CN108517086A - 一种高强度耐腐蚀塑料板桩及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度耐腐蚀塑料板桩及其制备方法，所述的塑料板桩，包括以下原料：聚氯乙烯，增塑剂，填料，热稳定剂，紫外线吸收剂，乙烯基吡啶，乙烯基嘧啶，引发剂，氧化锆纤维，松香热聚物，全芳香族共聚酯；所述的塑料板桩是经过混合、挤出、模压等步骤制得。本发明通过采用氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯为补强体系，提高塑料板桩的抗腐蚀性和硬度。

Description

一种高强度耐腐蚀塑料板桩及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种高强度耐腐蚀塑料板桩及其制备方法。

背景技术

高分子塑料板桩是一种快捷、高效、环保的桩基形式。材质轻，强度高，止水性能好；抗腐蚀，耐候性强，使用寿命长；可重复使用和回收再利用；符合国家倡导“以塑带钢”“以塑代木”的新材料应用和节能环保政策；产品采用产业化大规模生产、机械化施工，效率高、工期短(是传统石堤建造的三十分之一)，建设成本低(是传统石堤建造的三分之二，钢板桩建造的二分之一)。

高分子塑料板桩弥补了传统混凝土护坡堤防工程土石方量大，工期长，劳动量大，造价高，补强修复困难等以及钢板桩容易腐蚀生锈、不环保、造价成本高等的不足这处。可广泛应用于农田水利的灌溉渠道、水渠、中小型水库堤坝建造及维护、河堤护岸；建筑工程的基坑支护、护坡、挡土墙、围墙、花池、防渗墙、止水围堰、地基处理、地下停车场、人工湖岸、污水处理；交通工程的路基防护、地下隧道、涵洞、管道铺设、道路修建、港口码头、船坞建造；防灾减灾工程的防洪涝、堤坝加固加高、防塌方、防渗漏、防泥石流、防风沙；海洋开发的堤坝围筑、防波墙、水产养殖业、盐碱地养殖基地的基围建设等领域。

中国专利文献“一种高分子塑钢组合板桩(授权公告号：CN106633578A)”公开了一种高分子塑钢组合板桩，由下述重量百分比的原料组成的：聚氯乙烯100份、增塑剂18-22份、填料10-15份、热稳定剂2-4份、紫外线吸收剂0.1-1份、乙烯基吡啶16-24份、乙烯基嘧啶8-12份、引发剂0.01-0.1份。该本发明提供的塑料板桩抗冲击强度得到提高，但存在硬度不足、耐腐蚀不强的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度耐腐蚀塑料板桩及其制备方法，以解决在专利文献“一种高分子塑钢组合板桩(授权公告号：CN106633578A)”公开的塑料板桩的基础上，如何优化组分、用量、方法等，提高塑料板桩的的硬度、耐腐蚀的问题。

为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高强度耐腐蚀塑料板桩，包括以下原料：聚氯乙烯，增塑剂，填料，热稳定剂，紫外线吸收剂，乙烯基吡啶，乙烯基嘧啶，引发剂，氧化锆纤维，松香热聚物，全芳香族共聚酯；

所述的氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯的重量比为(5-10)：(4-8)：(10-20)。

进一步地，所述氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯的重量比为7.5:6:15。

进一步地，高强度耐腐蚀塑料板桩，包括以下原料：所述聚氯乙烯100份、增塑剂18-22份、填料10-15份、热稳定剂2-4份、紫外线吸收剂0.1-1份、乙烯基吡啶16-24份、乙烯基嘧啶8-12份、引发剂0.01-0.1份，氧化锆纤维5-10份，松香热聚物4-8份，全芳香族共聚酯10-20份。

进一步地，所述增塑剂选自邻苯二甲酸酯类增塑剂、戊二酸酯类增塑剂、己二酸酯类增塑剂、壬二酸酯类增塑剂、癸二酸酯类增塑剂、磷酸酯类增塑剂、硬脂酸酯类增塑剂、月桂酸酯类增塑剂、柠檬酸酯类增塑剂、油酸酯类增塑剂、偏苯三酸酯类增塑剂、环氧类衍生物增塑剂、磺酸衍生物增塑剂、多元醇衍生物增塑剂、马来酸酯类增塑剂、富马酸酯类增塑剂、衣康酸酯类增塑剂中的一种。

进一步地，填料选自碳酸钙、滑石粉、陶土、重晶石粉、石膏、云母粉、白炭黑、硅藻土、硅酸钙中的至少一种。

进一步地，所述热稳定剂选自盐基性铅盐类热稳定剂、金属皂类热稳定剂、有机锡类热稳定剂、多元醇类热稳定剂中的一种。

进一步地，所述引发剂选自过氧化酯、过氧化碳酸酯、过氧化二酰、过氧化二烷烃、过氧化酮以及氢基过氧化物中的一种。

进一步地，所述紫外线吸收剂选自水杨酸酯类紫外线吸收剂、二苯甲酮类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、三嗪类紫外线吸收剂、取代丙烯腈类紫外线吸收剂、草酰胺类紫外线吸收剂、有机镍络合物类紫外线吸收剂、受阻胺类紫外线吸收剂中的一种。

本发明还提供一种高强度耐腐蚀塑料板桩的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量配比称取聚氯乙烯，增塑剂，填料，热稳定剂，紫外线吸收剂，乙烯基吡啶，乙烯基嘧啶，引发剂，氧化锆纤维，松香热聚物，全芳香族共聚酯于高速混合机中混合3-5分钟；

(2)将混好的各组分置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒；

(3)将步骤2得到的塑料颗粒在模塑机中熔融成模即可。

本发明具有以下有益效果：

(1)由实施例1-3和对比例5的数据可见，实施例1-3制得的塑料板桩的硬度、抗腐蚀性显著高于对比例5制得的塑料板桩的硬度、抗腐蚀性；同时由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。

(2)由实施例1和对比例1-4的数据可见，氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯在制备塑料板桩中起到了协同作用，协同提高了塑料板桩的硬度和抗腐蚀性；这是：

本发明中以聚氯乙烯，填料为母料，增塑剂可以使其柔韧性增强，容易加工，热稳定剂提高热分解温度，紫外线吸收剂防止在紫外线照射下容易降解或老化，引发剂促进进一步交联，当乙烯基吡啶与乙烯基嘧啶添加一定含量，显著提高分子塑钢板桩的强度及耐候性，可能是因为乙烯基吡啶与乙烯基嘧啶之间的相互作用能减少聚氯乙烯内部的应力，减少次级转变发生的概率，但是只添加上述组分的塑料板桩的硬度和抗腐蚀性并不令人满意，因此申请人通过大量实验和组合，发现添加氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯组分，协同提高了塑料板桩的硬度和抗腐蚀性，其机理可能如下。氧化锆纤维含有丰富的金属氧化物，可以提高塑料板桩的耐碱性，保证板桩不易被腐蚀，并且其本身具有高强度，和极高的热力学稳定性和耐腐蚀效果，从而提高塑料板桩的硬度；松香热聚物为引气剂，引气剂加入到塑料板桩中会使塑料板桩中含有的微量气泡合理均匀分布，从而可以提高强度，还可以有效改善氧化锆纤维的和易性，与氧化锆纤维配合使用，进一步增强混凝土的抗腐蚀效果；全芳香族共聚酯本身具有高强度，其分子链排布具有取向性，与氧化锆纤维能同时形成结晶中心，增加高分子聚合物的晶化度，从而增强塑料板桩的强度，同时其线性分子链利用空间效应，作为聚氯乙烯的分子链之间填充剂，使聚氯乙烯的密度和紧实度提高，从而增加耐腐蚀效果。

(3)由对比例6-8的数据可见，氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯的重量比不在(5-10)：(4-8)：(10-20)范围内时，制得的塑料板桩的抗腐蚀性和硬度改善的数值与实施例1-3的数值相差甚大，远小于实施例1-3的数值，与现有技术(对比例5)的数值相当。本发明氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯作为补强体系，实施例1-3控制制备塑料板桩时通过添加氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯的重量比为(5-10)：(4-8)：(10-20)，实现在补强体系中利用氧化锆纤维作为硬度增强剂和耐腐蚀填充剂，提高塑料板桩的硬度和耐腐蚀性松香热聚物为引气剂，改善氧化锆纤维的和易性；氧化锆纤维与全芳香族共聚酯一起使用，增加高分子聚合物的晶化度和硬度；氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯构成的补强体系在本发明的塑料板桩中，提高塑料板桩的抗腐蚀性和硬度。

具体实施方式

为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。

在实施例中，高强度耐腐蚀塑料板桩，包括以下原料：所述聚氯乙烯100份、增塑剂18-22份、填料10-15份、热稳定剂2-4份、紫外线吸收剂0.1-1份、乙烯基吡啶16-24份、乙烯基嘧啶8-12份、引发剂0.01-0.1份，氧化锆纤维5-10份，松香热聚物4-8份，全芳香族共聚酯10-20份。

所述增塑剂选自邻苯二甲酸酯类增塑剂、戊二酸酯类增塑剂、己二酸酯类增塑剂、壬二酸酯类增塑剂、癸二酸酯类增塑剂、磷酸酯类增塑剂、硬脂酸酯类增塑剂、月桂酸酯类增塑剂、柠檬酸酯类增塑剂、油酸酯类增塑剂、偏苯三酸酯类增塑剂、环氧类衍生物增塑剂、磺酸衍生物增塑剂、多元醇衍生物增塑剂、马来酸酯类增塑剂、富马酸酯类增塑剂、衣康酸酯类增塑剂中的一种。

填料选自碳酸钙、滑石粉、陶土、重晶石粉、石膏、云母粉、白炭黑、硅藻土、硅酸钙中的至少一种。

所述热稳定剂选自盐基性铅盐类热稳定剂、金属皂类热稳定剂、有机锡类热稳定剂、多元醇类热稳定剂中的一种。

所述引发剂选自过氧化酯、过氧化碳酸酯、过氧化二酰、过氧化二烷烃、过氧化酮以及氢基过氧化物中的一种。

所述紫外线吸收剂选自水杨酸酯类紫外线吸收剂、二苯甲酮类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、三嗪类紫外线吸收剂、取代丙烯腈类紫外线吸收剂、草酰胺类紫外线吸收剂、有机镍络合物类紫外线吸收剂、受阻胺类紫外线吸收剂中的一种。

所述高强度耐腐蚀塑料板桩的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量配比称取聚氯乙烯，增塑剂，填料，热稳定剂，紫外线吸收剂，乙烯基吡啶，乙烯基嘧啶，引发剂，氧化锆纤维，松香热聚物，全芳香族共聚酯于高速混合机中混合3-5分钟；

(2)将混好的各组分置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒；

(3)将步骤2得到的塑料颗粒在模塑机中熔融成模即可。

实施例1

一种高强度耐腐蚀塑料板桩，包括以下原料：所述聚氯乙烯100份、增塑剂20份、填料12.5份、热稳定剂3份、紫外线吸收剂0.5份、乙烯基吡啶20份、乙烯基嘧啶10份、引发剂0.05份，氧化锆纤维7.5份，松香热聚物6份，全芳香族共聚酯15份。

所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类增塑剂。

填料为碳酸钙。

所述热稳定剂为盐基性铅盐类热稳定剂。

所述引发剂为过氧化酯。

所述紫外线吸收剂为水杨酸酯类紫外线吸收剂。

所述高强度耐腐蚀塑料板桩的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量配比称取聚氯乙烯，增塑剂，填料，热稳定剂，紫外线吸收剂，乙烯基吡啶，乙烯基嘧啶，引发剂，氧化锆纤维，松香热聚物，全芳香族共聚酯于高速混合机中混合3-5分钟；

(2)将混好的各组分置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒；

(3)将步骤2得到的塑料颗粒在模塑机中熔融成模即可。

实施例2

一种高强度耐腐蚀塑料板桩，包括以下原料：所述聚氯乙烯100份、增塑剂22份、填料10份、热稳定剂4份、紫外线吸收剂0.1份、乙烯基吡啶16份、乙烯基嘧啶12份、引发剂0.01份，氧化锆纤维10份，松香热聚物4份，全芳香族共聚酯20份。

所述增塑剂为戊二酸酯类增塑剂。

填料为滑石粉。

所述热稳定剂为有机锡类热稳定剂。

所述引发剂为过氧化碳酸酯。

所述紫外线吸收剂为二苯甲酮类紫外线吸收剂。

所述高强度耐腐蚀塑料板桩的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量配比称取聚氯乙烯，增塑剂，填料，热稳定剂，紫外线吸收剂，乙烯基吡啶，乙烯基嘧啶，引发剂，氧化锆纤维，松香热聚物，全芳香族共聚酯于高速混合机中混合3-5分钟；

(2)将混好的各组分置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒；

(3)将步骤2得到的塑料颗粒在模塑机中熔融成模即可。

实施例3

一种高强度耐腐蚀塑料板桩，包括以下原料：所述聚氯乙烯100份、增塑剂18份、填料15份、热稳定剂2份、紫外线吸收剂1份、乙烯基吡啶16份、乙烯基嘧啶8份、引发剂00.1份，氧化锆纤维5份，松香热聚物8份，全芳香族共聚酯10份。

所述增塑剂为己二酸酯类增塑剂。

填料为陶土、重晶石粉。

所述热稳定剂为多元醇类热稳定剂。

所述引发剂为过氧化二酰。

所述紫外线吸收剂为苯并三唑类紫外线吸收剂。

所述高强度耐腐蚀塑料板桩的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量配比称取聚氯乙烯，增塑剂，填料，热稳定剂，紫外线吸收剂，乙烯基吡啶，乙烯基嘧啶，引发剂，氧化锆纤维，松香热聚物，全芳香族共聚酯于高速混合机中混合3-5分钟；

(2)将混好的各组分置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒；

(3)将步骤2得到的塑料颗粒在模塑机中熔融成模即可。

对比例1

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备塑料板桩的原料中缺少氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯。

对比例2

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备塑料板桩的原料中缺少氧化锆纤维。

对比例3

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备塑料板桩的原料中缺少松香热聚物。

对比例4

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备塑料板桩的原料中缺少全芳香族共聚酯。

对比例5

采用中国专利文献“一种高分子塑钢组合板桩(授权公告号：CN106633578A)”中具体实施例1所述的方法制备塑料板桩。

对比例6

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备塑料板桩的原料中氧化锆纤维为2份、松香热聚物为10份、全芳香族共聚酯为30份。

对比例7

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备塑料板桩的原料中氧化锆纤维为15份、松香热聚物为2份、全芳香族共聚酯为40份。

对比例8

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备塑料板桩的原料中氧化锆纤维为2份、松香热聚物为12份、全芳香族共聚酯为5份。

上述实施例与对比例制备得到的产品压制成板材，进行硬度邵氏硬度测试。抗侵蚀系数K是指试件长期浸泡在一定浓度的硫酸盐溶液中所受的侵蚀程度。

由上表可知：(1)由实施例1-3和对比例5的数据可见，实施例1-3制得的塑料板桩的硬度、抗腐蚀性显著高于对比例5制得的塑料板桩的硬度、抗腐蚀性；同时由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。

(2)由实施例1和对比例1-4的数据可见，氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯在制备塑料板桩中起到了协同作用，协同提高了塑料板桩的硬度和抗腐蚀性；这是：

本发明中以聚氯乙烯，填料为母料，增塑剂可以使其柔韧性增强，容易加工，热稳定剂提高热分解温度，紫外线吸收剂防止在紫外线照射下容易降解或老化，引发剂促进进一步交联，当乙烯基吡啶与乙烯基嘧啶添加一定含量，显著提高分子塑钢板桩的强度及耐候性，可能是因为乙烯基吡啶与乙烯基嘧啶之间的相互作用能减少聚氯乙烯内部的应力，减少次级转变发生的概率，但是只添加上述组分的塑料板桩的硬度和抗腐蚀性并不令人满意，因此申请人通过大量实验和组合，发现添加氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯组分，协同提高了塑料板桩的硬度和抗腐蚀性，其机理可能如下。氧化锆纤维含有丰富的金属氧化物，可以提高塑料板桩的耐碱性，保证板桩不易被腐蚀，并且其本身具有高强度，和极高的热力学稳定性和耐腐蚀效果，从而提高塑料板桩的硬度；松香热聚物为引气剂，引气剂加入到塑料板桩中会使塑料板桩中含有的微量气泡合理均匀分布，从而可以提高强度，还可以有效改善氧化锆纤维的和易性，与氧化锆纤维配合使用，进一步增强混凝土的抗腐蚀效果；全芳香族共聚酯本身具有高强度，其分子链排布具有取向性，与氧化锆纤维能同时形成结晶中心，增加高分子聚合物的晶化度，从而增强塑料板桩的强度，同时其线性分子链利用空间效应，作为聚氯乙烯的分子链之间填充剂，使聚氯乙烯的密度和紧实度提高，从而增加耐腐蚀效果。

(3)由对比例6-8的数据可见，氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯的重量比不在(5-10)：(4-8)：(10-20)范围内时，制得的塑料板桩的抗腐蚀性和硬度改善的数值与实施例1-3的数值相差甚大，远小于实施例1-3的数值，与现有技术(对比例5)的数值相当。本发明氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯作为补强体系，实施例1-3控制制备塑料板桩时通过添加氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯的重量比为(5-10)：(4-8)：(10-20)，实现在补强体系中利用氧化锆纤维作为硬度增强剂和耐腐蚀填充剂，提高塑料板桩的硬度和耐腐蚀性松香热聚物为引气剂，改善氧化锆纤维的和易性；氧化锆纤维与全芳香族共聚酯一起使用，增加高分子聚合物的晶化度和硬度；氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯构成的补强体系在本发明的塑料板桩中，提高塑料板桩的抗腐蚀性和硬度。

以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种高强度耐腐蚀塑料板桩，其特征在于，包括以下原料：聚氯乙烯，增塑剂，填料，热稳定剂，紫外线吸收剂，乙烯基吡啶，乙烯基嘧啶，引发剂，氧化锆纤维，松香热聚物，全芳香族共聚酯；

所述的氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯的重量比为(5-10)：(4-8)：(10-20)。

2.根据权利要求1所述的高强度耐腐蚀塑料板桩，其特征在于，所述氧化锆纤维、松香热聚物、全芳香族共聚酯的重量比为7.5:6:15。

3.根据权利要求1所述的高强度耐腐蚀塑料板桩，其特征在于，所述聚氯乙烯100份、增塑剂18-22份、填料10-15份、热稳定剂2-4份、紫外线吸收剂0.1-1份、乙烯基吡啶16-24份、乙烯基嘧啶8-12份、引发剂0.01-0.1份，氧化锆纤维5-10份，松香热聚物4-8份，全芳香族共聚酯10-20份。

4.根据权利要求1所述的高强度耐腐蚀塑料板桩，其特征在于，所述增塑剂选自邻苯二甲酸酯类增塑剂、戊二酸酯类增塑剂、己二酸酯类增塑剂、壬二酸酯类增塑剂、癸二酸酯类增塑剂、磷酸酯类增塑剂、硬脂酸酯类增塑剂、月桂酸酯类增塑剂、柠檬酸酯类增塑剂、油酸酯类增塑剂、偏苯三酸酯类增塑剂、环氧类衍生物增塑剂、磺酸衍生物增塑剂、多元醇衍生物增塑剂、马来酸酯类增塑剂、富马酸酯类增塑剂、衣康酸酯类增塑剂中的一种。

5.根据权利要求1所述的高强度耐腐蚀塑料板桩，其特征在于，填料选自碳酸钙、滑石粉、陶土、重晶石粉、石膏、云母粉、白炭黑、硅藻土、硅酸钙中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的高强度耐腐蚀塑料板桩，其特征在于，所述热稳定剂选自盐基性铅盐类热稳定剂、金属皂类热稳定剂、有机锡类热稳定剂、多元醇类热稳定剂中的一种。

7.根据权利要求1所述的高强度耐腐蚀塑料板桩，其特征在于，所述引发剂选自过氧化酯、过氧化碳酸酯、过氧化二酰、过氧化二烷烃、过氧化酮以及氢基过氧化物中的一种。

8.根据权利要求1所述的高强度耐腐蚀塑料板桩，其特征在于，所述紫外线吸收剂选自水杨酸酯类紫外线吸收剂、二苯甲酮类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、三嗪类紫外线吸收剂、取代丙烯腈类紫外线吸收剂、草酰胺类紫外线吸收剂、有机镍络合物类紫外线吸收剂、受阻胺类紫外线吸收剂中的一种。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的高强度耐腐蚀塑料板桩的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按重量配比称取聚氯乙烯，增塑剂，填料，热稳定剂，紫外线吸收剂，乙烯基吡啶，乙烯基嘧啶，引发剂，氧化锆纤维，松香热聚物，全芳香族共聚酯于高速混合机中混合3-5分钟；

(2)将混好的各组分置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒；

(3)将步骤2得到的塑料颗粒在模塑机中熔融成模即可。