CN108892886A - 改性碳酸钙增强pvc管材及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性碳酸钙增强PVC管材及制备方法，所述PVC管材包括以下重量份数的原料：PVC树脂100份、丁腈树脂5‑15份、苯胺‑磺酸基苯胺共聚物2‑5份、氧化镧1‑4份、改性碳酸钙10‑20份、壳聚糖3‑5份、莫来石晶须2‑4份、偶联剂3‑5份、润滑剂1‑3份、交联剂0.5‑2份、抗氧化剂0.5‑1.5份、稳定剂0.5‑1.5份和加工助剂1‑4份。本发明采用独特的原料配方及各组分的协调作用，制备的PVC管材具有高强度、高韧性、抗冲击性能强、耐磨、耐热、不易变形、稳定性好、耐老化、阻燃性等优点，其加工工艺简单、成本较为低廉，市场前景广阔。

Description

改性碳酸钙增强PVC管材及制备方法
技术领域
本发明涉及塑料管技术领域，具体是一种改性碳酸钙增强PVC管材及制备方法。
背景技术
PVC 管材具有耐腐蚀性强、强度高、刚性好等特点，因此，广泛应用于建筑给排水、城乡给排水、城市燃气、电力和光缆护套、工业流体输送、农业灌溉等建筑业、市政、工业和农业领域，是一种适用范围仅次于聚乙烯的塑料管材。但由于PVC树脂本身存在耐热性差、抗冲击能力差问题，从而导致运用PVC树脂制备的塑料管材相应也存在耐热性差，在光照条件下易老化、变形、易脆等问题，缩短了管材的使用寿命。
碳酸钙是一种重要的无机化工产品，被广泛地应用于橡胶、塑料、造纸、复合板、涂料、油墨、医药、汽车涂料、化妆品、食品等工业中。碳酸钙作为PVC管材的重要填料之一，但由于碳酸钙粒子粒径越小，表面上的原子数越多，则表面能越高，吸附作用越强，各个粒子间相互团聚；其次是碳酸钙作为一种无机填料，粒子表面亲水疏油，与PVC树脂的亲和性差、易形成聚集体，造成高聚物内部缺陷、力学性能变差。为了提高碳酸钙的填充性能，必须采用有效的工艺及表面改性方法对其碳酸钙进行表面改性。目前对碳酸钙改性的方法中，主要选用的表面处理剂通常为脂肪酸或其盐，虽然体系的分散性和加工流动性有所改善，但由于PVC树脂很难与碳酸钙填料有效结合，导致基体与填料的界面粘结力差，从而造成PVC管材的力学强度不高。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明目的在于提供一种高强度、高韧性、耐腐蚀、耐热性好、抗冲击性强、使用寿命长的PVC管材及制备方法。
一种改性碳酸钙增强PVC管材，所述PVC管材包括以下重量份数的原料：
PVC树脂100份、丁腈树脂5-15份、苯胺-磺酸基苯胺共聚物2-5份、氧化镧1-4份、改性碳酸钙10-20份、壳聚糖3-5份、莫来石晶须2-4份、偶联剂3-5份、润滑剂1-3份、交联剂0.5-2份、抗氧化剂0.5-1.5份、稳定剂0.5-1.5份和加工助剂1-4份。
进一步地，所述改性碳酸钙是通过以下步骤改性而得到：
（1）将石灰石加入破碎机进行破碎，粉碎至粒径≤0.40mm，得碳酸钙粗粉；
（2）将碳酸钙粗粉加入研磨机，再加入N-二甲基-对十八烷基苯磺酰胺丙基铵基丙磺酸盐和三聚甘油单硬脂酸酯组成的表面处理剂，所述表面处理剂的加入量为石灰石重量的2-4%，研磨，得粒径为160-250目的碳酸钙细粉；
（3）将碳酸钙细粉加入搅拌机，再加入聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯和菜油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯组成的二次改性剂加入搅拌机，二次改性剂的加入量为石灰石重量的1.5-2.5%，高速搅拌混合均匀，得改性碳酸钙；
（4）将改性碳酸钙干燥，研磨至500-1000目，过筛，得PVC管材用改性碳酸钙。
进一步地，所述N-二甲基-对十八烷基苯磺酰胺丙基铵基丙磺酸盐和三聚甘油单硬脂酸酯的重量比为1:1-3；所述二次改性剂中聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯和菜油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯的重量比为1-2:1。
进一步地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、甲基丙烯酸铝-锆偶联剂和稀土偶联剂中的一种或多种组合。
进一步地，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺和乙烯丙烯酸共聚物。
进一步地，所述交联剂为三烯丙基异氰尿酸酯和马来松香丙烯酸乙二醇酯组成。
进一步地，所述稳定剂为六甲基环三硅氮烷和钙锌稳定剂。
进一步地，所述抗氧化剂为1010抗氧化剂、1076抗氧化剂或CA抗氧化剂。
进一步地，所述加工助剂为丙烯醇基聚氧乙烯醚和月桂醇琥珀酸单酯磺酸钠。
本发明所述改性碳酸钙增强PVC管材的制备方法，包括如下步骤：
S1：按照上述配方称取上述各原料，将PVC树脂、丁腈树脂、苯胺-磺酸基苯胺共聚物和氧化镧加入搅拌机，搅拌20-30min，得改性物料；
S2:桨改性物料中加入高速搅拌机，升温至120-140℃，再加入改性碳酸钙、壳聚糖、莫来石晶须搅拌混合均匀后，最后加入偶联剂、润滑剂、交联剂、抗氧化剂、稳定剂和加工助剂，搅拌10-20min充分混合均匀，得混合料；
S3:将混合料输送至双螺杆挤出机挤压成型，在温度为150-180℃下挤压成型，冷却定型，即得PVC管材。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：
1、本发明采用独特的原料配方及各组分的协调作用，制备的PVC管材具有高强度、高韧性、抗冲击性能强、耐磨、耐热、不易变形、稳定性好、耐老化、阻燃性等优点，其加工工艺简单、成本较为低廉，市场前景广阔。
2、本发明PVC树脂配以丁腈树脂使用，再用苯胺-磺酸基苯胺共聚物和氧化镧，提高了管材体系的韧性、抗冲击能力及耐热性，有效克服PVC树脂自身易脆、不耐热等缺陷。
3、本发明所使用的碳酸钙经过N-二甲基-对十八烷基苯磺酰胺丙基铵基丙磺酸盐和三聚甘油单硬脂酸酯进行表面改性，由于在碳酸钙粒子表面引入长碳链脂肪酸、羟基、羧基、羰基、磺酸基、氨基等基团，不仅可以提高碳酸钙的相容性、分散性和加工流动性，各基团与PVC管材体系形成网络结构，使得碳酸钙与PVC树脂具有很好的相容性，提高反应体系界面粘结力，提高板材的强度和韧性。
4、本发明所用的碳酸钙进行一次表面改性后，还用聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯和菜油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯进行二次改性，由于两者物质都为无机-有机杂化结构，在碳酸钙粒子表面引入硅氧键、羧基、氨基及硼酸等基团，可以显著提高管材的阻燃性、耐热性、韧性及抗老化性能。
5、本发明配方还加入壳聚糖和莫来石晶须，不仅达到增强补韧的效果，还能提高管材的耐磨损、耐高温、抗老化性能。
6、本发明所使用的交联剂不仅使得整个反应体系形成网络结构，提高管材的强度和韧性，还能提高管材的耐热性和抗氧化剂。
7、本发明所使用的增塑剂和加工助剂，不仅可以改善整个反应体系的分散性和加工性能，提高制品的光洁度，还能提高制品的耐热性和耐磨性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
实施例1
一种改性碳酸钙增强PVC管材，包括以下重量份数的原料：PVC树脂100份、丁腈树脂12份、苯胺-磺酸基苯胺共聚物3份、氧化镧2.5份、改性碳酸钙15份、壳聚糖3份、莫来石晶须2份、甲基丙烯酸铝-锆偶联剂4份、润滑剂1.5份、交联剂1份、1010抗氧化剂1份、稳定剂0.5份和加工助剂2份。
所述改性碳酸钙是通过以下步骤改性而得到：
（1）将石灰石加入破碎机进行破碎，粉碎至粒径≤0.40mm，得碳酸钙粗粉；
（2）将碳酸钙粗粉加入研磨机，再加入重量比为1:2的N-二甲基-对十八烷基苯磺酰胺丙基铵基丙磺酸盐和三聚甘油单硬脂酸酯组成的表面处理剂，所述表面处理剂的加入量为石灰石重量的3%，研磨，得粒径为200目的碳酸钙细粉；
（3）将碳酸钙细粉加入搅拌机，再加入重量比为1:1的聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯和菜油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯组成的二次改性剂加入搅拌机，二次改性剂的加入量为石灰石重量的2%，高速搅拌混合均匀，得改性碳酸钙；
（4）将改性碳酸钙干燥，研磨至600目，过筛，得PVC管材用改性碳酸钙。
所述润滑剂为重量比为2:1的乙撑双硬脂酰胺和乙烯丙烯酸共聚物。所述交联剂为重量比为1:1的三烯丙基异氰尿酸酯和马来松香丙烯酸乙二醇酯组成。所述稳定剂为重量比为2:1的六甲基环三硅氮烷和钙锌稳定剂。所述加工助剂为重量比为3:1的丙烯醇基聚氧乙烯醚和月桂醇琥珀酸单酯磺酸钠。
本发明所述改性碳酸钙增强PVC管材的制备方法，包括如下步骤：
S1：按照上述配方称取上述各原料，将PVC树脂、丁腈树脂、苯胺-磺酸基苯胺共聚物和氧化镧加入搅拌机，搅拌25min，得改性物料；
S2:桨改性物料中加入高速搅拌机，升温至130℃，再加入改性碳酸钙、壳聚糖、莫来石晶须搅拌混合均匀后，最后加入偶联剂、润滑剂、交联剂、抗氧化剂、稳定剂和加工助剂，搅拌15min充分混合均匀，得混合料；
S3:将混合料输送至双螺杆挤出机挤压成型，在温度为150-180℃下挤压成型，冷却定型，即得PVC管材。
实施例2
一种改性碳酸钙增强PVC管材，包括以下重量份数的原料：PVC树脂100份、丁腈树脂15份、苯胺-磺酸基苯胺共聚物4份、氧化镧3份、改性碳酸钙18份、壳聚糖4份、莫来石晶须4份、硅烷偶联剂3.5份、润滑剂2份、交联剂1.5份、1076抗氧化剂1.5份、稳定剂1份和加工助剂3份。
所述改性碳酸钙是通过以下步骤改性而得到：
（1）将石灰石加入破碎机进行破碎，粉碎至粒径≤0.40mm，得碳酸钙粗粉；
（2）将碳酸钙粗粉加入研磨机，再加入重量比为1:3的N-二甲基-对十八烷基苯磺酰胺丙基铵基丙磺酸盐和三聚甘油单硬脂酸酯组成的表面处理剂，所述表面处理剂的加入量为石灰石重量的4%，研磨，得粒径为250目的碳酸钙细粉；
（3）将碳酸钙细粉加入搅拌机，再加入重量比为1:1的聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯和菜油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯组成的二次改性剂加入搅拌机，二次改性剂的加入量为石灰石重量的1.5%，高速搅拌混合均匀，得改性碳酸钙；
（4）将改性碳酸钙干燥，研磨至800目，过筛，得PVC管材用改性碳酸钙。
所述润滑剂为重量比为1:1的乙撑双硬脂酰胺和乙烯丙烯酸共聚物。所述交联剂为重量比为1:3的三烯丙基异氰尿酸酯和马来松香丙烯酸乙二醇酯组成。所述稳定剂为重量比为1:1的六甲基环三硅氮烷和钙锌稳定剂。所述加工助剂为重量比为2:1的丙烯醇基聚氧乙烯醚和月桂醇琥珀酸单酯磺酸钠。
本发明所述改性碳酸钙增强PVC管材的制备方法，包括如下步骤：
S1：按照上述配方称取上述各原料，将PVC树脂、丁腈树脂、苯胺-磺酸基苯胺共聚物和氧化镧加入搅拌机，搅拌30min，得改性物料；
S2:桨改性物料中加入高速搅拌机，升温至140℃，再加入改性碳酸钙、壳聚糖、莫来石晶须搅拌混合均匀后，最后加入偶联剂、润滑剂、交联剂、抗氧化剂、稳定剂和加工助剂，搅拌20min充分混合均匀，得混合料；
S3:将混合料输送至双螺杆挤出机挤压成型，在温度为150-180℃下挤压成型，冷却定型，即得PVC管材。
实施例3
一种改性碳酸钙增强PVC管材，包括以下重量份数的原料：PVC树脂100份、丁腈树脂20份、苯胺-磺酸基苯胺共聚物2份、氧化镧4份、改性碳酸钙20份、壳聚糖5份、莫来石晶须2份、稀土偶联剂4份、润滑剂1.5份、交联剂1份、CA抗氧化剂0.5份、稳定剂1.5份和加工助剂2份。
所述改性碳酸钙是通过以下步骤改性而得到：
（1）将石灰石加入破碎机进行破碎，粉碎至粒径≤0.40mm，得碳酸钙粗粉；
（2）将碳酸钙粗粉加入研磨机，再加入重量比为1:2的N-二甲基-对十八烷基苯磺酰胺丙基铵基丙磺酸盐和三聚甘油单硬脂酸酯组成的表面处理剂，所述表面处理剂的加入量为石灰石重量的2%，研磨，得粒径为160目的碳酸钙细粉；
（3）将碳酸钙细粉加入搅拌机，再加入重量比为2:1的聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯和菜油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯组成的二次改性剂加入搅拌机，二次改性剂的加入量为石灰石重量的2.5%，高速搅拌混合均匀，得改性碳酸钙；
（4）将改性碳酸钙干燥，研磨至1000目，过筛，得PVC管材用改性碳酸钙。
所述润滑剂为重量比为1:3的乙撑双硬脂酰胺和乙烯丙烯酸共聚物。所述交联剂为重量比为1:1的三烯丙基异氰尿酸酯和马来松香丙烯酸乙二醇酯组成。所述稳定剂为重量比为2:1的六甲基环三硅氮烷和钙锌稳定剂。所述加工助剂为重量比为1:1的丙烯醇基聚氧乙烯醚和月桂醇琥珀酸单酯磺酸钠。
本发明所述改性碳酸钙增强PVC管材的制备方法，包括如下步骤：
S1：按照上述配方称取上述各原料，将PVC树脂、丁腈树脂、苯胺-磺酸基苯胺共聚物和氧化镧加入搅拌机，搅拌20min，得改性物料；
S2:桨改性物料中加入高速搅拌机，升温至120℃，再加入改性碳酸钙、壳聚糖、莫来石晶须搅拌混合均匀后，最后加入偶联剂、润滑剂、交联剂、抗氧化剂、稳定剂和加工助剂，搅拌10min充分混合均匀，得混合料；
S3:将混合料输送至双螺杆挤出机挤压成型，在温度为150-180℃下挤压成型，冷却定型，即得PVC管材。
实施例4
一种改性碳酸钙增强PVC管材，包括以下重量份数的原料：PVC树脂100份、丁腈树脂10份、苯胺-磺酸基苯胺共聚物5份、氧化镧2.5份、改性碳酸钙10份、壳聚糖4份、莫来石晶须4份、稀土偶联剂3份、润滑剂3份、交联剂1.5份、1010抗氧化剂1.5份、稳定剂1份和加工助剂4份。
所述改性碳酸钙是通过以下步骤改性而得到：
（1）将石灰石加入破碎机进行破碎，粉碎至粒径≤0.40mm，得碳酸钙粗粉；
（2）将碳酸钙粗粉加入研磨机，再加入重量比为1:3的N-二甲基-对十八烷基苯磺酰胺丙基铵基丙磺酸盐和三聚甘油单硬脂酸酯组成的表面处理剂，所述表面处理剂的加入量为石灰石重量的4%，研磨，得粒径为250目的碳酸钙细粉；
（3）将碳酸钙细粉加入搅拌机，再加入重量比为1:1的聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯和菜油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯组成的二次改性剂加入搅拌机，二次改性剂的加入量为石灰石重量的2%，高速搅拌混合均匀，得改性碳酸钙；
（4）将改性碳酸钙干燥，研磨至500目，过筛，得PVC管材用改性碳酸钙。
所述润滑剂为重量比为1:2的乙撑双硬脂酰胺和乙烯丙烯酸共聚物。所述交联剂为重量比为1:3的三烯丙基异氰尿酸酯和马来松香丙烯酸乙二醇酯组成。所述稳定剂为重量比为1:1的六甲基环三硅氮烷和钙锌稳定剂。所述加工助剂为重量比为1:2的丙烯醇基聚氧乙烯醚和月桂醇琥珀酸单酯磺酸钠。
本发明所述改性碳酸钙增强PVC管材的制备方法，包括如下步骤：
S1：按照上述配方称取上述各原料，将PVC树脂、丁腈树脂、苯胺-磺酸基苯胺共聚物和氧化镧加入搅拌机，搅拌25min，得改性物料；
S2:桨改性物料中加入高速搅拌机，升温至130℃，再加入改性碳酸钙、壳聚糖、莫来石晶须搅拌混合均匀后，最后加入偶联剂、润滑剂、交联剂、抗氧化剂、稳定剂和加工助剂，搅拌20min充分混合均匀，得混合料；
S3:将混合料输送至双螺杆挤出机挤压成型，在温度为150-180℃下挤压成型，冷却定型，即得PVC管材。
对比例
本实施例与实施例4的不同之处在于：本实施例PVC管材所用的碳酸钙为直接将石灰石研磨至500目，不经过任何的改性。
将实施例1-4及对比例制备的PVC管材按照常规方法测定样品的拉伸强度、弯曲强度、简支梁缺口冲击强度、断裂伸长率%、软化温度及氧指数，测试结果如表1所示。
表1：本发明PVC管材的性能测试结果
产品 拉伸强度（MPa） 弯曲强度（MPa） 简支梁缺口冲击强度（KJ/m2） 断裂伸长率（%） 维卡软化温度（℃） 氧指数（%）
实施例1 52.1 37.5 18.9 197.2 102.6 43.6
实施例2 53.6 39.5 17.6 201.6 111.3 45.2
实施例3 49.7 34.1 15.2 186.8 109.4 41.9
实施例4 51.8 36.9 17.6 211.3 106.9 40.6
对比例 44.9 30.4 13.5 167.3 92.6 37.5
从上表得知，本发明制备的PVC管材具有高强度、高韧性、抗冲击性能强、耐热、阻燃性好等优点，市场前景广阔。
以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的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的前提下，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种改性碳酸钙增强PVC管材，其特征在于：所述PVC管材包括以下重量份数的原料：
PVC树脂100份、丁腈树脂5-15份、苯胺-磺酸基苯胺共聚物2-5份、氧化镧1-4份、改性碳酸钙10-20份、壳聚糖3-5份、莫来石晶须2-4份、偶联剂3-5份、润滑剂1-3份、交联剂0.5-2份、抗氧化剂0.5-1.5份、稳定剂0.5-1.5份和加工助剂1-4份。
2.根据权利要求1所述改性碳酸钙增强PVC管材，其特征在于：所述改性碳酸钙是通过以下步骤改性而得到：
（1）将石灰石加入破碎机进行破碎，粉碎至粒径≤0.40mm，得碳酸钙粗粉；
（2）将碳酸钙粗粉加入研磨机，再加入N-二甲基-对十八烷基苯磺酰胺丙基铵基丙磺酸盐和三聚甘油单硬脂酸酯组成的表面处理剂，所述表面处理剂的加入量为石灰石重量的2-4%，研磨，得粒径为160-250目的碳酸钙细粉；
（3）将碳酸钙细粉加入搅拌机，再加入聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯和菜油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯组成的二次改性剂加入搅拌机，二次改性剂的加入量为石灰石重量的1.5-2.5%，高速搅拌混合均匀，得改性碳酸钙；
（4）将改性碳酸钙干燥，研磨至500-1000目，过筛，得PVC管材用改性碳酸钙。
3.根据权利要求2所述的改性碳酸钙增强PVC管材，其特征在于：所述N-二甲基-对十八烷基苯磺酰胺丙基铵基丙磺酸盐和三聚甘油单硬脂酸酯的重量比为1:1-3；所述二次改性剂中聚硅氧烷氨酯丙烯酸酯和菜油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯的重量比为1-2:1。
4.根据权利要求1所述的改性碳酸钙增强PVC管材，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂、甲基丙烯酸铝-锆偶联剂和稀土偶联剂中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的改性碳酸钙增强PVC管材，其特征在于：所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺和乙烯丙烯酸共聚物。
6.根据权利要求1所述的改性碳酸钙增强PVC管材，其特征在于：所述交联剂为三烯丙基异氰尿酸酯和马来松香丙烯酸乙二醇酯组成。
7.根据权利要求1所述的改性碳酸钙增强PVC管材，其特征在于：所述稳定剂为六甲基环三硅氮烷和钙锌稳定剂。
8.根据权利要求1所述的改性碳酸钙增强PVC管材，其特征在于：所述抗氧化剂为1010抗氧化剂、1076抗氧化剂或CA抗氧化剂。
9.根据权利要求1所述的改性碳酸钙增强PVC管材，其特征在于：所述加工助剂为丙烯醇基聚氧乙烯醚和月桂醇琥珀酸单酯磺酸钠。
10.一种如权利要求1-9任一项所述改性碳酸钙增强PVC管材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：按照上述配方称取上述各原料，将PVC树脂、丁腈树脂、苯胺-磺酸基苯胺共聚物和氧化镧加入搅拌机，搅拌20-30min，得改性物料；
S2:桨改性物料中加入高速搅拌机，升温至120-140℃，再加入改性碳酸钙、壳聚糖、莫来石晶须搅拌混合均匀后，最后加入偶联剂、润滑剂、交联剂、抗氧化剂、稳定剂和加工助剂，搅拌10-20min充分混合均匀，得混合料；
S3:将混合料输送至双螺杆挤出机，在温度为150-180℃下挤压成型，冷却定型，即得PVC管材。
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