CN109438853A - 一种使用寿命长的ppr管道及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用寿命长的PPR管道，包括如下重量分数的组分：PPR 100份；色母料4‑6份；联接链调节剂10‑15份；纳米粒子4‑6份；β晶型成核剂1‑20份；抗氧化剂1‑3份；光稳定剂2‑8份，所述联接链调节剂为间戊二烯，纳米粒子为外壳为天然橡胶内核为甲基丙烯酸甲酯的核壳纳米粒子，还提供了制备本发明管道的制备方法。本发明的目的在于提供一种使用寿命长的PPR管道及其制备方法，旨在提高PPR管道在低温下的韧性、抗冲击性能、改善低温脆性的缺点带来的影响，延长PPR管道的使用寿命。

Description

一种使用寿命长的PPR管道及其制备方法

技术领域

本发明涉及PPR塑料管道的加工技术领域，特别涉及一种使用寿命长的PPR管道及其制备方法。

背景技术

无规共聚聚丙烯(PPR)树脂是目前塑料管道材生产中最常用的原料之一。因共聚单体在聚丙烯主链上无规分布，改变了其分子结构和结晶特征，使得材料具有优异的物理机械性能、成型加工性能和良好的化学稳定性。这种生产成本低、无毒抗腐蚀材料在上水管道、淡水输送管道、建筑采暖管道、化学物质输送管道、农林灌溉管道等管道材的发展过程中起到了至关重要的作用。然而PPR管道的缺口冲击强度较低，尤其是在低温时更为突出，这就限制了PPR管道作为低温运输物料的应用领域。

在静液压载荷下，随着温度、随温度、时间、载荷大小的变化，PPR管道可发生韧性断裂或脆性断裂。PPR热水管道的主要破坏方式有三种，即韧性破坏、脆性破坏和氧化破坏。不管道什么环境和温度条件下，高的应力导致管道子的韧性破坏，而低的应力易导致缓慢开裂增长的脆性破坏。脆性破坏的本质在于应力开裂，裂缝的增长速度很慢，称为慢速裂纹增长；也可能相当快，瞬间开裂，称为快速裂纹增长。脆性破坏是由管道壁上有穿透性的纵向裂纹形成导致的。PPR管道的开裂大多数是低温或者常温下，随着使用时间的推移，管道形成脆性破裂。

为了改善PPR管道在低温下的脆性破裂，延长PPR管道在低温下的应用领域和使用寿命，急需研发一种新的PPR管道及其制备的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用寿命长的PPR管道及其制备方法，旨在提高PPR管道在低温下的韧性、抗冲击性能、改善低温脆性的缺点带来的影响，延长PPR管道的使用寿命。

本发明提供一种使用寿命长的PPR管道，包括如下重量分数的组分：PPR 100份 色母料4-6份 联接链调节剂10-15份 纳米粒子4-6份 β晶型成核剂1-20份 抗氧化剂1-3份光稳定剂2-8份，所述联接链调节剂为间戊二烯，纳米粒子为外壳为天然橡胶内核为甲基丙烯酸甲酯的核壳纳米粒子。

作为本发明的进一步改进，β晶型成核剂为WBG-2或者TMB-5。

作为本发明的进一步改进，抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168或者抗氧化剂330中的任意一种或一种以上的混合物。

作为本发明的进一步改进，光稳定剂为光稳定剂LQ-292、光稳定剂770或者光稳定剂765中的任意一种或一种以上的混合物。

本发明还提供一种使用寿命长的PPR管道的制备方法，包括以下步骤：

S1：制备纳米粒子：在80-100℃下，将甲基丙烯酸甲酯滴加至装有天然橡胶胶乳的反应釜中，加入AIBN反应12h，干燥，得到胶状物A；

S2：制备耐低温开裂的PPR管道：将步骤S1的胶状物A溶解，然后将胶状物A溶解后的溶液、PPR、色母粒、间戊二烯、β晶型成核剂、抗氧化剂、光稳定剂和交联剂三烯丙基异氰脲酸酯加入高速搅拌机中搅拌均匀后，用单螺杆管道材挤出机进行挤管道成型，经过超声波测厚、牵引、切割制得耐低温开裂的PPR管道；

S3：退火工艺：将步骤S2制得的耐低温开裂的PPR管道放置于烘箱120℃下热处理6h，细化晶粒，消除管道内应力，得到目的产物的耐低温开裂的PPR管道。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明PPR管道添加联接链调控剂、纳米粒子和β晶型成核剂，三种物质协同作用，提高了PPR管道中分子的结构的稳定性，增加了在PPR管道的脆性开裂过程中分子承受应力的能力，降低了PPR管道低温或者常温下的脆性开裂的几率，延长了PPR管道的使用寿命，符合市场实际要求。

2.本发明的联接链调控剂为间戊二烯，间戊二烯单体或者间戊二烯的低聚物能在PPR生产过程中起着联接链分子的作用，一方面能增大PPR结晶中分子链的无规折叠的趋势，提高PPR分子链的柔性，使得PPR的韧性和抗冲击性能增加；另一方面，PPR中较长的共聚间戊二烯联接链和PPR中自身聚乙烯联接链缠结在一起，增大PPR联接链的数量的同时提高联接链之间的交联、缠绕的复杂程度，提高联接链的相互作用力，延长联接链受外界应力解缠、松弛的时间，减少PPR管道在低温下受应力产生应力的几率，延长PPR管道的使用寿命。

3.本发明的纳米粒子是外层为天然橡胶内层为甲基丙烯酸甲酯的核壳纳米微球，结合天然橡胶优异的韧性和甲基丙烯酸甲酯的刚性，能有效改善PPR管道中低应力下应力集中的分布状态，分散应力，提高PPR管道的韧性，刚性的内核又弥补外壳柔软的缺点，提高PPR管道的硬度和稳定性。

4.本发明纳米粒子的外壳为天然橡胶，天然橡胶的主要成分为聚异戊二烯，能与联接链调节剂间戊二烯分子官能团相似，进行相互吸引的作用，提高纳米粒子的分散性，减少纳米粒子在PPR中的团聚效应，而且联接链周围的纳米粒子的天然橡胶外壳也能优先吸收消耗有害应力，减少联接链解缠的可能性，提高PPR中联接链的稳定性。

5.本发明的β晶型成核剂为WBG-2或者TMB-5，能在PPR加工成型过程中诱导β晶型的生成，细化晶粒，减小片晶之间的距离，增加PPR管道的弹性模量、韧性、抗冲击强度和耐高温性能，而且，降低片晶的厚度、缩小片晶之间的距离能减小片晶之间联接链缠结的难度，提高联接链缠结的数量以及复杂性，协同提高PPR管道的耐有害低应力的能力，进一步提高PPR管道的力学性能和耐低温开裂性能。

6.本发明采用退火工艺，能提高PPR管道中的β晶型成核剂的活性，促进PPR管道中的α晶型向β晶型转化，进一步细化PPR管道中的晶粒，缩小片晶之间的距离，从而达到进一步提高PPR管道的力学性能和耐低温开裂性能的目的。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明披露了一种使用寿命长的PPR管道及其制备方法，具体实施方式如下。

本发明的间戊二烯的为使用的间戊二烯单体进行交联反应。

实施例1

本发明提供一种使用寿命长的PPR管道，包括如下重量分数的组分：PPR 100份 色母料4份，联接链调节剂间戊二烯10份，纳米粒子外壳为天然橡胶内核为甲基丙烯酸甲酯的核壳纳米粒子(以下简称为NR-g-PMMA)4份，β晶型成核剂WBG-2 1份，抗氧化剂1010 1份，光稳定剂光稳定剂LQ-292 2-份。

本发明还提供一种使用寿命长的PPR管道的制备方法，包括以下步骤：

S1：制备纳米粒子：在80-100℃下，将甲基丙烯酸甲酯滴加至装有天然橡胶胶乳的反应釜中，加入AIBN反应12h，干燥，得到胶状物A；

S2：制备耐低温开裂的PPR管道：将步骤S1的胶状物A溶解，然后将胶状物A溶解后的溶液、PPR 100份 色母料4份，联接链调节剂间戊二烯10份，纳米粒子外壳为天然橡胶内核为甲基丙烯酸甲酯的核壳纳米粒子(以下简称为NR-g-PMMA)4份，β晶型成核剂WBG-2 1份，抗氧化剂1010 1份，光稳定剂光稳定剂LQ-292 2-份和交联剂三烯丙基异氰脲酸酯10份加入高速搅拌机中搅拌均匀后，用单螺杆管道材挤出机进行挤管道成型，经过超声波测厚、牵引、切割制得耐低温开裂的PPR管道；

S3：退火工艺：将步骤S2制得的耐低温开裂的PPR管道放置于烘箱120℃下热处理6h，细化晶粒，消除管道内应力，得到目的产物的耐低温开裂的PPR管道。

实施例2

本发明提供一种使用寿命长的PPR管道，包括如下重量分数的组分：PPR 100份 色母料6份，联接链调节剂间戊二烯15份，纳米粒子外壳NR-g-PMMA 6份，β晶型成核剂TMB-520份，抗氧化剂1683份，光稳定剂770 8份。

本发明还提供一种使用寿命长的PPR管道的制备方法，包括以下步骤：

S1：制备纳米粒子：在80-100℃下，将甲基丙烯酸甲酯滴加至装有天然橡胶胶乳的反应釜中，加入AIBN反应12h，干燥，得到胶状物A；

S2：制备耐低温开裂的PPR管道：将步骤S1的胶状物A溶解，然后将胶状物A溶解后的溶液、PPR 100份 色母料6份，联接链调节剂间戊二烯15份，纳米粒子外壳NR-g-PMMA 6份，β晶型成核剂TMB-5 20份，抗氧化剂1683份，光稳定剂光稳定剂770 8份和交联剂三烯丙基异氰脲酸酯10份加入高速搅拌机中搅拌均匀后，用单螺杆管道材挤出机进行挤管道成型，经过超声波测厚、牵引、切割制得耐低温开裂的PPR管道；

S3：退火工艺：将步骤S2制得的耐低温开裂的PPR管道放置于烘箱120℃下热处理6h，细化晶粒，消除管道内应力，得到目的产物的耐低温开裂的PPR管道。

实施例3

本发明提供一种使用寿命长的PPR管道，包括如下重量分数的组分：PPR 100份 色母料5份，联接链调节剂间戊二烯12份，纳米粒子外壳NR-g-PMMA 5份，β晶型成核剂WBG-210份，抗氧化剂330 2份，光稳定剂765 5份。

本发明还提供一种使用寿命长的PPR管道的制备方法，包括以下步骤：

S1：制备纳米粒子：在80-100℃下，将甲基丙烯酸甲酯滴加至装有天然橡胶胶乳的反应釜中，加入AIBN反应12h，干燥，得到胶状物A；

S2：制备耐低温开裂的PPR管道：将步骤S1的胶状物A溶解，然后将胶状物A溶解后的溶液、PPR 100份 色母料5份，联接链调节剂间戊二烯12份，纳米粒子外壳NR-g-PMMA 5份，β晶型成核剂WBG-210份，抗氧化剂330 2份，光稳定剂765 5份和交联剂三烯丙基异氰脲酸酯10份加入高速搅拌机中搅拌均匀后，用单螺杆管道材挤出机进行挤管道成型，经过超声波测厚、牵引、切割制得耐低温开裂的PPR管道；

S3：退火工艺：将步骤S2制得的耐低温开裂的PPR管道放置于烘箱120℃下热处理6h，细化晶粒，消除管道内应力，得到目的产物的耐低温开裂的PPR管道。

对比例1

本发明提供一种使用寿命长的PPR管道，包括如下重量分数的组分：PPR 100份 色母料5份，纳米粒子外壳NR-g-PMMA 5份，β晶型成核剂WBG-2 10份，抗氧化剂330 2份，光稳定剂765 5份。

本发明还提供一种使用寿命长的PPR管道的制备方法，包括以下步骤：

S1：制备纳米粒子：在80-100℃下，将甲基丙烯酸甲酯滴加至装有天然橡胶胶乳的反应釜中，加入AIBN反应12h，干燥，得到胶状物A；

S2：制备耐低温开裂的PPR管道：将步骤S1的胶状物A溶解，然后将胶状物A溶解后的溶液、PPR 100份 色母料5份，纳米粒子外壳NR-g-PMMA 5份，β晶型成核剂WBG-2 10份，抗氧化剂330 2份，光稳定剂765 5份和交联剂三烯丙基异氰脲酸酯10份加入高速搅拌机中搅拌均匀后，用单螺杆管道材挤出机进行挤管道成型，经过超声波测厚、牵引、切割制得耐低温开裂的PPR管道；

S3：退火工艺：将步骤S2制得的耐低温开裂的PPR管道放置于烘箱120℃下热处理6h，细化晶粒，消除管道内应力，得到目的产物的耐低温开裂的PPR管道。

对比例2

本发明提供一种使用寿命长的PPR管道，包括如下重量分数的组分：PPR 100份 色母料5份，联接链调节剂间戊二烯12份，β晶型成核剂WBG-2 10份，抗氧化剂330 2份，光稳定剂765 5份。

本发明还提供一种使用寿命长的PPR管道的制备方法，包括以下步骤：

S1：制备纳米粒子：在80-100℃下，将甲基丙烯酸甲酯滴加至装有天然橡胶胶乳的反应釜中，加入AIBN反应12h，干燥，得到胶状物A；

S2：制备耐低温开裂的PPR管道：将步骤S1的胶状物A溶解，然后将胶状物A溶解后的溶液、PPR 100份 色母料5份，联接链调节剂间戊二烯12份，β晶型成核剂WBG-2 10份，抗氧化剂330 2份，光稳定剂765 5份和交联剂三烯丙基异氰脲酸酯10份加入高速搅拌机中搅拌均匀后，用单螺杆管道材挤出机进行挤管道成型，经过超声波测厚、牵引、切割制得耐低温开裂的PPR管道；

S3：退火工艺：将步骤S2制得的耐低温开裂的PPR管道放置于烘箱120℃下热处理6h，细化晶粒，消除管道内应力，得到目的产物的耐低温开裂的PPR管道。

对比例3

本发明提供一种使用寿命长的PPR管道，包括如下重量分数的组分：PPR 100份 色母料5份，β晶型成核剂WBG-2 10份，抗氧化剂330 2份，光稳定剂765 5份。

本发明还提供一种使用寿命长的PPR管道的制备方法，包括以下步骤：

S1：制备纳米粒子：在80-100℃下，将甲基丙烯酸甲酯滴加至装有天然橡胶胶乳的反应釜中，加入AIBN反应12h，干燥，得到胶状物A；

S2：制备耐低温开裂的PPR管道：将步骤S1的胶状物A溶解，然后将胶状物A溶解后的溶液、PPR 100份 色母料5份，β晶型成核剂WBG-2 10份，抗氧化剂330 2份，光稳定剂7655份和交联剂三烯丙基异氰脲酸酯10份加入高速搅拌机中搅拌均匀后，用单螺杆管道材挤出机进行挤管道成型，经过超声波测厚、牵引、切割制得耐低温开裂的PPR管道；

S3：退火工艺：将步骤S2制得的耐低温开裂的PPR管道放置于烘箱120℃下热处理6h，细化晶粒，消除管道内应力，得到目的产物的耐低温开裂的PPR管道。

本发明实施例1-3配方上产制备的管道内外壁光滑平整，无缺陷，产品符合国家标准中的相关要求。

对实施例1-实施例3以及对比例1、对比例2和对比例3中PPR管道制备测试试样，根据GB/T 18742.1-2002的标准进行静液压试验、GB1040标准进行拉伸强度测试、GB/T9341测试弯曲弹性模量、GB/T1843标准进行冲击强度试验，结果如下表1。

表1不同试样不同性能测试

实施例1、实施例2和实施例3是改变配方用量所呈现的各项测试结果，可以得出，在一定范围内，配方用量的增加，管道的静液压试验、拉伸强度、弹性模量和冲进强度的性能呈提高趋势，但是实施例3相较于实施例2的区别不大，但是成本适中，因此较佳的用量配方为PPR 100份 色母料5份，联接链调节剂间戊二烯12份，纳米粒子外壳NR-g-PMMA 5份，β晶型成核剂WBG-210份，抗氧化剂330 2份，光稳定剂765 5份。

从上表1中可以看出，对比例1、对比例2、对比例3是纳米粒子NR-g-PMMA、联接链调节剂间戊二烯、β晶型成核剂单独使用的结果，实施例3纳米粒子NR-g-PMMA和联接链调节剂间戊二烯联合使用，从静液压试验、拉伸强度、弹性模量和冲进强度性能来看，实施例3的各项性能明显优于对比例1、对比例2和对比例3，说明三种物质对PPR管道的力学性能起着协同作用，增加了在PPR管道的脆性开裂过程中分子承受应力的能力，降低了PPR管道低温或者常温下的脆性开裂的几率，延长了PPR管道的使用寿命。

从对比例1、对比例2和对比例3中发现，各项性能对比例2优于对比例1，对比例1又对比例3，因此在三种物质影响PPR管道性能的影响力为联接链调节剂间戊二烯大于纳米粒子NR-g-PMMA大于β晶型成核剂。

以上对本发明所提供的一种使用寿命长的PPR管道及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种使用寿命长的PPR管道，其特征在于：包括如下重量分数的组分：PPR 100份色母料4-6份联接链调节剂10-15份纳米粒子4-6份β晶型成核剂1-20份抗氧化剂1-3份光稳定剂2-8份，所述联接链调节剂为间戊二烯，纳米粒子为外壳为天然橡胶内核为甲基丙烯酸甲酯的核壳纳米粒子。

2.根据权利要求1所述的一种使用寿命长的PPR管道，其特征在于：所述β晶型成核剂为WBG-2或者TMB-5。

3.根据权利要求1所述的一种使用寿命长的PPR管道，其特征在于：所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168或者抗氧化剂330中的任意一种或一种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种使用寿命长的PPR管道，其特征在于：所述光稳定剂为光稳定剂LQ-292、光稳定剂770或者光稳定剂765中的任意一种或一种以上的混合物。

5.一种根据权利要求1所述的耐低温开裂的PPR管道的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：制备纳米粒子：在80-100℃下，将甲基丙烯酸甲酯滴加至装有天然橡胶胶乳的反应釜中，加入AIBN反应12h，干燥，得到胶状物A；

S2：制备耐低温开裂的PPR管道：将步骤S1的胶状物A溶解，然后将胶状物A溶解后的溶液、PPR、色母粒、间戊二烯、β晶型成核剂、抗氧化剂、光稳定剂和交联剂三烯丙基异氰脲酸酯加入高速搅拌机中搅拌均匀后，用单螺杆管道材挤出机进行挤管道成型，经过超声波测厚、牵引、切割制得耐低温开裂的PPR管道；

S3：退火工艺：将步骤S2制得的耐低温开裂的PPR管道放置于烘箱120℃下热处理6h，细化晶粒，消除管道内应力，得到目的产物的耐低温开裂的PPR管道。