA、12份聚丙烯酸乙酯和7份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷加入到反应釜中，在温度57 ℃，搅拌速度为89r/min条件下反应1 h，即得到己二胺改性PE；
(5)、称取100份己二胺改性PE、108份己二酸改性PE、39份改性硅灰石、20份羧甲基纤维素、4份亚磷酸三苯酯、6份硬脂酸钙、14份聚磷酸铵加入到开炼机中，用开炼机在温度187℃混合反应0.3h，用挤出机在温度187℃将新型PE挤出成型，即得到新型PE管材。
实施例4
一种新型PE管材，其制备方法包括以下步骤：
(1)、称取100份硅酸钠、6份稀盐酸、40份醋酸钙、110份水和8份羧甲基纤维素加入到反应器中，搅拌速度为155r/min，维持体系温度33 ℃条件下反应0.9h，产物在150℃干燥1h，经500mL水洗涤、过滤、200mL乙醇洗涤、过滤，120℃干燥15min，经600℃焙烧2h，得到硅灰石；
(2)、称取100份棕榈酸、120份硅灰石、15份水、10份十二烷基苯磺酸钠、4份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷和3份羧甲基纤维素加入到反应釜中，搅拌速度为75r/min，维持体系温度80 ℃条件下反应0.9h，得到改性硅灰石；
(3)、称取100份己二酸、120份PE、20份聚丙烯酸丁酯和4份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷加入到反应釜中，在温度70 ℃，搅拌速度为75r/min条件下反应0.9 h，即得到己二酸改性PE；
(4)、称取100份己二胺、120份PE、15份PMMA、10份聚丙烯酸乙酯和4份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷加入到反应釜中，在温度52 ℃，搅拌速度为76r/min条件下反应0.8 h，即得到己二胺改性PE；
(5)、称取100份己二胺改性PE、104份己二酸改性PE、30份改性硅灰石、17份羧甲基纤维素、3份亚磷酸三苯酯、5份硬脂酸钙、9份聚磷酸铵加入到开炼机中，用开炼机在温度168℃混合反应0.9h，用挤出机在温度168℃将新型PE挤出成型，即得到新型PE管材。
实施例5
一种新型PE管材，其制备方法包括以下步骤：
(1)、称取100份硅酸钠、9份稀盐酸、38份醋酸钙、116份水和3份羧甲基纤维素加入到反应器中，搅拌速度为149r/min，维持体系温度39 ℃条件下反应0.7h，产物在150℃干燥1h，经500mL水洗涤、过滤、200mL乙醇洗涤、过滤，120℃干燥15min，经600℃焙烧2h，得到硅灰石；
(2)、称取100份棕榈酸、123份硅灰石、17份水、8份十二烷基苯磺酸钠、3份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷和5份羧甲基纤维素加入到反应釜中，搅拌速度为79r/min，维持体系温度77 ℃条件下反应0.8h，得到改性硅灰石；
(3)、称取100份己二酸、126份PE、26份聚丙烯酸丁酯和5份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷加入到反应釜中，在温度73 ℃，搅拌速度为76r/min条件下反应1.2 h，即得到己二酸改性PE；
(4)、称取100份己二胺、124份PE、9份PMMA、8份聚丙烯酸乙酯和6份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷加入到反应釜中，在温度55 ℃，搅拌速度为82r/min条件下反应0.8 h，即得到己二胺改性PE；
(5)、称取100份己二胺改性PE、101份己二酸改性PE、37份改性硅灰石、17份羧甲基纤维素、3份亚磷酸三苯酯、4份硬脂酸钙、13份聚磷酸铵加入到开炼机中，用开炼机在温度174℃混合反应0.5h，用挤出机在温度174℃将新型PE挤出成型，即得到新型PE管材。
实施例6
一种新型PE管材，其制备方法包括以下步骤：
(1)、称取100份硅酸钠、8份稀盐酸、43份醋酸钙、134份水和5份羧甲基纤维素加入到反应器中，搅拌速度为165r/min，维持体系温度37 ℃条件下反应0.8h，产物在150℃干燥1h，经500mL水洗涤、过滤、200mL乙醇洗涤、过滤，120℃干燥15min，经600℃焙烧2h，得到硅灰石；
(2)、称取100份棕榈酸、126份硅灰石、25份水、11份十二烷基苯磺酸钠、5份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷和4份羧甲基纤维素加入到反应釜中，搅拌速度为76r/min，维持体系温度84 ℃条件下反应1.6h，得到改性硅灰石；
(3)、称取100份己二酸、132份PE、23份聚丙烯酸丁酯和5份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷加入到反应釜中，在温度71 ℃，搅拌速度为65r/min条件下反应1.8 h，即得到己二酸改性PE；
(4)、称取100份己二胺、118份PE、10份PMMA、7份聚丙烯酸乙酯和6份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷加入到反应釜中，在温度55 ℃，搅拌速度为82r/min条件下反应0.9 h，即得到己二胺改性PE；
(5)、称取100份己二胺改性PE、104份己二酸改性PE、35份改性硅灰石、17份羧甲基纤维素、2.8份亚磷酸三苯酯、5.4份硬脂酸钙、12份聚磷酸铵加入到开炼机中，用开炼机在温度177℃混合反应0.6h，用挤出机在温度177℃将新型PE挤出成型，即得到新型PE管材。
实施例7
一种新型PE管材，其制备方法包括以下步骤：
(1)、称取100份硅酸钠、8份稀盐酸、43份醋酸钙、129份水和5份羧甲基纤维素加入到反应器中，搅拌速度为175r/min，维持体系温度38 ℃条件下反应0.7h，产物在150℃干燥1h，经500mL水洗涤、过滤、200mL乙醇洗涤、过滤，120℃干燥15min，经600℃焙烧2h，得到硅灰石；
(2)、称取100份棕榈酸、122份硅灰石、16份水、9份十二烷基苯磺酸钠、3.5份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷和3份羧甲基纤维素加入到反应釜中，搅拌速度为76r/min，维持体系温度78 ℃条件下反应1.4h，得到改性硅灰石；
(3)、称取100份己二酸、128份PE、24份聚丙烯酸丁酯和6.7份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷加入到反应釜中，在温度71 ℃，搅拌速度为82r/min条件下反应1.9 h，即得到己二酸改性PE；
(4)、称取100份己二胺、124份PE、13份PMMA、11份聚丙烯酸乙酯和5份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷加入到反应釜中，在温度51 ℃，搅拌速度为76r/min条件下反应0.8h，即得到己二胺改性PE；
(5)、称取100份己二胺改性PE、106份己二酸改性PE、28份改性硅灰石、17份羧甲基纤维素、3.4份亚磷酸三苯酯、4.5份硬脂酸钙、11份聚磷酸铵加入到开炼机中，用开炼机在温度182℃混合反应0.4h，用挤出机在温度182℃将新型PE挤出成型，即得到新型PE管材。
实施例8
一种新型PE管材，其制备方法包括以下步骤：
(1)、称取100份硅酸钠、8份稀盐酸、39份醋酸钙、127份水和6.2份羧甲基纤维素加入到反应器中，搅拌速度为181r/min，维持体系温度36 ℃条件下反应0.7h，产物在150℃干燥1h，经500mL水洗涤、过滤、200mL乙醇洗涤、过滤，120℃干燥15min，经600℃焙烧2h，得到硅灰石；
(2)、称取100份棕榈酸、128份硅灰石、19份水、8份十二烷基苯磺酸钠、4.5份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷和4份羧甲基纤维素加入到反应釜中，搅拌速度为88r/min，维持体系温度80 ℃条件下反应1.3h，得到改性硅灰石；
(3)、称取100份己二酸、129份PE、23份聚丙烯酸丁酯和5份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷加入到反应釜中，在温度71 ℃，搅拌速度为77r/min条件下反应1.2 h，即得到己二酸改性PE；
(4)、称取100份己二胺、121份PE、14份PMMA、8份聚丙烯酸乙酯和6份二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷加入到反应釜中，在温度49 ℃，搅拌速度为83r/min条件下反应0.7 h，即得到己二胺改性PE；
(5)、称取100份己二胺改性PE、107份己二酸改性PE、35份改性硅灰石、13份羧甲基纤维素、3.1份亚磷酸三苯酯、4.2份硬脂酸钙、9份聚磷酸铵加入到开炼机中，用开炼机在温度185℃混合反应0.3h，用挤出机在温度185℃将新型PE挤出成型，即得到新型PE管材。
实施例9
此例为未加任何助剂的对照组。
表1 实施例1和实施例9制得的新型PE管材的性能参数
实施例1 实施例9
加工成型性 好 较好
拉伸强度/MPa 56 41
成型收缩率/% 0.2 1.2
以上所述是该发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为该发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型PE管材，其特征在于：包括以下原料组分：己二胺改性PE、己二酸改性PE、改性硅灰石、羧甲基纤维素、亚磷酸三苯酯、硬脂酸钙、聚磷酸铵，所述的己二胺改性PE、己二酸改性PE、改性硅灰石、羧甲基纤维素、亚磷酸三苯酯、硬脂酸钙、聚磷酸铵的份数比为100：100～108：21～39：9～20：2～4：2～6：7～14，其中，所述的己二胺改性PE由己二胺、PE、PMMA、聚丙烯酸乙酯和二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷反应制得，所述的己二胺、PE、PMMA、聚丙烯酸乙酯和二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷的份数比为100：115～130：8～17：5～12：3～7，所述的己二酸改性PE由己二酸、PE、聚丙烯酸丁酯和二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷反应制得，所述的己二酸、PE、聚丙烯酸丁酯和二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷的份数比为100：118～135：13～27：3～8，所述的改性硅灰石由棕榈酸、硅灰石、水、十二烷基苯磺酸钠、二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷和羧甲基纤维素反应制得，所述的棕榈酸、硅灰石、水、十二烷基苯磺酸钠、二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷和羧甲基纤维素的份数比为100：118～129：13～27：5～12：3～5：2～6，所述的硅灰石由硅酸钠、稀盐酸、醋酸钙、水和羧甲基纤维素反应制得，所述的硅酸钠、稀盐酸、醋酸钙、水和羧甲基纤维素的份数比为100：5～10：35～45：103～136：2～9。
2.一种新型PE管材，其特征在于：所述的新型PE管材是由以下制备方法制得的：(1)、将硅酸钠、稀盐酸、醋酸钙、水和羧甲基纤维素按照份数比为100：5～10：35～45：103～136：2～9加入到反应器中，搅拌速度为140～185r/min，维持体系温度30～40 ℃条件下反应0.5～1h，产物在150℃干燥1h，经500mL水洗涤、过滤、200mL乙醇洗涤、过滤，120℃干燥15min，经600℃焙烧2h，得到硅灰石；(2)、将棕榈酸、硅灰石、水、十二烷基苯磺酸钠、二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷和羧甲基纤维素按照份数比100：118～129：13～27：5～12：3～5：2～6加入到反应釜中，搅拌速度为72～89r/min，维持体系温度73～86 ℃条件下反应0.7～2h，得到改性硅灰石；(3)、将己二酸、PE、聚丙烯酸丁酯和二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷按照份数比100：118～135：13～27：3～8加入到反应釜中，在温度63～77 ℃，搅拌速度为62～83r/min条件下反应0.4～2 h，即得到己二酸改性PE；(4)、将己二胺、PE、PMMA、聚丙烯酸乙酯和二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷按照份数比100：115～130：8～17：5～12：3～7加入到反应釜中，在温度46～57 ℃，搅拌速度为67～89r/min条件下反应0.6～1 h，即得到己二胺改性PE；(5)、将己二胺改性PE、己二酸改性PE、改性硅灰石、羧甲基纤维素、亚磷酸三苯酯、硬脂酸钙、聚磷酸铵按照份数比100：100～108：21～39：9～20：2～4：2～6：7～14加入到开炼机中，用开炼机在温度165～187℃混合反应0.3～1h，用挤出机在温度165～187℃将新型PE挤出成型，即得到新型PE管材。
3.一种新型PE管材，其特征在于：所述的硅灰石的制备过程中，稀盐酸的浓度为15%.wt.%。
4.一种新型PE管材，其特征在于：所述的硅灰石的制备过程中，硅酸钠不含结晶水。
5.一种新型PE管材，其特征在于：所述的改性硅灰石的制备过程中，棕榈酸采用6mL/min的添加速度添加至反应釜中。
6.一种新型PE管材，其特征在于：所述的PE的分子量为4500～33000。
7.一种新型PE管材，其特征在于：所述的己二胺改性PE的制备过程中，己二胺在聚丙烯酸乙酯之后添加至反应釜中。
8.一种新型PE管材，其特征在于：所述的新型PE管材的制备过程中，改性硅灰石在羧甲基纤维素之后添加。
9.一种新型PE管材，其特征在于：所述的新型PE管材可以采用挤出、注塑、模压、吹塑等工艺加工成各种塑料制品。
10.一种新型PE管材，其特征在于：所述的新型PE管材可以应用在市政给排水、地下管道、电缆管线、电线管线、污水管道等在力学强度、相容性、抗冲击性能、低体积收缩率等快速成型领域。
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