CN111100405A - 一种环保pvc-u管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种环保PVC‑U管材及其制备方法，属于塑料管道领域。本发明环保PVC‑U管材包括以下重量份的制备原料：聚氯乙烯树脂100份；钙锌复合稳定剂2.2～4份；润滑剂0.9～3份；加工改性剂0.5～4份；抗冲击改性剂1～7份；填料0～25份；钛白粉0.1～3份。本发明通过引入新型的钙锌复合稳定剂替换铅类稳定剂、镉类稳定剂，实现了PVC‑U管材的无铅无镉环保化，使其符合欧盟RoHS对重金属含量限定的要求，还确保其物理性能满足国家标准GB/T5836.1的规定。

Description

一种环保PVC-U管材及其制备方法
技术领域
本发明属于塑料管道领域，涉及一种环保PVC-U管材及其制备方法。
背景技术
PVC(聚氯乙烯)是世界上产量最大的通用塑料，应用非常广泛。其中PVC-U管材其物化性能优良，耐化学腐蚀，抗冲强度高，流体阻力小，较同口径铸铁管流量提高30％，耐老化，使用寿命长(≥50年)，质轻耐用、运输、安装方便，价格较同规格的铸铁管道低，节约建筑费的同时能有效地加快施工进度，是建筑给排水的理想材料。但由于PVC分子链的结构缺陷，对热极不稳定，在受热、高能辐射(紫外线)以及剪切的作用下易发生降解和分子链交联反应，导致加工困难，制品颜色变深，机械力学性能下降。所以加工过程中必须添加热稳定剂来抑制或者缓解加工过程中的热降解，进而保障或改善制品各项物理性能，扩大其应用范围。目前在PVC-U管材加工生产中，含铅、铅盐类复合稳定剂是最常用，较成熟的一种热稳定剂，占主导地位。然而重金属铅(Pb)、镉(Cd)类及其化合物对人体、环境有较大危害。含有(铅、隔)重金属的PVC-U制品在空气中氧、水以及氧化物的作用下会缓慢浸渍出，进而对环境造成污染。欧盟国外已对重金属在建材中使用做了限制，施行全面禁铅，绿色环保化要求。以环境友好型稳定剂替代铅、隔重金属复合稳定剂，实现PVC-U全面无铅环保化，和国际接轨是首要任务。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种无铅、无隔、环保卫生的PVC-U管材及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种环保PVC-U管材，其包括以下重量份的制备原料：聚氯乙烯树脂100份；钙锌复合稳定剂2.2～4份；润滑剂0.9～3份；加工改性剂0.5～4份；抗冲击改性剂1～7份；填料0～25份；钛白粉0.1～3份。所述环保PVC-U管材通过引入新型的钙锌复合稳定剂替换铅类稳定剂、镉类稳定剂，使其无铅无镉环保化，且使其密度更低，纵向回缩率更低，拉伸屈服强度更高，维卡软化温度更高，各物理性能满足国家标准GB/T 5836.1的规定。
作为本发明环保PVC-U管材的优选实施方式，所述钙锌复合稳定剂为3.8重量份，润滑剂为1.7重量份，加工改性剂为1.4重量份，抗冲击改性剂为4.5重量份，填料为25重量份，钛白粉为2重量份。
作为本发明环保PVC-U管材的优选实施方式，所述钙锌复合稳定剂为4重量份，润滑剂为0.9重量份，加工改性剂为1.4重量份，抗冲击改性剂为4.5重量份，填料为25重量份，钛白粉为2重量份。
作为本发明环保PVC-U管材的优选实施方式，所述聚氯乙烯树脂的平均聚合度为700～1500，内蒙古乌海化工股份有限公司天湖SG-5、武汉/新疆宜化塑业有限公司宜化SG-5、天津大沽化工股份有限公司大沽DG-1000K。
作为本发明环保PVC-U管材的优选实施方式，所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸、脂肪酯、石蜡、PE蜡、OPE蜡和费托蜡中的至少一种。
作为本发明环保PVC-U管材进一步优选的实施方式，所述润滑剂为PE蜡和OPE蜡的混合物。
作为本发明环保PVC-U管材更进一步优选的实施方式，所述PE蜡和OPE蜡的重量比为PE蜡：OPE蜡＝0.8:0.5:0.4
作为本发明环保PVC-U管材进一步优选的实施方式，所述润滑剂为硬脂酸钙、PE蜡和OPE蜡的混合物。
作为本发明环保PVC-U管材更进一步优选的实施方式，所述硬脂酸钙、PE蜡和OPE蜡的重量比为硬脂酸钙：PE蜡：OPE蜡＝0.8:0.5:0.4。
作为本发明环保PVC-U管材的优选实施方式，所述加工改性剂为丙烯酸酯类共聚物(ACR)。
作为本发明环保PVC-U管材的优选实施方式，所述抗冲击改性剂为氯化聚乙烯(CPE)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、丙烯酸系树脂中的至少一种。
作为本发明环保PVC-U管材的优选实施方式，所述填料为重质碳酸钙、轻质碳酸钙、纳米碳酸钙中的至少一种。
作为本发明环保PVC-U管材的优选实施方式，所述钛白粉为金红石型钛白粉。
第二方面，本发明还提供了一种所述环保PVC-U管材的制备方法，其包括以下步骤：将聚氯乙烯树脂、钙锌复合稳定剂、润滑剂、加工改性剂、抗冲击改性剂、填料以及钛白粉逐一进行热混，得到热物料，之后对所述热物料进行降温混合，得到混合均一的PVC-U干混料，再将所述PVC-U干混料经挤出、真空吸附定型和喷淋冷却成型，得到所述环保PVC-U管材。
作为本发明制备方法的优选实施方式，所述热混的时间为8～15min；所述热物料的温度为120～130℃；所述降温混合的时间为5～10min；所述PVC-U干混料的温度在45℃以下；所述挤出处理采用锥形异向双螺杆挤出机，所述锥形异向双螺杆挤出机各区温度为160℃～210℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：由于邻苯二甲酸二辛酯(DOP)为通用的增塑剂，是否对身体造成危害、是否为环保材料国际上一直有争议，本发明旨在绿色、环保，故不添加邻苯二甲酸二辛酯(DOP)。本发明引入新型的钙锌复合稳定剂替换铅类稳定剂、镉类稳定剂，实现了PVC-U管材的无铅无镉环保化，使其符合欧盟RoHS对重金属含量限定的要求，还确保其物理性能满足国家标准GB/T 5836.1的规定；另外，本发明还对PVC-U管材的配方体系进行了优化设计，使得产品质量和性能得到提高，生产加工效率得到提升。
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。
实施例1-13
实施例1-13均为本发明环保PVC-U管材的一种实施方式，该环保PVC-U管材的原料组成如表1所示。
表1实施例1-13中环保PVC-U管材的原料组成/重量份
Figure BDA0002352802250000041
实施例1-13中环保PVC-U管材的制备方法均包括以下步骤：
(1)按配比称取各原料，逐一投入高低速混合机组中进行热混，高速捏合10分钟，待温度达到125℃时，排入低速冷混机组中进行混合，等物料温度降至45℃时出料，制得混合均一的PVC-U干混料；
(2)将步骤(1)所得的PVC-U干混料，加入到锥形异向双螺杆挤出机成型公称外径为110mm(壁厚3.2mm)的PVC-U管材，挤出机工作温度为：160～185℃，模头温度为：185～210℃。
对比例1-3
对比例1-3涉及一种PVC-U管材，这些PVC-U管材的原料组成如表2所示，制备方法同实施例1-13。
表2对比例1-3中PVC-U管材的原料组成/重量份
原料 对比例1 对比例2 对比例3
PVC 100 100 100
复合铅类稳定剂 3.8 4 2.2
硬脂酸钙 0.8 0 0
OPE蜡 0.4 0.4 0.4
PE蜡 0.5 0.5 0.5
ACR 1.4 1.4 1.4
CPE 4.5 4.5 4.5
碳酸钙 25 25 25
钛白粉 2 2 2
实施例1-13中的有机钙锌复合稳定剂均由沸石、水滑石中的一种、硬脂酸锌、硬脂酸钙、β-二酮、复合抗氧剂、亚磷酸酯以及微量润滑剂组成，其中，沸石的重量为硬脂酸锌和硬脂酸钙总重量的10～20％，水滑石的重量为硬脂酸锌和硬脂酸钙总重量的15～25％，β-二酮以及复合抗氧剂的重量分别为硬脂酸锌和硬脂酸钙总重量的0.5～1％，亚磷酸酯以及微量润滑剂的重量分别为硬脂酸锌和硬脂酸钙总重量的3～5％。实施例1-13以及对比例1-3中的OPE蜡均为新胜新材料公司的PE蜡105X；ACR均为ACR 401；碳酸钙均为轻质碳酸钙；钛白粉均为金红石型钛白粉。
效果例
依据国家标准GB/T 5836.1，分别对实施例1-13和对比例1-3进行物理性能测试，测试结果如表3所示。实施例1-13和对比例1-3的RoHS限定物质测试测试结果如表4所示。综合比较可知，实施例1-13与对比例1-3相比，所使用添加的稳定剂、润滑剂、填充剂、改性剂等均为无毒、无污染，不会对环境造成危害，管材物性指标(拉伸屈服强度、纵向回缩率、维卡软化温度)得到提升。
表3
Figure BDA0002352802250000061
Figure BDA0002352802250000071
表4
Figure BDA0002352802250000072
Figure BDA0002352802250000081
本发明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 (10)

1.一种环保PVC-U管材，其特征在于，所述环保PVC-U管材包括以下重量份的制备原料：聚氯乙烯树脂100份；钙锌复合稳定剂2.2～4份；润滑剂0.9～3份；加工改性剂0.5～4份；抗冲击改性剂1～7份；填料0～25份；钛白粉0.1～3份。
2.根据权利要求1所述的环保PVC-U管材，其特征在于，所述钙锌复合稳定剂为3.8重量份，润滑剂为1.7重量份，加工改性剂为1.4重量份，抗冲击改性剂为4.5重量份，填料为25重量份，钛白粉为2重量份；或者，所述钙锌复合稳定剂为4重量份，润滑剂为0.9重量份，加工改性剂为1.4重量份，抗冲击改性剂为4.5重量份，填料为25重量份，钛白粉为2重量份。
3.根据权利要求1所述的环保PVC-U管材，其特征在于，所述聚氯乙烯树脂的平均聚合度为700～1500。
4.根据权利要求1所述的环保PVC-U管材，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸、脂肪酯、石蜡、PE蜡、OPE蜡和费托蜡中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的环保PVC-U管材，其特征在于，所述加工改性剂为丙烯酸酯类共聚物。
6.根据权利要求1所述的环保PVC-U管材，其特征在于，所述抗冲击改性剂为氯化聚乙烯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯酸系树脂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的环保PVC-U管材，其特征在于，所述填料为重质碳酸钙、轻质碳酸钙、纳米碳酸钙中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的环保PVC-U管材，其特征在于，所述钛白粉为金红石型钛白粉。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的环保PVC-U管材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将聚氯乙烯树脂、钙锌复合稳定剂、润滑剂、加工改性剂、抗冲击改性剂、填料以及钛白粉逐一进行热混，得到热物料，之后对所述热物料进行降温混合，得到混合均一的PVC-U干混料，再将所述PVC-U干混料经挤出、真空吸附定型和喷淋冷却成型，得到所述环保PVC-U管材。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述热混的时间为8～15min；所述热物料的温度为120～130℃；所述降温混合的时间为5～10min；所述PVC-U干混料的温度在45℃以下；所述挤出处理采用锥形异向双螺杆挤出机，所述锥形异向双螺杆挤出机各区温度为160～210℃。
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