CN109438873A - 一种抗冲改性聚氯乙烯排水排污管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗冲改性聚氯乙烯排水排污管，配方包括以下重量份：60‑80份PVC、10‑30份抗冲改性剂、10‑30份增韧改性剂、3‑6份改性剂、1‑3份润滑剂、2‑5份偶联剂、1‑5份碳纤、0‑15份填充剂；加工方法为：先将PVC加温搅拌2分钟，加入稳定剂继续搅拌，升温使混料温度达到95‑100℃，加入其他助剂（其中碳纤和填充剂用偶联剂表面处理）混合搅拌，混合温度达120‑130℃时停止搅拌，将混合物料送入到冷却搅拌器搅拌冷却至40‑45℃出料后，送入下道工序加工4‑6h。所得管材具有良好的抗冲强度、耐温性还具有良好的耐蚀性和抗老化性。

Description

一种抗冲改性聚氯乙烯排水排污管
技术领域
本发明属于排水排污管领域，具体涉及一种抗冲改性聚氯乙烯排水排污管。
背景技术
聚氯乙烯（PVC）管材以聚氯乙烯树脂为主要原料。就聚氯乙烯管而言，重量轻，机械强度优秀，耐化学性、耐蚀性、耐药品性、绝热性、电绝缘性等各种物性优秀，且寿命长，价格低廉，因此被广泛使用。
但是，将上述聚氯乙烯管材用作土木、建筑材料的情况下，存在冲击强度差、韧性不足、易老化等缺点。一方面由于其抗冲击性能和韧性差，在运输、安装及使用过程中容易发生脆性破坏，另一方面在太阳光、紫外线的照射下易老化，长期使用易出现管道漏水，渗水、破裂。所以提高抗冲击性、韧性以及耐老化等各种性能是PVC-M（抗冲改性聚氯乙烯）管所要解决的问题。
抗冲改性聚氯乙烯（PVC-M）是以硬聚氯乙烯为主要原料，经过物理改性，经挤出或注塑生产的符合本标准（CJ/272-2008）要求的一种新型高韧性的聚氯乙烯管材及管件。生产管材和管件的原料应是以聚氯乙烯（PVC）树脂为主的混合物，其中加入为生产达到本标准要求的管材和管件所必须的添加剂，所有添加剂应分散均匀。
公开号为CN106977847A的专利公开了一种聚氯乙烯水管，其由以下重量份的原料制成：疏松型聚氯乙烯树脂95-100份，丙烯酸酯类抗冲改性剂3-12份，稳定剂（包括三碱式硫酸铅和二碱式亚磷酸铅）1.5-3份，填充剂8-10剂，色料0.6-5份，外润滑剂0.5-3份。该专利提高了聚氯乙烯水管的塑化效率、抗冲击性，提高稳定性的同时增强了电绝缘性能。但是铅盐稳定剂存在毒性，运用到水管中可能会造成污染，进一步对人体造成损害。
发明内容
本发明针对现有技术的不足而提供一种抗冲改性聚氯乙烯排水排污管。
一种抗冲改性聚氯乙烯排水排污管，配方包括以下重量份：60-80份PVC、10-30份抗冲改性剂、10-30份增韧改性剂、3-6份改性剂、1-3份润滑剂、2-5份偶联剂、1-5份碳纤、0-15份填充剂。
本发明选用不同的改性剂及配比对PVC进行改性，为了获得具有耐蚀性、抗老化性、抗冲性、耐温性优异的聚氯乙烯排水排污管。
进一步地，抗冲改性剂选自MBS、ABS和ACR中的一种或多种,优选ABS，进一步优选PMI-g-ABS。
抗冲改性剂是一种改善高分子材料的低温脆化，赋予其更高的韧性的化学品。ACR、MBS、ABS是常用的抗冲改性剂，能显著增强PVC的抗冲击强度，增加其韧性。
ACR树脂是一种专用于PVC改性的以甲基丙烯酸甲酯为主体的丙烯酸树脂，具有优良的耐候性，极高的冲击改性效果和良好的加工流动性，颜色稳定性和耐热性也很突出。
MBS树脂其溶度参数与PVC相近，故两者的热力学相容性好，表现为PVC在室温或低温下具有很高的抗冲击强度，并且还能增加PVC的韧性。
ABS兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。同时，ABS的抗酸、碱、盐的腐蚀能力比较强，也可在一定程度上耐受有机溶剂溶解。ABS树脂可以在-25℃-60℃的环境下表现正常，而且有很好的成型性，加工出的产品表面光洁，也可与多种树脂配混成共混物；此外，ABS几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用，同时是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。因此，考虑到本发明的性能需求，ABS作为优选。
PMI-g-ABS是苯基马来酰亚胺作为树脂中间体合成的一种改性ABS聚合物，对比于普通ABS，它的耐热性、耐冲击性更加优异，因此是本发明最优选的抗冲改性剂。
进一步地，增韧改性剂选自CPE、PP或NBR中的一种或多种。
CPE、PP、NBR是常用的橡胶类增韧剂，是PVC的有效增韧剂，主要用于改善其脆性。并且，除了改善脆性之外，CPE还具有良好的耐候性、抗蚀性和抗老化性；PP具有良好的耐热性、抗弯曲疲劳性、绝缘性；NBR具有良好的耐磨性、耐热性。因此，选用上述增韧改性剂的一种或多种混合，可综合提高本发明管材所需的多项性能。
进一步地，稳定剂为稀土稳定剂。
稳定剂的作用机理是：与脱出的HCl反应，抑制自动催化；置换PVC分子中不稳定的烯丙基Cl原子或叔碳位氯原子，抑制脱HCl；与PVC分子中的双烯发生加成反应，破坏共轭结构，防止色变；捕捉自由基，阻止链式反应。
稀土复合稳定剂由稀土元素的羧酸盐或脂肪酸盐为主要组分而合成。它含有适量的稀土金属成份。它不但可以取代铅镉盐类和有机锡类等有毒稳定剂，而且具有相当好的热稳定性、光稳定性和透明性及着色力。轻稀土无毒，无味，无放射性，相当于密度小，尤其是它的特殊的原子结构，作为稳定剂具有较大的优越性。
进一步地，润滑剂选自氧化聚氯乙烯、聚乙烯蜡、高级脂肪酸盐、硅油中的一种或多种，优选R1CONX1CH2-CH2NX2COR2（X1，X2为相同或不相同的高级脂肪酸根；R1，R2为相同或不相同的高级烷烃基）。润滑剂属于加工助剂，含量应控制在5wt%以下。
R1CONX1CH2-CH2NX2COR2为高级脂肪酸盐中的酰胺化合物类，其具有较好的外润滑作用，所以既是润滑剂，又是很好的抗粘贴剂。
进一步地，偶联剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，优选钛酸酯偶联剂。
偶联剂又称表面改性剂，它在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应，又能与基体树脂反应，在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层，界面层能传递应力，从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度，提高了复合材料的性能，同时还可以防止其它介质向界面渗透，改善界面状态，有利于制品的耐老化、耐应力。
钛酸酯偶联剂在热塑性塑料、热固性塑料及橡胶等填料体系中都具有较好的偶联效果，对填料改性可起补强作用，提高制品耐磨强度和抗老化能力，其光泽也得到显著提高。
碳纤是一种优秀的增强型改性剂，能显著提高材料的抗冲击强度；此外，碳纤还能提高管材的耐热性。在本发明中，碳纤还可以发挥填充剂的作用，可减少原有填充剂的比例，降低了生产成本，也可减少填充剂对材料带来的不利影响。
进一步地，填充剂选自纳米级轻质碳酸钙、钛白粉的一种或多种，优选纳米级轻质碳酸钙。
填充剂的加入通常会降低材料的力学性能，而普通级碳酸钙由于粒径较大，其加入会导致熔体粘度的增加，因此，本发明采用经偶联剂表面处理的纳米级轻质碳酸钙作为填充剂，在不增加熔体粘度的基础上，可提高管材的抗冲击性能，取代部分价格昂贵的填充料及助剂，减少树脂的用量，从而降低产品生产成本。此外，纳米级轻质碳酸钙的粒子大小为1-100nm，具有极高的表面活性同时又具有很强的刚性，在能与树脂良好相容的基础上，还能使基体对冲击能量的分散能力和吸收能力提高，进一步增强材料的韧性。
一种抗冲改性聚氯乙烯排水排污管的加工方法：先将PVC加温搅拌2分钟；加入稳定剂继续搅拌；升温使混料温度达到95-100℃，加入其他助剂（其中碳纤和填充剂用偶联剂预先表面处理）混合搅拌；混合温度达120-130℃时停止搅拌；将混合物料送入到冷却搅拌器搅拌冷却至40-45℃出料后，送入下道工序加工4-6h。
本发明的有益效果是：通过各个成分的调节配比，显著提高了管材各种性能。选择稀土稳定剂，无毒无味，避免了对水质及环境的污染；优选钛酸酯偶联剂，使得制品耐磨强度和抗老化能力进一步增强，并且对填料改性起到了补强作用；此外，加入碳纤和优选纳米级轻质碳酸钙，碳纤提高了管材的导热性、绝缘性和抗冲强度，同时，减少了填充剂的使用，降低了填充剂的带来的成本和不良效果；而纳米级轻质碳酸钙在发挥填充剂的功能的同时，既减少了填充剂固有的不良效果，又带来了增韧材料的这一新效果。其他改性剂的加入也是材料性能要求下的最优选择与配比，使得管材具有良好的耐蚀性，适用于工业污水排放及输送；抗老化性，正常使用寿命可达50年以上；抗冲性，管道安全系数高；耐温性，受温度影响形变量小；管道摩阻系数小，水流顺畅、不易堵塞，养护工作量少。
最后得到的管材维卡耐热温度达到95-100℃；抗冲击强度达到45-80kJ/m2；20℃允许工作压力为40-45MPa。
具体实施方式
实施例一
称取各成分包括以下重量份：
60份PVC、10份MBS、5份CPE、5份PP、3份稀土稳定剂、1份聚乙烯蜡、2份三异硬脂酰基钛酸异丙酯、1份碳纤、1份钛白粉。
先将PVC加温搅拌2分钟；加入稳定剂继续搅拌；升温使混料温度达到95℃，加入其他助剂（其中碳纤和钛白粉用三异硬脂酰基钛酸异丙酯预先表面处理）混合搅拌；混合温度达120℃时停止搅拌；将混合物料送入到冷却搅拌器搅拌冷却至40℃出料后，送入下道工序加工4h。
实施例二
称取各成分包括包括以下重量份：
70份PVC、20份ACR、10份NBR、10份PP、4份稀土稳定剂、2份乙撑双硬脂酸酰胺、3份单烷氧基钛酸酯、3份碳纤、8份钛白粉。
先将PVC加温搅拌2分钟；加入稳定剂继续搅拌；升温使混料温度达到98℃，加入其他助剂（其中碳纤和钛白粉用单烷氧基钛酸酯预先表面处理）混合搅拌；混合温度达125℃时停止搅拌；将混合物料送入到冷却搅拌器搅拌冷却至42℃出料后，送入下道工序加工5h。
实施例三
称取各成分包括以下重量份：
80份PVC、30份PMI-g-ABS、10份PP、10份NBR、10份CPE、6份稀土稳定剂、3份乙撑双油酸酰胺、5份三异硬脂酰基钛酸异丙酯、5份碳纤、15份纳米级轻质碳酸钙。
先将PVC加温搅拌2分钟；加入稳定剂继续搅拌；升温使混料温度达到95-100℃，加入其他助剂（其中碳纤和纳米级轻质碳酸钙用三异硬脂酰基钛酸异丙酯预先表面处理）混合搅拌；混合温度达130℃时停止搅拌；将混合物料送入到冷却搅拌器搅拌冷却至45℃出料后，送入下道工序加工6h。
分别将实施例一、实施例二、实施例三得到的改性材料制成塑料标准试样；设置对比例一与对比例二与实施例进行比较，其中，对比例一不加碳纤，其他条件与实施例三相同，对比例二不加纳米级轻质碳酸钙，其他条件与实施例三相同，所有实施例与对比例的力学性能和热学性能，结果见表1。
表1.性能报告表
由表1可知，各实施例的改性材料制成的塑料标准试样不仅具有耐热性，而且抗冲击强度高，20℃允许工作压力符合聚氯乙烯排水排污管的需求；对比例一中缺少了碳纤，抗冲击强度明显降低，20℃允许工作压力变小，维卡耐热温度变化不明显；对比例二中缺少了纳米级轻质碳酸钙，抗冲击强度与20℃允许工作压力变化不大，但维卡耐热温度明显降低。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种抗冲改性聚氯乙烯排水排污管，其特征在于，配方包括以下重量份：60-80份PVC、10-30份抗冲改性剂、10-30份增韧改性剂、3-6份改性剂、1-3份润滑剂、2-5份偶联剂、1-5份碳纤、0-15份填充剂。
2.根据权利要求1所述的一种抗冲改性聚氯乙烯排水排污管，其特征在于，所述抗冲改性剂为MBS和/或ACR和/或ABS。
3.根据权利要求2所述的一种抗冲改性聚氯乙烯排水排污管，其特征在于，所述增韧改性剂为CPE和/或PP和/或NBR。
4.根据权利要求3所述的一种抗冲改性聚氯乙烯排水排污管，其特征在于，所述稳定剂为稀土稳定剂。
5.根据权利要求4所述的一种抗冲改性聚氯乙烯排水排污管，其特征在于，所述润滑剂为氧化聚氯乙烯和/或聚乙烯蜡和/或高级脂肪酸盐和/或硅油。
6.根据权利要求5所述的一种抗冲改性聚氯乙烯排水排污管，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。
7.根据权利要求6所述的一种抗冲改性聚氯乙烯排水排污管,其特征在于，所述填充剂为纳米级轻质碳酸钙和/或钛白粉。
8.根据权利要求1所述的一种抗冲改性聚氯乙烯排水排污管,其特征在于，所述电力管的加工方法为：先将PVC加温搅拌2分钟；加入稳定剂继续搅拌；升温使混料温度达到95-100℃，加入抗冲改性剂、增韧改性剂、润滑剂、偶联剂、碳纤、填充剂混合搅拌；混合温度达120-130℃时停止搅拌；将混合物料送入到冷却搅拌器搅拌冷却至40-45℃出料后，送入下道工序加工4-6h。
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