CN109467815B - 一种耐腐蚀耐老化的管道材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐腐蚀耐老化的管道材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种耐腐蚀耐老化的管道材料及其制备方法，所述耐腐蚀耐老化的管道材料，其包括如下重量份的组分：无规共聚聚丙烯50～60份、乙烯‑四氟乙烯共聚物20～30份、纳米二氧化硅5～10份、硅酮粉5～10份、硬脂酸盐1～3份、微晶石蜡2～6份、增塑剂2～4份、阻燃剂6～12份和硅烷偶联剂1～3份。本发明以无规共聚聚丙烯与乙烯‑四氟乙烯共聚物的复合树脂为基料，并对管道材料的配方进行改良，得到具有优异抗光照老化性能的管道材料，本发明配方组分之间具有协效作用，有效提高了管道材料的力学性能、抗热老化性能及阻燃性能，制备成本低。

Description

一种耐腐蚀耐老化的管道材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种管道材料，具体涉及一种耐腐蚀耐老化的管道材料及其制备方法。
背景技术
近几年，随着建筑业、市政工程、水利工程、农业和工业等行业市场需求的不断加大，中国塑料管材行业呈现出了高速发展态势。据调查，2009年塑料管道生产量为580.4万吨，同比增长18.9％，2010年1～9月塑料管道生产量552.8万吨，同比增长28.23％。同时，随着消费者对产品环保、健康、耐用等方面的品质要求不断提高，我国塑料管道在产量增加的同时，产品质量水平也在不断提高，产品的功能性更加明显。据统计，中国塑料管道市场占有率在所有管道中的比例已经超过30％。
PP-R管又称三型聚丙烯管和又叫无规共聚聚丙烯管或PPR管，具有节能节材、环保、轻质高强、耐腐蚀、内壁光滑不结垢、施工和维修简便、使用寿命长等优点，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。但是，PP-R管长期处于光照下，会存在严重老化问题，主要表现在：1.管件表面出现大量裂纹；2.管道粉化，可熔性极差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺点和不足，提供一种耐腐蚀耐老化的管道材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种耐腐蚀耐老化的管道材料，其包括如下重量份的组分：无规共聚聚丙烯50～60份、乙烯-四氟乙烯共聚物20～30份、纳米二氧化硅5～10份、硅酮粉5～10份、硬脂酸盐1～3份、微晶石蜡2～6份、增塑剂2～4份、阻燃剂6～12份和硅烷偶联剂1～3份。
优选地，所述耐腐蚀耐老化的管道材料包括如下重量份的组分：无规共聚聚丙烯55份、乙烯-四氟乙烯共聚物25份、纳米二氧化硅8份、硅酮粉8份、硬脂酸盐2份、微晶石蜡4份、增塑剂3份、阻燃剂9份和硅烷偶联剂2份。
乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)具有卓越的耐化学腐蚀性，对所有化学品都耐腐蚀，摩擦系数低，还有很好的电性能，其电绝缘性不受温度影响，抗蠕变性和压缩强度好，拉伸强度高，伸长率可达100-300％，耐辐射性能优异。本发明以无规共聚聚丙烯与乙烯-四氟乙烯共聚物的复合树脂为基料，制成的管道材料不仅保留了PP-R管的优异性能，且光照下的耐老化性能更优异，使用寿命长，适用领域广。
纳米二氧化硅的分子状态呈三维链状结构，这种特殊结构是其具有独特的性质，如对波长49nm以内的紫外线反射率高达70％以上，且在高温下仍具有较高的强度、韧度和稳定性。纳米二氧化硅的加入，能进一步提高树脂的热、光稳定性和化学稳定性，还能提高管道材料的抗老化性和耐化学性，使管道材料可达到抗紫外线老化和热老化的目的。
硅酮粉的商品名为硅酮粉RD-500，可购自常州融点化工有限公司。硅酮粉可显著改善材料的充模性、内部润滑性和脱模性等加工性能，解决了ETFE流动性差等加工缺陷，使其与无规共聚聚丙烯混合分散均匀，减少磨耗量。硅酮粉还可提高材料的阻燃性，降低烟密度，提高材料的表面光泽和机械性能。此外，硅酮粉还具有良好的稳定性和非迁移性，能进一步提供管道材料的稳定性。
优选地，所述硬脂酸盐包括硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钡中的至少一种。发明人经过系列深入研究发现，硬脂酸锌、硬脂酸钙和硬脂酸钡并用时，能显著提高材料的热稳定性，使制得的制品具有更优的耐热老化性能。
更优选地，所述硬脂酸盐由如下重量百分含量的组分组成：硬脂酸锌30％、硬脂酸钙50％和硬脂酸钡20％。硬脂酸锌、硬脂酸钙和硬脂酸钡以该配比并用时，管道材料的耐热老化性能最好。
优选地，所述增塑剂包括环氧大豆油、环氧乙酰亚麻油酸甲酯、环氧糠油酸丁酯、环氧大豆油酸辛酯中的至少一种。本发明采用的增塑剂均为环保增塑剂，无毒、耐热和耐光稳定性能好，增塑性好。
优选地，所述阻燃剂包括聚磷酸铵和水滑石，所述聚磷酸铵与水滑石的重量比为(1～3)：1。聚磷酸铵(APP)属于环保型无卤阻燃剂，具有化学稳定性好，吸湿性小，分散性优良，比重小，毒性低，阻燃防火效果好。水滑石(LDHs)属于环保型无卤高抑烟阻燃剂，水滑石与聚磷酸铵以上述配比复配，可显著提高管道材料的阻燃性能。
更优选地，所述阻燃剂中，聚磷酸铵与水滑石的重量比为2:1。水滑石与聚磷酸铵以该配比复配，管道材料的阻燃性能最好。
所述耐腐蚀耐老化的管道材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将无规共聚聚丙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物硅烷偶联剂投入混合机中混合均匀，然后加入双辊开炼机中进行混炼3～5min，混炼温度为250～260℃，然后加入纳米二氧化硅、硅酮粉、硬脂酸盐、微晶石蜡和阻燃剂，继续混炼20～25min，混炼温度为260～280℃，得到混合物料；
(2)将混合物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，将增塑剂从侧加料口加入双螺杆挤出机中，经双螺杆剪切、挤出、拉条、冷却、造粒，即可。
优选地，所述双螺杆挤出机的一区温度为230～250℃，二区温度为240～260℃，三区温度为250～270℃，四区温度为260～280℃，五区温度为260～270℃，机头温度为260～275℃，喂料速度为180～220g/min，螺杆转速为400～500r/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明以无规共聚聚丙烯与乙烯-四氟乙烯共聚物的复合树脂为基料，并对管道材料的配方进行改良，得到具有优异抗光照老化性能的管道材料，本发明配方组分之间具有协效作用，有效提高了管道材料的力学性能、抗热老化性能及阻燃性能，制备成本低。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明不限于以下实施例。值得注意的是，除非特别指出，本发明所使用的各种组分均为本领域现有材料，可通过商业渠道购买获得或通过现有方法制得。
实施例1
本实施例1提供一种耐腐蚀耐老化的管道材料，其包括如下重量份的组分：无规共聚聚丙烯55份、乙烯-四氟乙烯共聚物25份、纳米二氧化硅8份、硅酮粉8份、硬脂酸锌0.6份、硬脂酸钙1份、硬脂酸钡0.4份、微晶石蜡4份、环氧大豆油3份、聚磷酸铵6份、水滑石3份和硅烷偶联剂2份。
所述耐腐蚀耐老化的管道材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将无规共聚聚丙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物硅烷偶联剂投入混合机中混合均匀，然后加入双辊开炼机中进行混炼4min，混炼温度为255℃，然后加入纳米二氧化硅、硅酮粉、硬脂酸盐、微晶石蜡和阻燃剂，继续混炼20min，混炼温度为270℃，得到混合物料；
(2)将混合物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，将增塑剂从侧加料口加入双螺杆挤出机中，经双螺杆剪切、挤出、拉条、冷却、造粒，即可。所述双螺杆挤出机的一区温度为240℃，二区温度为250℃，三区温度为260℃，四区温度为270℃，五区温度为265℃，机头温度为270℃，喂料速度为200g/min，螺杆转速为450r/min。
实施例2
本实施例2提供一种耐腐蚀耐老化的管道材料，其包括如下重量份的组分：无规共聚聚丙烯50份、乙烯-四氟乙烯共聚物20份、纳米二氧化硅5份、硅酮粉5份、硬脂酸锌0.3份、硬脂酸钙0.5份、硬脂酸钡0.2份、微晶石蜡2份、环氧乙酰亚麻油酸甲酯2份、聚磷酸铵3份、水滑石3份和硅烷偶联剂1份。
所述耐腐蚀耐老化的管道材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将无规共聚聚丙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物硅烷偶联剂投入混合机中混合均匀，然后加入双辊开炼机中进行混炼5min，混炼温度为250℃，然后加入纳米二氧化硅、硅酮粉、硬脂酸盐、微晶石蜡和阻燃剂，继续混炼20min，混炼温度为260℃，得到混合物料；
(2)将混合物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，将增塑剂从侧加料口加入双螺杆挤出机中，经双螺杆剪切、挤出、拉条、冷却、造粒，即可。所述双螺杆挤出机的一区温度为230℃，二区温度为240℃，三区温度为250℃，四区温度为260℃，五区温度为260℃，机头温度为260℃，喂料速度为180g/min，螺杆转速为400r/min。
实施例3
本实施例3提供一种耐腐蚀耐老化的管道材料，其包括如下重量份的组分：无规共聚聚丙烯60份、乙烯-四氟乙烯共聚物30份、纳米二氧化硅10份、硅酮粉10份、硬脂酸锌0.9份、硬脂酸钙1.5份、硬脂酸钡0.6份、微晶石蜡6份、环氧糠油酸丁酯2份、环氧大豆油酸辛酯2份、聚磷酸铵9份、水滑石3份和硅烷偶联剂3份。
所述耐腐蚀耐老化的管道材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将无规共聚聚丙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物硅烷偶联剂投入混合机中混合均匀，然后加入双辊开炼机中进行混炼3min，混炼温度为260℃，然后加入纳米二氧化硅、硅酮粉、硬脂酸盐、微晶石蜡和阻燃剂，继续混炼25min，混炼温度为280℃，得到混合物料；
(2)将混合物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，将增塑剂从侧加料口加入双螺杆挤出机中，经双螺杆剪切、挤出、拉条、冷却、造粒，即可。所述双螺杆挤出机的一区温度为250℃，二区温度为260℃，三区温度为270℃，四区温度为280℃，五区温度为270℃，机头温度为275℃，喂料速度为220g/min，螺杆转速为500r/min。
实施例4
本实施例4与实施例1的区别仅在于：本实施例4中，无规共聚聚丙烯的用量为50份，乙烯-四氟乙烯共聚物的用量为30份。
实施例5
本实施例5与实施例1的区别仅在于：本实施例5中，无规共聚聚丙烯的用量为60份，乙烯-四氟乙烯共聚物的用量为20份。
实施例6
本实施例6与实施例1的区别仅在于：本实施例6中，无规共聚聚丙烯的用量为53.5份，乙烯-四氟乙烯共聚物的用量为26.5份。
实施例7
本实施例7与实施例1的区别仅在于：本实施例7中，无规共聚聚丙烯的用量为57份，乙烯-四氟乙烯共聚物的用量为23份。
实施例8
本实施例8与实施例1的区别仅在于：本实施例8中，聚磷酸铵的用量为4.5份，水滑石的用量为4.5份。
实施例9
本实施例9与实施例1的区别仅在于：本实施例9中，聚磷酸铵的用量为6.75份，水滑石的用量为2.25份。
实施例10
本实施例10与实施例1的区别仅在于：本实施例10中，聚磷酸铵的用量为3份，水滑石的用量为6份。
实施例11
本实施例11与实施例1的区别仅在于：本实施例11中，聚磷酸铵的用量为7.2份，水滑石的用量为1.8份。
对比例1
对比例1提供一种耐腐蚀耐老化的管道材料，其包括如下重量份的组分：无规共聚聚丙烯80份、纳米二氧化硅8份、硅酮粉8份、硬脂酸锌0.6份、硬脂酸钙1份、硬脂酸钡0.4份、微晶石蜡4份、环氧大豆油3份、聚磷酸铵6份、水滑石3份和硅烷偶联剂2份。其制备方法参照实施例1。
对比例2
对比例2提供一种耐腐蚀耐老化的管道材料，其包括如下重量份的组分：无规共聚聚丙烯55份、乙烯-四氟乙烯共聚物25份、纳米二氧化硅8份、硅酮粉8份、硬脂酸钙1.4份、硬脂酸钡0.6份、微晶石蜡4份、环氧大豆油3份、聚磷酸铵6份、水滑石3份和硅烷偶联剂2份。其制备方法参照实施例1。
对比例3
对比例3提供一种耐腐蚀耐老化的管道材料，其包括如下重量份的组分：无规共聚聚丙烯55份、乙烯-四氟乙烯共聚物25份、纳米二氧化硅8份、硅酮粉8份、硬脂酸锌1.2份、硬脂酸钡0.8份、微晶石蜡4份、环氧大豆油3份、聚磷酸铵6份、水滑石3份和硅烷偶联剂2份。其制备方法参照实施例1。
对比例4
对比例4提供一种耐腐蚀耐老化的管道材料，其包括如下重量份的组分：无规共聚聚丙烯55份、乙烯-四氟乙烯共聚物25份、纳米二氧化硅8份、硅酮粉8份、硬脂酸锌0.75份、硬脂酸钙1.25份、微晶石蜡4份、环氧大豆油3份、聚磷酸铵6份、水滑石3份和硅烷偶联剂2份。其制备方法参照实施例1。
对比例5
对比例5提供一种耐腐蚀耐老化的管道材料，其包括如下重量份的组分：无规共聚聚丙烯55份、乙烯-四氟乙烯共聚物25份、纳米二氧化硅8份、硅酮粉8份、硬脂酸锌0.6份、硬脂酸钙1份、硬脂酸钡0.4份、微晶石蜡4份、环氧大豆油3份、聚磷酸铵9份和硅烷偶联剂2份。其制备方法参照实施例1。
对比例6
对比例6提供一种耐腐蚀耐老化的管道材料，其包括如下重量份的组分：无规共聚聚丙烯55份、乙烯-四氟乙烯共聚物25份、纳米二氧化硅8份、硅酮粉8份、硬脂酸锌0.6份、硬脂酸钙1份、硬脂酸钡0.4份、微晶石蜡4份、环氧大豆油3份、水滑石9份和硅烷偶联剂2份。其制备方法参照实施例1
性能测试
将实施例1～11和对比例1～6的管道材料分别制成同样规格的样品，进行性能测试，测试按现行标准进行。同时，以现有市售的普通PP-R管作为对照组。
测试结果如下表所示：
Figure BDA0001810120160000081
上述测试结果表明：本发明实施例的管道材料，其各测试项目的性能相比市售的普通PP-R管，均有了很大的提高，冲击强度在-10℃和-15℃时不断，热变形温度均在133℃以上，且氧化诱导期均在90min以上，而普通PP-R管的氧化诱导期仅在70min。
比较实施例1、实施例4、实施例5、实施例6和实施例7可知，无规共聚聚丙烯与乙烯-四氟乙烯共聚物的重量比为11:5时，所得管道材料的综合性能最优。
比较实施例1和对比例1可知，仅以无规共聚聚丙烯作为基础树脂，而不添加乙烯-四氟乙烯共聚物时，所得的管道材料的综合性能大大降低，说明乙烯-四氟乙烯共聚物与无规共聚聚丙烯复配使用，能显著提供管道材料的综合性能。
比较实施例1、实施例8、实施例9、实施例10和实施例11可知，聚磷酸铵与水滑石的重量比为(1～3):1时，管道材料的阻燃性能较优，聚磷酸铵与水滑石的重量比为2:1时，管道材料的阻燃性能最优。
比较实施例1、对比例5和对比例6可知，聚磷酸铵与水滑石并用时，能显著提高管道材料的阻燃性能。
比较实施例1、对比例2、对比例3和对比例4可知，硬脂酸锌、硬脂酸钙和硬脂酸钡并用时，能显著提高材料的热稳定性，使制得的制品具有更优的耐热老化性能。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种耐腐蚀耐老化的管道材料，其特征在于，由如下重量份的组分组成：无规共聚聚丙烯55份、乙烯-四氟乙烯共聚物25份、纳米二氧化硅8份、硅酮粉8份、硬脂酸盐2份、微晶石蜡4份、增塑剂3份、阻燃剂9份和硅烷偶联剂2份；所述硬脂酸盐由如下重量百分含量的组分组成：硬脂酸锌30%、硬脂酸钙50%和硬脂酸钡20%；所述阻燃剂包括聚磷酸铵和水滑石，所述聚磷酸铵与水滑石的重量比为（1~3）：1。
2.如权利要求1所述的耐腐蚀耐老化的管道材料，其特征在于，所述增塑剂包括环氧大豆油、环氧乙酰亚麻油酸甲酯、环氧糠油酸丁酯、环氧大豆油酸辛酯中的至少一种。
3.如权利要求1所述的耐腐蚀耐老化的管道材料，其特征在于，所述阻燃剂中，聚磷酸铵与水滑石的重量比为2:1。
4.如权利要求1~3任一项所述的耐腐蚀耐老化的管道材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将无规共聚聚丙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物硅烷偶联剂投入混合机中混合均匀，然后加入双辊开炼机中进行混炼3~5 min，混炼温度为250~260℃，然后加入纳米二氧化硅、硅酮粉、硬脂酸盐、微晶石蜡和阻燃剂，继续混炼20~25 min，混炼温度为260~280℃，得到混合物料；
（2）将混合物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，将增塑剂从侧加料口加入双螺杆挤出机中，经双螺杆剪切、挤出、拉条、冷却、造粒，即可。
5.如权利要求4所述的耐腐蚀耐老化的管道材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的一区温度为230~250℃，二区温度为240~260℃，三区温度为250~270℃，四区温度为260~280℃，五区温度为260~270℃，机头温度为260~275℃，喂料速度为180~220 g/min，螺杆转速为400~500 r/min。
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