CN107057156A - 一种耐氯过氧化物交联聚乙烯管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种过氧化物交联聚乙烯管材及其制备方法，通过添加除酸剂，能完全去除水中的氯离子，避免了水中氯离子对塑料管材的强氧化作用从而降低管材使用寿命；采用两种高密度聚乙烯树脂混合，使两种高密度聚乙烯树脂进行性能互补，充分发挥各自原料的优异特点，能够使管材的交联度和氧化诱导期同时兼顾；本发明的制备方法通过高温、高速生产，快过抗氧剂捕捉自由基的消耗，从而达到高交联度、高抗氯性能的目的；本发明制备的过氧化物交联聚乙烯管材能同时符合国家标准GB/T 18992.2‑2003和澳洲标准AS/NZS 2492：2007的要求，具备广阔的应用前景。

Description

一种耐氯过氧化物交联聚乙烯管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料管材技术领域，尤其涉及一种耐氯过氧化物交联聚乙烯管材及其制备方法。
背景技术
塑料管材具有节能环保、轻质高强、耐腐蚀、内壁光滑不结垢、施工和维修简便、使用寿命长等优点，广泛应用于建筑和市政给排水、燃气、采暖等领域。塑料管材的设计使用寿命一般为50年，耐老化测试一般只是考虑管材的热氧老化环境。但是管材的实际使用环境中，所输的水可能会用液氯、二氧化氯、氯胺等进行消毒，消毒剂与水反应，产生具有强氧化性的次氯酸，杀死细菌的同时，对管材也有强氧化作用，会大大缩短管材的使用寿命。
目前，聚乙烯塑料管材为了提高耐氯性能会增加抗氧剂的用量，但是对于过氧化物交联聚乙烯来说，抗氧剂会捕捉过氧化物交联剂分解产生的自由基，从而导致产品的交联效率下降，交联度过低会使管材的耐压性能下降。
因此，过氧化物交联聚乙烯管材必须具有良好的耐氯性能，是当前迫切需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种耐氯的过氧化物交联聚乙烯管材及其制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本发明提供了一种耐氯过氧化物交联聚乙烯管材，其包括以下重量份的原料组分：
高密度聚乙烯树脂100份
过氧化物交联剂0.1～1.0份
主抗氧剂0.1～0.5份
辅抗氧剂0.1～0.5份
除酸剂0.1～0.5份
其中，所述高密度聚乙烯树脂采用两种及两种以上高密度聚乙烯管道专用料混合而成。同时，高密度聚乙烯管道专用料应符合GB/T 18992.1-2003《冷热水用交联聚乙烯(PE-X)管道系统第1部分：总则》中“5材料”的要求。
在以上技术方案的基础上，优选的，两种高密度聚乙烯树脂的用量重量比例为8:2～5:5。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述过氧化物交联剂包括过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化二叔丁基(DTBP)和过氧化苯甲酰(BPO)。更进一步优选的，采用过氧化二叔丁基(DTBP)。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。进一步优选的，所述主抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂1098。更进一步优选的，采用抗氧剂1076。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述辅抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂或硫代酯类抗氧剂。进一步优选的，所述辅抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂DSTDP或抗氧剂DLTDP。更优选的，采用抗氧剂DSTDP。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述除酸剂为硬脂酸钙、水滑石或类水滑石化合物。进一步优选的，所述除酸剂为类水滑石化合物Hycite 713(分子式[Mg4Al2(OH)12](CO3)(H2O)1.5)。
第二方面，本发明提供了第一方面所述过氧化物交联聚乙烯管材的制备方法，包括以下步骤。
S1，将两种高密度聚乙烯树脂、过氧化物交联剂、主抗氧剂、辅抗氧剂和除酸剂混合后置于高速搅拌机中搅拌处理10～15min；
S2，对步骤S1得到的混合物进行挤出成型，生产出过氧化物交联聚乙烯管材，其中，进料段温度100～110℃，连接体温度150～160℃，口模温度220～260℃，芯模模温机温度195～205℃，挤出速度为1.0～1.6m/min。
本发明的过氧化物交联聚乙烯管材及其制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明添加除酸剂Hycite 713，它的吸酸能力是硬脂酸钙的5倍，能完全去除水中的氯离子，避免了因加入过多的无机物而引起管材物理性能的降低，防止水中氯离子对塑料管材的强氧化作用从而降低管材使用寿命；而且，硬脂酸钙吸收氯离子后，产生硬脂酸和氯化钙，其中硬脂酸易析出到聚烯烃表面产生变色，但Hycite 713无此现象。
(2)本发明采用两种高密度聚乙烯树脂混合的方式，由于不同牌号的高密度聚乙烯树脂分子量分布不同，高分子量与低分子量部分含量不同。其中一种高密度聚乙烯树脂由于低分子量部分含量多，支链长而多，与自由基发生交联反应的效率高，剩余的自由基会与抗氧剂反应，导致所生产的管材交联度高，氧化诱导期短。而另一种高密度聚乙烯树脂分子量中高分子量部分含量多，支链短而少，所生产的管材交联度低，氧化诱导期长。因此，通过使用两种高密度聚乙烯树脂进行性能互补，充分发挥各自原料的优异特点，能够使管材的交联度和氧化诱导期同时兼顾。
(3)本发明的制备方法通过高温、高速生产，使得过氧化物交联剂快速分解，形成自由基后促使聚乙烯快速发生交联反应，这种交联反应迅速，快过抗氧剂捕捉自由基的消耗，从而达到高交联度、高抗氯性能的目的。
(4)本发明制备的过氧化物交联聚乙烯管材能同时符合国家标准GB/T 18992.2-2003和澳洲标准AS/NZS 2492：2007的要求，具备广阔的应用前景。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例中，采用的各原料组分如下：
韩国LG化学生产的牌号XL1800高密度聚乙烯树脂70kg
韩国湖南石油化学生产的牌号8100GX高密度聚乙烯树脂30kg
DTBP 0.5kg
抗氧剂1076 0.3kg
抗氧剂DSTDP 0.1kg
除酸剂Hycite 713 0.2kg
制备过程如下：
将韩国LG化学生产的牌号XL1800高密度聚乙烯树脂、韩国湖南石油化学生产的牌号8100GX高密度聚乙烯树脂、DTBP、抗氧剂1076、抗氧剂DSTDP和除酸剂Hycite 713混合后置于高速搅拌机中搅拌处理10min；
采用柱塞式挤出机对上述混配好的混合物进行挤出成型，生产出dn20*en2.8(dn20*SDR7.4)规格的过氧化物交联聚乙烯管材。其中，进料段温度100～110℃，连接体温度150～160℃，口模温度220～260℃，芯模模温机温度195～205℃，挤出速度为1.0～1.3m/min。对所挤出制备的管材进行相关性能测试，性能结果如表1所示。
对比例1
本实施例中，采用的各原料组分如下：
韩国LG化学生产的牌号XL1800高密度聚乙烯树脂100kg
DTBP 0.5kg
抗氧剂1076 0.3kg
抗氧剂DSTDP 0.1kg
除酸剂Hycite 713 0.2kg
制备过程如下：
将韩国LG化学生产的牌号XL1800高密度聚乙烯树脂、DTBP、抗氧剂1076、抗氧剂DSTDP和除酸剂Hycite 713混合后置于高速搅拌机中搅拌处理10min；
采用柱塞式挤出机对上述混配好的混合物进行挤出成型，生产出dn20*en2.8(dn20*SDR7.4)规格的过氧化物交联聚乙烯管材。其中，进料段温度100～110℃，连接体温度150～160℃，口模温度220～260℃，芯模模温机温度195～205℃，挤出速度为1.0～1.3m/min。对所挤出制备的管材进行相关性能测试，性能结果如表1所示。
对比例2
本实施例中，采用的各原料组分如下：
韩国LG化学生产的牌号XL1800高密度聚乙烯树脂100kg
DTBP 0.5kg
抗氧剂1076 0.3kg
抗氧剂DSTDP 0.1kg
制备过程如下：
将韩国LG化学生产的牌号XL1800高密度聚乙烯树脂、DTBP、抗氧剂1076和抗氧剂DSTDP混合后置于高速搅拌机中搅拌处理10min；
采用柱塞式挤出机对上述混配好的混合物进行挤出成型，生产出dn20*en2.8(dn20*SDR7.4)规格的过氧化物交联聚乙烯管材。其中，进料段温度100～110℃，连接体温度150～160℃，口模温度220～260℃，芯模模温机温度195～205℃，挤出速度为1.0～1.3m/min。对所挤出制备的管材进行相关性能测试，性能结果如表1所示。
对比例3
本实施例中，采用的各原料组分如下：
韩国LG化学生产的牌号XL1800高密度聚乙烯树脂100kg
DTBP 0.5kg
抗氧剂1076 0.4kg
抗氧剂DSTDP 0.2kg
将韩国LG化学生产的牌号XL1800高密度聚乙烯树脂、DTBP、抗氧剂1076和抗氧剂DSTDP混合后置于高速搅拌机中搅拌处理10min；
采用柱塞式挤出机对上述混配好的混合物进行挤出成型，生产出dn20*en2.8(dn20*SDR7.4)规格的过氧化物交联聚乙烯管材。其中，进料段温度100～110℃，连接体温度150～160℃，口模温度220～260℃，芯模模温机温度195～205℃，挤出速度为1.0～1.3m/min。对所挤出制备的管材进行相关性能测试，性能结果如表1所示。
测试过程，采用GB/T 18474-2001进行交联度的测试；
将实施例1和对比例1-3制备的过氧化物交联聚乙烯管，浸泡在氯含量为5mg/l水溶液中，浸泡时间为10周，将经过处理的管材，采用GB/T 19466.6-2009进行氧化诱导期的测试，测试温度为200℃，所用坩埚为铝皿；
采用GB/T 6111-2003进行静液压强度的测试，试验温度95℃，试验时间165h，静液压应力4.6MPa。
表1
由表1可知，对比例1中添加Hycite 713后，相较于对比例2，氧化诱导期提高，说明Hycite 713中和了溶液中的氯离子，提高了管材的抗氧化性能。
对比例3相较于对比例2，增加主抗氧剂和辅抗氧剂的用量，氧化诱导期会增加，但交联度明显下降，说明抗氧剂捕捉了大量的自由基，导致交联效率下降，管材的承压能力下降，静液压强度试验无法通过。
本发明采用添加除酸剂Hycite 713和两种高密度聚乙烯管道专用料混配的方式，配合柱塞式挤出的高速生产方式，使管材具有良好的耐氯性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种耐氯过氧化物交联聚乙烯管材，其特征在于：其包括以下重量份的原料组分：
高密度聚乙烯树脂 100份
过氧化物交联剂 0.1～1.0份
主抗氧剂 0.1～0.5份
辅抗氧剂 0.1～0.5份
除酸剂 0.1～0.5份
其中，所述高密度聚乙烯树脂采用两种及两种以上高密度聚乙烯管道专用料混合而成，同时，所述高密度聚乙烯管道专用料应符合GB/T 18992.1-2003《冷热水用交联聚乙烯(PE-X)管道系统第1部分：总则》中“5材料”的要求。
2.如权利要求1所述的耐氯过氧化物交联聚乙烯管材，其特征在于：两种高密度聚乙烯树脂的用量重量比例为8:2～5:5。
3.如权利要求1所述的耐氯过氧化物交联聚乙烯管材，其特征在于：所述过氧化物交联剂包括过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基和过氧化苯甲酰。
4.如权利要求3所述的耐氯过氧化物交联聚乙烯管材，其特征在于：所述过氧化物交联剂采用过氧化二叔丁基(DTBP)。
5.如权利要求1所述的耐氯过氧化物交联聚乙烯管材，其特征在于：所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。
6.如权利要求5所述的耐氯过氧化物交联聚乙烯管材，其特征在于：所述主抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂1098。
7.如权利要求1所述的耐氯过氧化物交联聚乙烯管材，其特征在于：所述辅抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂或硫代酯类抗氧剂。
8.如权利要求7所述的耐氯过氧化物交联聚乙烯管材，其特征在于：所述辅抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂DSTDP或抗氧剂DLTDP。
9.如权利要求1所述的耐氯过氧化物交联聚乙烯管材，其特征在于：所述除酸剂为硬脂酸钙、水滑石或类水滑石化合物。
10.如权利要求1所述的耐氯过氧化物交联聚乙烯管材制备方法，包括以下步骤。
S1，将两种高密度聚乙烯树脂、过氧化物交联剂、主抗氧剂、辅抗氧剂和除酸剂混合后置于高速搅拌机中搅拌处理10～15min；
S2，对步骤S1得到的混合物进行挤出成型，生产出过氧化物交联聚乙烯管材，其中，进料段温度100～110℃，连接体温度150～160℃，口模温度220～260℃，芯模模温机温度195～205℃，挤出速度为1.0～1.6m/min。
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