CN111269499A - 一种环保型管材、环保型管材的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保型管材、环保型管材的制备方法及应用，所述环保型管材包括以下原料：聚氯乙烯、阻燃剂、抗静电剂、颜料以及复合稳定剂；所述复合稳定剂包括润滑剂、抗老化剂以及金属盐，所述金属盐为锌盐和/或钙盐。本发明中，通过利用钙锌稳定剂替代原有的铅盐稳定剂，实现了达到国家标准，提高企业市场竞争力，提供绿色无铅危害的产品的效果。

Description

一种环保型管材、环保型管材的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及环保节能材料技术领域，具体涉及一种环保型管材、环保型 管材的制备方法及应用。
背景技术
铅盐热稳定剂有优异的热稳定性和较低产品价格，在PVC型管材行业普 遍应用。现阶段我公司主要使用复合铅盐稳定剂，其主要成分由三碱硫酸铅 (3PbO·PbSO4·H2O)、二碱式硬脂酸铅(2PbO·Pb(C17H35COO)2)、润 滑剂及抗老化剂组成。铅盐稳定剂与型材中的PVC树脂分解产生的HCl生成 PbCl2，会使金属离子有不断析出现象，当迁移到型材表面，在硫污染较重 地区，易发生硫化污染，导致型材变色。
我国PVC型管材行业生产主要以铅盐热稳定剂为主,由于铅的对环境的 危害性，国家已对部分行业中的铅含量做出了限量。现在国家出台标准(GB/T 33284-2016)对型材中的有害物质进行限量，其中对铅的限量值规定为 1000mg/Kg。而目前所用的稳定剂中的铅含量，使成品中铅含量约为 12.67g/Kg。为了达到国家标准，提高企业市场竞争力，提供绿色无铅危害 的产品，采用新型绿色环保的钙锌稳定剂研发无铅的管型材配方是公司科研 迫在眉睫的重要目标。
发明内容
本发明的目的在于，解决现有技术中铅含量高，影响环保，提供研 无铅绿色环保配方、生产工艺以及应用，进而生产绿色环保产品，提高 市场竞争力。
实现本发明目的的技术方案如下：
本发明中提供的一种环保型管材，环保型管材包括以下原料：聚氯乙烯、 阻燃剂、抗静电剂、颜料以及复合稳定剂；
所述复合稳定剂包括润滑剂、抗老化剂以及金属盐，所述金属盐为锌盐 和/或钙盐。
本发明中，利用锌盐或钙盐中至少一种作为复合稳定剂，相比于其它金 属而言，这两种金属，在热稳定性方面，性能优，同时，相对而言，价格低， 可以替代有毒性的铅。
本发明中，由于铅盐稳定剂与型材中的PVC树脂分解产生的HCl生成 PbCl2，会使金属离子有不断析出现象，当迁移到型材表面，在硫污染较重 地区，易发生硫化污染，导致型材变色。而锌盐和/或钙盐则产生的是与PVC 管颜色相近的颜色，同时，锌盐或钙盐不易产生硫化污染，即使有金属离子 析出，对整个PVC管颜色影响小污染小，环保性强。
本发明中，杜绝了金属铅的存在，进而整个工艺以及产品中，都没有铅， 产品为无铅管材，其不仅符合国家环保规定，而且为新产品的研发，提供了 新的途径。
作为本发明的进一步改进，所述环保型管材包括以下原料：聚氯乙烯 80-100份、阻燃剂2-6份、抗静电剂0.3-0.8份、颜料1-6份以及复合稳定 剂3-10份。
通过研究和多次试验发现，复合稳定剂的份数为3-10份最佳，而聚氯 乙烯为主要的核心成分，其含量最高。
作为本发明的进一步改进，所述环保型管材包括以下原料：聚氯乙烯90 份、阻燃剂3份、抗静电剂0.6份、颜料2.4份以及复合稳定剂4份。
进一步地，调整配比，以适应更优的产品。
作为本发明的进一步改进，所述颜料为钛白粉及透明粉。
本技术方案中，钛白粉及透明粉颜色纯，能够与管材匹配，且不会带来 杂质颜色。
作为本发明的进一步改进，还包括润滑剂，所述润滑剂的质量份数为 1-1.5份。
本技术方案中，为了减小杂质，使得管材表面更加光滑，故增加1-1.5 份的润滑剂。如石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯、尼龙、氮化硼和氟化石墨等。
作为本发明的进一步改进，所述复合稳定剂还包括复合钙锌稳定剂，所 述复合钙锌稳定剂的质量份数为0.3-0.75份。
本技术方案中，通过复合钙锌稳定剂，提高复合物的稳定性。
本发明还公开了一种环保型管材的制备方法，包括以下步骤：
S1混炼：将氯乙烯、阻燃剂、抗静电剂以及复合稳定剂通过混炼工艺进 行混炼，得到凝胶化物料；
S2颜色调整：加入颜料，调整凝胶化物料的颜色；
S3挤压定型：通过挤出机压实调整颜色后的所述凝胶化物，并经模具进 行挤压成型，冷却后得到所述环保型管材。
本技术方案中，工艺步骤简单，通过颜色调整步骤，相比于其它工艺， 能够提高整个产品的美观性。
作为本发明的进一步改进，所述S2颜色调整后还包括颜色修正，所述 颜色修正为通过调整钛白粉及透明粉的含量，以使凝胶化物料达到产品要求 颜色指标。
作为本发明的进一步改进，还包括工艺参数修正，所述工艺参数修正为： 将制备得到的环保型管材进行性能参数测试，并根据测试结果，调整复合稳 定剂用量以及工艺参数，以使整个制备方法过程中的工艺性能稳定。
本发明还公开了一种环保型管材的应用，所述应用为环保型管材在门窗 用环保型管材或煤矿用聚氯乙烯管道中的应用。
具体实施方式
下面结合各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这 些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方 式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的 保护范围之内。
在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、 “横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖 直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位 置关系为方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方 位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而 不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数 量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包 括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多 个”的含义是两个或两个以上。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是 固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也 可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以 是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具 体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
实施例1
本发明中提供的一种环保型管材，环保型管材包括以下原料：聚氯乙烯、 阻燃剂、抗静电剂、颜料以及复合稳定剂；
所述复合稳定剂包括润滑剂、抗老化剂以及金属盐，所述金属盐为锌盐 和/或钙盐。
本发明中，利用锌盐或钙盐中至少一种作为复合稳定剂，相比于其它金 属而言，这两种金属，在热稳定性方面，性能优，同时，相对而言，价格低， 可以替代有毒性的铅。
本发明中，由于铅盐稳定剂与型材中的PVC树脂分解产生的HCl生成 PbCl2，会使金属离子有不断析出现象，当迁移到型材表面，在硫污染较重 地区，易发生硫化污染，导致型材变色。而锌盐和/或钙盐则产生的是与PVC 管颜色相近的颜色，同时，锌盐或钙盐不易产生硫化污染，即使有金属离子 析出，对整个PVC管颜色影响小污染小，环保性强。
本发明中，杜绝了金属铅的存在，进而整个工艺以及产品中，都没有铅， 产品为无铅管材，其不仅符合国家环保规定，而且为新产品的研发，提供了 新的途径。
作为本发明的进一步改进，所述环保型管材包括以下原料：聚氯乙烯 80-100份、阻燃剂2-6份、抗静电剂0.3-0.8份、颜料1-6份以及复合稳定 剂3-10份。
通过研究和多次试验发现，复合稳定剂的份数为3-10份最佳，而聚氯 乙烯为主要的核心成分，其含量最高。
作为本发明的进一步改进，所述环保型管材包括以下原料：聚氯乙烯90 份、阻燃剂3份、抗静电剂0.6份、颜料2.4份以及复合稳定剂4份。
进一步地，调整配比，以适应更优的产品。
作为本发明的进一步改进，所述颜料为钛白粉及透明粉。
本技术方案中，钛白粉及透明粉颜色纯，能够与管材匹配，且不会带来 杂质颜色。
作为本发明的进一步改进，还包括润滑剂，所述润滑剂的质量份数为 1-1.5份。
本技术方案中，为了减小杂质，使得管材表面更加光滑，故增加1-1.5 份的润滑剂。如石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯、尼龙、氮化硼和氟化石墨等。
作为本发明的进一步改进，所述复合稳定剂还包括复合钙锌稳定剂，所 述复合钙锌稳定剂的质量份数为0.3-0.75份。
本技术方案中，通过复合钙锌稳定剂，提高复合物的稳定性。
本发明还公开了一种环保型管材的制备方法，包括以下步骤：
S1混炼：将氯乙烯、阻燃剂、抗静电剂以及复合稳定剂通过混炼工艺进 行混炼，得到凝胶化物料；
S2颜色调整：加入颜料，调整凝胶化物料的颜色；
S3挤压定型：通过挤出机压实调整颜色后的所述凝胶化物，并经模具进 行挤压成型，冷却后得到所述环保型管材。
本技术方案中，工艺步骤简单，通过颜色调整步骤，相比于其它工艺， 能够提高整个产品的美观性。
作为本发明的进一步改进，所述S2颜色调整后还包括颜色修正，所述 颜色修正为通过调整钛白粉及透明粉的含量，以使凝胶化物料达到产品要求 颜色指标。
作为本发明的进一步改进，还包括工艺参数修正，所述工艺参数修正为： 将制备得到的环保型管材进行性能参数测试，并根据测试结果，调整复合稳 定剂用量以及工艺参数，以使整个制备方法过程中的工艺性能稳定。
本发明还公开了一种环保型管材的应用，所述应用为环保型管材在门窗 用环保型管材或煤矿用聚氯乙烯管道中的应用。
实施例2
本实施例中，环保型管材，包括以下质量份数原料：
聚氯乙烯80-100份、阻燃剂2-6份、抗静电剂0.3-0.8份、颜料1-6 份以及复合稳定剂3-10份；复合钙锌稳定剂0.3-0.75份。
本实施例中环保型管材的制备方法如下：
S2颜色调整：加入颜料，调整凝胶化物料的颜色；
颜色修正，所述颜色修正为通过调整钛白粉及透明粉的含量，以使凝胶 化物料达到产品要求颜色指标。
S3挤压定型：通过挤出机压实调整颜色后的所述凝胶化物，并经模具进 行挤压成型，冷却后得到所述环保型管材。
本实施例中，可以先小批量生产少量环保型管材，按照常规的测试方法， 测试其性能是否符合对应产品的物理性能参数，然后调整复合稳定剂用量以 及挤压定型中的工艺参数，以使整个生产过程中的工艺性能稳定。比如，如 果管材硬度不符合，一方面考虑增加助剂，另一方面，考虑调整温度。
现有技术中，PVC型管材行业生产主要以铅盐热稳定剂为主,由于铅的对 环境的危害性，国家已对部分行业中的铅含量做出了限量。现在国家出台标 准(GB/T 33284-2016)对型材中的有害物质进行限量，其中对铅的限量值 规定为1000mg/Kg。而目前所用的稳定剂中的铅含量，使成品中铅含量约为 12.67g/Kg。
利用本实施例中的配方和制备方法，能够生产绿色环保产品，提高市场 竞争力。实际使用中，其不仅提高产品质量，而且降低瓦斯管及型材生产成 本约200元/吨。2018年生产管型材约1500t，如使用新配方，可节省生产 成本约30万元。
本实施例中的工艺，在进行整个工艺时，还应注意以下几点：
(1)确定钙锌稳定剂的最佳添加量；
(2)确定最佳混料温度；
(3)明确工艺参数；
(4)检测成品性能。
本实施例中得到的环保型管材的技术指标如下：
(1)新配方中铅含量为零。
(2)型材经高低温反复处理后，尺寸无变化，加热后无气泡、麻点和 裂痕。
(3)物理机械性能高于国家标准，角强度大于国家标准3000N。
(4)抗老化性能优于国家标准，人工老化6000小时后无显著变色。
(5)煤矿井下用瓦斯抽放管卓越的耐腐蚀性能除少数强氧化剂外,可耐 多种化学介质的侵蚀。
(6)煤矿井下用瓦斯抽放管卓越的抗磨损性能。
(7)煤矿井下用瓦斯抽放管可靠的连接性能,接缝不会由于外力的作用 而断开。
(8)煤矿井下用瓦斯抽放管可靠的安全性能抗快速开裂性能高。
(9)煤矿井下用瓦斯抽放管抗老化,使用寿命长。
(10)煤矿井下用瓦斯抽放管良好的施工性能管道质轻,焊接工艺简单, 施工方便,工程造价低。瓦斯抽放管良好的密封性能,其本身就是很好的密封 材料,所以不用加密封堑。
(11)煤矿井下用瓦斯抽放管阻燃性抗静电性能符合国家标准。
本发明中关键技术及采取的解决措施
钙锌稳定剂热稳定性比铅盐稳定剂稍差，关键技术是在不提高型管材 (瓦斯抽放管)成本的基础上，通过反复试验，找到最佳添加量、最佳混料 温度及工艺参数，使产品颜色与原配方保持一致，成品性能满足国标GB/T 8814-2017门、窗用未增塑聚氯乙烯(PVC-U)型材及MT558.2-2005煤矿井 下用塑料管材的要求。
在实际生产时，利用全自动混料系统，国内一流的挤出生产线20条及5 条德国进口生产线，生产线全自动控制，科学高效，生产能力强，产品质量 高。产品的检测能力可以完成长度、壁厚、直线偏差、拉伸冲击强度、低温 落锤试验、焊角强度、加热后尺寸变化率、150℃加热后状态等检验项目， 满足国家标准GB/T 8814及GB/T 5836.1的检验要求。
本发明的技术路线如下：
首先在原有配方基础上用钙锌稳定剂等量替换铅盐稳定剂，进行小样调 试，检测成品颜色；其次根据测试结果调整钙锌稳定剂用量及工艺参数，使 生产工艺达到稳定；第三步调整其它辅料用量，使产品物理性能指标合格； 最后调整钛白粉及其它颜料用量使颜色与原有产品颜色一致。
本发明的经济效益和社会效益分析：
该产品投产后每吨管材成本可降低300元。按企业目前年产量3000t计 算，年新增利润90万元，具有较可观的经济效益，该产品保持了原有型管 材的所有优势，煤矿井下用瓦斯抽放管除具有普通聚氯乙烯管的优点外,还 具有优异稳定的永久性的阻燃、抗静电性能。它是以聚氯乙烯为主要原料, 加入一定比例的阻燃剂和抗静电剂进行混炼处理,再经过特殊的工艺处理使 之均匀分布在树脂中。煤矿用聚氯乙烯管道是目前国内PVC管道又一新的发 展方向,其推广使用必将为煤矿及其他领域的发展带来有力的促进作用。同 时型材耐候性能大大提高，超过国家标准A类型材要求氙灯照射6000h标准， 解决了白色型材易变色的难题，达到节能环保，属国家政策扶持推广的节能 产品，推广应用该产品具有良好的社会效益。
该发明以行业发展趋势作为出发点，针对企业发展的实地情况开展研发 工作，符合国家的环保政策要求，用环保的钙锌稳定剂替代有毒的铅盐稳定 剂配方不但达到了产品符合国家标准MT558.2-2005的要求,而且每吨瓦斯抽 放管材降低生产成本300元，且各项性能均得到提高。该产品将成为该行业 的主导产品，为企业的发展奠定了坚实的基础。
本发明中的产品通过了陕西省质量监督检验所的检验合格，各项技术指 标省内领先，完全达到预期的效果，产品已应用到铜川新区天籁小区住宅楼 工程，彬长矿业公司小庄煤矿的瓦斯抽放管道中。
本发明的推广应用措施
目前该新配方生产出的产品已投入到市场，用户反映良好，为大批量生 产销售、占领瓦斯抽放管及高端门窗市场打下良好的基础，目前该新产品成 为公司的主导产品。新产品经公司网站及其它网络渠道进行宣传，并利用各 大展会积极宣传，同时积极与省煤化建设集团、省建工集团和大型房地产开 发商沟通协调推广新产品。
通过采用常规技术进行测试，得到环保型管材的性能参数，具体如 表1：
Figure BDA0002375461270000091
Figure BDA0002375461270000101
通过表1可知，本发明中的环保型管材，在外观、外形尺寸偏差、 主型材厚度、主型材质量、落锤冲击、冲击强度以及可焊接性均满足要 求，而尺寸变化率稍有不对，可以根据实际使用中的产品性能，结合加 热温度，以及合稳定剂含量进行调整。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方 式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明 技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之 内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的 细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的 具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是 示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上 述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所 有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及 的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每 个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是 为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中 的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实 施方式。

Claims (10)

1.一种环保型管材，其特征在于，环保型管材包括以下原料：聚氯乙烯、阻燃剂、抗静电剂、颜料以及复合稳定剂；
所述复合稳定剂包括润滑剂、抗老化剂以及金属盐，所述金属盐为锌盐和/或钙盐。
2.根据权利要求1所述的一种环保型管材，其特征在于，所述环保型管材包括以下原料：聚氯乙烯80-100份、阻燃剂2-6份、抗静电剂0.3-0.8份、颜料1-6份以及复合稳定剂3-10份。
3.根据权利要求1所述的一种环保型管材，其特征在于，所述环保型管材包括以下原料：聚氯乙烯90份、阻燃剂3份、抗静电剂0.6份、颜料2.4份以及复合稳定剂4份。
4.根据权利要求1所述的一种环保型管材，其特征在于，所述颜料为钛白粉及透明粉。
5.根据权利要求1所述的一种环保型管材，其特征在于，还包括润滑剂，所述润滑剂的质量份数为1-1.5份。
6.根据权利要求1所述的一种环保型管材，其特征在于，所述复合稳定剂还包括复合钙锌稳定剂，所述复合钙锌稳定剂的质量份数为0.3-0.75份。
7.一种如权利要求1-6之一所述的环保型管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1混炼：将氯乙烯、阻燃剂、抗静电剂以及复合稳定剂通过混炼工艺进行混炼，得到凝胶化物料；
S2颜色调整：加入颜料，调整凝胶化物料的颜色；
S3挤压定型：通过挤出机压实调整颜色后的所述凝胶化物，并经模具进行挤压成型，冷却后得到所述环保型管材。
8.根据权利要求7所述的一种环保型管材的制备方法，其特征在于，所述S2颜色调整后还包括颜色修正，所述颜色修正为通过调整钛白粉及透明粉的含量，以使凝胶化物料达到产品要求颜色指标。
9.根据权利要求7所述的一种环保型管材的制备方法，其特征在于，还包括工艺参数修正，所述工艺参数修正为：将制备得到的环保型管材进行性能参数测试，并根据测试结果，调整复合稳定剂用量以及工艺参数，以使整个制备方法过程中的工艺性能稳定。
10.一种如权利要求1-6之一所述的环保型管材的应用，所述应用为环保型管材在门窗用环保型管材或煤矿用聚氯乙烯管道中的应用。
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许红伍等: "《塑料模具设计简明教程》", 31 August 2017 *

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