CN108384141B - 一种耐热聚氯乙烯管件及其制备方法 - Google Patents

一种耐热聚氯乙烯管件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及管道领域，具体涉及一种耐热聚氯乙烯管件及其制备方法。所述耐热聚氯乙烯管件，包括以下组份：粘度为118~117 mL/g的SG5型PVC树脂98~105份，热稳定剂1.0~5.0份，润滑剂0.5~6份，抗冲击改性剂1~10份，加工改性助剂0.2~4份，耐热改性剂5~25份，增强填料2~15份，相容剂1~10份，颜料0.1~4份。相同等级的SG5树脂粉，保持管件的机械强度，微米级片状无机粒子以及活性纳米粒子加入改变分子链的运动情况提高管件的耐热性能。

Description

一种耐热聚氯乙烯管件及其制备方法
技术领域
本发明涉及管道领域，具体涉及一种耐热聚氯乙烯管件及其制备方法。
背景技术
硬质聚氯乙烯（PVC-U）通用管材、管件是国家建设部于九十年代开始推广使用的一种产品，与镀锌钢管材、铸铁管件相比有质轻、价廉、耐腐蚀，流速快和安装方便等优点，是理想的建筑给排水管换代产品。目前，PVC-U管材采用SG5型PVC树脂，性价比较高，而PVC-U管件为了保证注塑加工的顺利进行，普遍采用低于管材树脂1-2个等级的SG7或SG8型PVC树脂，结果牺牲了管件的机械强度和耐温性，一旦给、排水温度稍高就会在管件接头处出现漏水现象，影响管道系统的使用寿命。
现有中国专利公告号CN101696306B 、CN 102863711 B和CN 103289223 B公开了三种耐热PVC 管材，都是采用PVC 与CPVC 共混的方式来提高PVC 管材的耐热性能。但CPVC热稳定性不好，对设备有严重的腐蚀作用，如果用于先造粒再注塑的PVC-U管件上，会造成加工性能劣化，甚至要更换生产设备才能满足加工要求，成本提高不少。
现有中国专利公告号104927242A提供了一种高耐热抗冲PVC管材及其制备方法。采用改性纳米碳酸钙来提高PVC管材的耐热性能，但纳米碳酸钙加入份数较多，对PVC体系的加工性能影响较大，尤其对于管件体系，并且纳米碳酸钙改性中是否会残留过敏性试剂，专利并无给出相关信息，不利于制造环保给、排水管材。
目前，PVC-U管材采用SG5型PVC树脂，性价比较高，而PVC-U管件为了保证注塑加工的顺利进行，普遍采用低于管材树脂1-2个等级的SG7或SG8型PVC树脂，结果牺牲了管件的机械强度和耐温性，一旦给、排水温度稍高就会在管件接头处出现漏水现象，影响管道系统的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中聚氯乙烯管件耐热性差的问题，提供一种耐热性聚氯乙烯管件。
本发明的另一个目的在于，提供一种所述耐热性聚氯乙烯管件的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种耐热聚氯乙烯管件，包括以下组份：粘度为118~117 mL/g的SG5型PVC树脂98~105份，热稳定剂1.0~5.0份，润滑剂0.5~6份，抗冲击改性剂1~10份，加工改性助剂0.2~4份，耐热改性剂5~25份，增强填料2~15份，相容剂1~10份，颜料0.1~4份。
采用SG5型PVC树脂粉，替代普遍采用低于管材述树脂1~2个等级的SG7或SG8型PVC树脂粉，可以保证管件的机械强度和耐温性。采用118~117 mL/g的粘度更有利于加工，合适的粘度使改性剂、抗冲击改性剂以及增强填料等进入到PVC分子链之间阻碍分子链的运动，提高管件的耐热性能。
优选地，热稳定剂为不含重金属的无毒钙/锌稳定剂。
优选地，所述润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、脂肪酸酯蜡或金属皂中的一种或几种。
优选地，所述的抗冲改性剂为氯化聚乙烯（CPE）、聚丙烯酸酯类（ACR）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元接枝共聚物（MBS）中的一种或几种的混合物。
优选地，所述加工改性助剂为丙烯酸酯类化合物。
优选地，所述耐热改性剂为N-取代马来酰亚胺（N-MI）共聚物、α-甲基苯乙烯（α-MeSt）共聚物、马来酸酐（MAH）共聚物中的一种或几种的混合物。
优选地，增强填料为微米级片状无机填料粒子，比如：片状碳酸钙、云母、滑石粉、硅灰石、蒙脱土等，和活性纳米级填料粒子，比如：纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝等。
利用微米级片状无机粒子在加工过程中取向的性质，使取向得片状粒子、耐热改性剂和PVC树脂粘结界面间形成相互搭接的三维网络框架，该框架结构的形成能大幅度提高管件的耐热性能。
一定量活性纳米粒子的加入一是能显著改善填充体系的流变性能，使整个配方体系易于加工；二是大比表面积、高表面能的纳米粒子嵌布于上述框架的网眼之中阻碍了分子链的运动，进一步提高耐热性能。
优选地，所述相容剂为一类含有反应性环氧官能团的高分子相容剂。
环氧官能团的高分子相容剂的加入提高了耐热剂、填料与PVC树脂的相容性，保持了较高的机械性能。
优选地，所述颜料为二氧化钛、炭黑或着色剂中的一种或几种。
一种所述耐热聚氯乙烯管件的制备方法，按照各原料组分混合后，加入高速热混料机中进行混合分散，当温度达到110~115℃时转入冷混料机中搅拌冷却，当温度降到45~50℃时排入料斗，待用；将所述料斗中待用的混配料加入双螺杆挤出机造粒，待用，其中所述双螺杆挤出机为锥形双螺杆挤出机，其机筒温度设置为140~200℃；将所述造好的粒料加入到注塑机中进行塑化，充模，制作产品，其中所述注塑机的机筒设置温度为160~200℃，模具设置温度为30~60℃。
通过添加高分子耐热改性剂和两种市售不同类型的无机填料，利用共混改善PVC-U管件的耐热性具有操作简单，可实施性强的优点。
本发明相对于现有技术具有以下技术效果：
一种高耐热聚氯乙烯管件，包括以下组份：粘度为118~117 mL/g的SG5型PVC述职98~105份，热稳定剂1.0~5.0份，润湿剂0.5~6份，抗冲击改性剂1~10份，加工改性助剂0.2~4份，耐热改性剂5~25份，增强填料2~15份，相容剂1~10份，颜料0.1~4份。相同等级的SG5树脂粉，保持管件的机械强度，微米级片状无机粒子以及活性纳米粒子的加入改变分子链的运动情况提高管件的耐热性能。
具体实施方式
下面结合实施例和对比例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例和对比例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件，以下实施例和对比例中采用的试剂均为市售试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
实施例1
以国标PVC-U排水管件dn110顺水三通为例，配方由以下重量份数的组分制成：PVC树脂（SG-5) 100份，钙/锌稳定剂 2份，加工改性助剂(ACR)0.5份，抗冲改性助剂(MBS) 2份，α-MeSt类耐热改性剂（牌号：NR-188)5份，滑石粉（5000目）：1份，活性纳米二氧化硅：1份，润滑剂（氧化聚乙烯蜡）0.1份，润滑剂（聚乙烯蜡）0.2份，石蜡0.2份，颜料（二氧化钛）1.5份，高分子相容剂（苯乙烯-丙烯腈-GMA)1份。
实施例2
以国标PVC-U排水管件dn110顺水三通为例，配方由以下重量份数的组分制成：PVC树脂（SG-5) 100份，钙/锌稳定剂 2.5份，加工改性助剂(ACR)0.8份，抗冲改性助剂(MBS)2.5份，α-MeSt类耐热改性剂（NR-188)10份，滑石粉（5000目）：6份，纳米二氧化硅：2份，润滑剂（氧化聚乙烯蜡）0.2份，润滑剂（聚乙烯蜡）0.1份，石蜡：0.2份，颜料（二氧化钛）1.5份，高分子相容剂（苯乙烯-丙烯腈-GMA):3份。
实施例3
以国标PVC-U排水管件dn110顺水三通为例，配方由以下重量份数的组分制成：PVC树脂（SG-5) 100份，钙/锌稳定剂 4份，加工改性助剂(ACR)0.5份，抗冲改性助剂(MBS) 4份，α-MeSt类耐热改性剂（NR-188)25份，滑石粉（5000目）：10份，纳米二氧化硅：5份，润滑剂（氧化聚乙烯蜡）0.1份，润滑剂（聚乙烯蜡）0.2份，石蜡：0.2份，颜料（二氧化钛）1.5份，高分子相容剂（苯乙烯-丙烯腈-GMA):10份。
对照例1
此对比例与实施例1相比不同之处在于用普通轻质碳酸钙替代了耐热改性剂及滑石粉和纳米二氧化硅。
以国标PVC-U排水管件dn110顺水三通为例，配方由以下重量份数的组分制成：PVC树脂（SG-5) 100份，钙/锌稳定剂 2.5份，加工改性助剂(ACR)0.5份，抗冲改性助剂(MBS) 2份，普通轻质碳酸钙（2500目）：20份，润滑剂（氧化聚乙烯蜡）0.1份，润滑剂（聚乙烯蜡）0.2份，石蜡：0.2份，颜料（二氧化钛）1.5份。
对照例2
此对比例与实施例2相比不同之处在于用普通轻质碳酸钙替代了滑石粉和纳米二氧化硅。
以国标PVC-U排水管件dn110顺水三通为例，配方由以下重量份数的组分制成：PVC树脂（SG-5) 100份，钙/锌稳定剂 2.5份，加工改性助剂(ACR)0.8份，抗冲改性助剂(MBS)2.5份，α-MeSt类耐热改性剂（NR-188)25份，普通轻质碳酸钙（2500目）：15份，润滑剂（氧化聚乙烯蜡）0.1份，润滑剂（聚乙烯蜡）0.2份，石蜡：0.2份，颜料（二氧化钛）1.5份。
对照例3
此对比例与实施例2相比不同之处在于配方体系中没有纳米二氧化硅粒子。
以国标PVC-U排水管件dn110顺水三通为例，配方由以下重量份数的组分制成：PVC树脂（SG-5) 100份，钙/锌稳定剂 2.5份，加工改性助剂(ACR)0.8份，抗冲改性助剂(MBS)2.5份，α-MeSt类耐热改性剂（NR-188)25份，滑石粉（5000目）：15份，润滑剂（氧化聚乙烯蜡）0.1份，润滑剂（聚乙烯蜡）0.2份，石蜡：0.2份，颜料（二氧化钛）1.5份。
对照例4
此对比例与实施例2相比不同之处在于配方体系中取消了滑石粉。
以国标PVC-U排水管件dn110顺水三通为例，配方由以下重量份数的组分制成：PVC树脂（SG-5) 100份，钙/锌稳定剂 2.5份，加工改性助剂(ACR)1.5份，抗冲改性助剂(MBS) 2份，α-MeSt类耐热改性剂（NR-188)25份，纳米二氧化硅：5份，润滑剂（氧化聚乙烯蜡）0.1份，润滑剂（聚乙烯蜡）0.2份，石蜡：0.2份，颜料（二氧化钛）1.5份。
上述管件的制备方法，包括以下步骤：
按照各原料组分混合后，加入高速热混料机中进行混合分散，当温度达到110℃时转入冷混料机中搅拌冷却，当温度降到45℃时排入料斗，待用；将所述料斗中待用的混配料加入双螺杆挤出机造粒，待用，其中所述双螺杆挤出机为锥形双螺杆挤出机，其机筒温度设置为165℃、160℃、155℃、150℃、145℃、140℃ ；；将所述造好的粒料加入到注塑机中进行塑化，充模，制作产品，其中所述注塑机的机筒设置温度为170℃、170℃、173℃、175℃、178℃、180℃。，模具设置温度为35℃。
实施例1～3和对照例1～4所制备的PVC-U排水管件性能对比。
物理力学性能能按照GB/T5836.2-2006的相关规定进行测试，结果如表1所示。
Figure 945409DEST_PATH_IMAGE001
从表中可以看出实施例1的维卡软化温度与对比例相当，而实施例2和实施例3的维卡软化温度明显比对比例2-4的要高，通过适量的耐热改性剂和微米级片状无机粒子以及活性纳米粒子的协调，本发明方案得到的管件具有更好的耐热性能。

Claims (9)

1.一种耐热聚氯乙烯管件，其特征在于，包括以下组份：粘度为118～117mL/g的SG5型PVC树脂98～105份，热稳定剂1.0～5.0份，润滑剂0.5～6份，抗冲击改性剂1～10份，加工改性助剂0.2～4份，耐热改性剂5～25份，增强填料2～15份，相容剂1～10份，颜料0.1～4份；
其中，所述增强填料为微米级片状无机填料粒子和活性纳米级填料粒子的混合物。
2.根据权利要求1所述耐热聚氯乙烯管件，其特征在于，热稳定剂为不含重金属的无毒钙/锌稳定剂。
3.根据权利要求1所述耐热聚氯乙烯管件，其特征在于，所述润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、脂肪酸酯蜡或金属皂中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述耐热聚氯乙烯管件，其特征在于，所述抗冲改性剂为氯化聚乙烯、聚丙烯酸酯类、乙烯-醋酸乙烯共聚物或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元接枝共聚物中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述耐热聚氯乙烯管件，其特征在于，所述加工改性助剂为丙烯酸酯类化合物。
6.根据权利要求1所述耐热聚氯乙烯管件，其特征在于，所述耐热改性剂为N-取代马来酰亚胺共聚物、α-甲基苯乙烯共聚物、马来酸酐共聚物中的一种或几种的混合物。
7.根据权利要求1所述耐热聚氯乙烯管件，其特征在于，所述相容剂为一类含有反应性环氧官能团的高分子相容剂。
8.根据权利要求1所述耐热聚氯乙烯管件，其特征在于，所述颜料为二氧化钛、炭黑中的一种或几种。
9.一种权利要求1所述耐热聚氯乙烯管件的制备方法，其特征在于，按照各原料组分混合后，加入高速热混料机中进行混合分散，当温度达到110～115℃时转入冷混料机中搅拌冷却，当温度降到45～50℃时排入料斗，待用；将所述料斗中待用的混配料加入双螺杆挤出机造粒，待用，其中所述双螺杆挤出机为锥形双螺杆挤出机，其机筒温度设置为140～200℃；将所述造好的粒料加入到注塑机中进行塑化，充模，制作产品，其中所述注塑机的机筒设置温度为160～200℃，模具设置温度为30～60℃。
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