CN111548578A - 一种抗氧化pvc通信管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信管技术领域,尤其涉及一种抗氧化PVC通信管及其制备方法,本发明的一种抗氧化PVC通信管,所述PVC通信管包括以下重量份原料:PVC 110‑120份、CPVC 10‑12份、增塑剂8‑10份、抗氧化添加剂5‑8份、稳定剂2‑4份、外润滑剂0.5‑1份、内润滑剂0.5‑1份、加工助剂ACR401 1‑2份、紫外线吸收剂UV‑327 0.5‑1份,所述抗氧化添加剂以改性二氧化钛为核心,核心外包覆了聚苯胺壳层,所述聚苯胺壳层外负载有抗氧化微胶囊,所述抗氧化微胶囊是以咖啡酸/铁离子络合物为囊芯,聚氨酯为囊皮。本发明制备得到的抗氧化PVC通信管,通过抗氧化添加剂的添加,使得制备得到的PVC通信管具有良好的短期、长期抗氧化性能。
Description
技术领域
本发明涉及通信管技术领域,尤其涉及一种抗氧化PVC通信管及其制备方法。
背景技术
随着通讯事业的飞速发展,在地下埋设通信光缆、电缆日益增加。长期以来,通信管最早都是采用水泥管为主,优势是造价低,工艺成熟;其缺点是施工周期长、施工工艺复杂、维护成本高、易发生沉降等缺点,近年来逐渐被塑料管所替代。众所周知,世界上五大通用塑料为:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)树脂,其中聚氯乙烯的产量仅次于聚乙烯,为中国第一、世界第二。
PVC材料具有各种优异的性能,如机械强度高、透明性好、阻燃性强,良好的抗化学腐蚀性等,而且加工性能良好、价格低廉,因而在通信管行业有着广泛的应用。现有的聚氯乙烯通信管,以聚氯乙烯树脂为基料,添加增塑剂、稳定剂以及加工助剂,经专用混炼装置加工而成。但是,由于PVC本身结构存在诸多弱点如支链、末端双键、残留引发剂、端基金属杂质、含氧结构等等,这些不稳定因素在其外因如光、热、氧等作用下发生氧化,使其物理机械性能变坏,失去应用价值,因此,为了提高聚氯乙烯管的使用寿命,对聚氯乙烯通信管的抗氧化性能的提高也很有必要。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种抗氧化PVC通信管及其制备方法,通过抗氧化添加剂的添加,使得制备得到的PVC通信管具有良好的短期、长期抗氧化性能。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题:
一种抗氧化PVC通信管,所述PVC通信管包括以下重量份原料:PVC 110-120份、CPVC 10-12份、增塑剂8-10份、抗氧化添加剂5-8份、稳定剂2-4份、外润滑剂0.5-1份、内润滑剂0.5-1份、加工助剂ACR401 1-2份、紫外线吸收剂UV-327 0.5-1份,所述抗氧化添加剂以改性二氧化钛为核心,核心外包覆了聚苯胺壳层,所述聚苯胺壳层外负载有抗氧化微胶囊,所述抗氧化微胶囊是以咖啡酸/铁离子络合物为囊芯,聚氨酯为囊皮。
本发明的PVC通信管,用抗氧化添加剂替代了传统的抗氧化剂,以无机粒子改性二氧化钛为核心,一方面,改性二氧化钛的添加能够在一定程度上减少了无机填料的添加量,另一方面改性二氧化钛具有良好的光屏蔽性能,能够提高PVC通信管的抗光氧化性能;而在改性二氧化钛外包裹的聚苯胺壳层,不仅能够减少改性二氧化钛在PVC材料里面的团聚,使得其能够分散更均匀,同时利用聚苯胺和PVC良好的相容性,使得改性二氧化钛和PVC之间的结合性更好,而在聚苯胺壳层内的抗氧化微胶囊,首先以聚氨酯作为囊皮将咖啡酸/铁离子络合物包裹起来,提高了咖啡酸/铁离子络合物的稳定性,其次以咖啡酸/铁离子络合物作为囊芯,咖啡酸上的酚羟基和铁离子均具有自由基捕捉的能力,能够进一步提升PVC材料的抗氧化性能。
另外,本发明的抗氧化添加剂,将改性二氧化钛和抗氧化微胶囊相复合使用,通过其结构的设计,首先,在生产的过程中,位于聚苯胺壳层的抗氧化微胶囊在挤压混合的过程中破裂,内部的咖啡酸/铁离子络合物流出,能够对PVC在生产过程中因为受热产生的自由基进行捕捉,其次,能够通过改性二氧化钛对在使用过程中因热、光产生的自由基进行捕捉,从而增加了PVC材料在短期、长期的抗氧化性能,同时,作为壳层的聚苯胺和作为囊皮的聚氨酯在生产的过程中还会生成网络状交联,因此还能够较好的增加PVC材料的韧性和抗冲击性能,从而提高PVC通信管的整体性能。
进一步,所述改性二氧化钛是以介孔二氧化钛为原料,经阿魏酸改性后所得。
进一步,所述PVC通信管包括以下重量份原料:PVC 110份、CPVC 11份、增塑剂9份、抗氧化添加剂6份、稳定剂2份、外润滑剂1份、内润滑剂0.8份、加工助剂ACR401 1份、紫外线吸收剂UV-327 1份。
进一步,所述增塑剂为SG-50,外润滑剂为高级脂肪酸,内润滑剂为高级脂肪醇,稳定剂为硬脂酸钙。
此外,本发明还公开了上述的一种抗氧化PVC通信管的制备方法,所述制备方法具体包括以下步骤:
S1:按照配方分别称取各原料,将PVC、CPVC置于高速混料机中,升温至90℃,搅拌混合5min,加入增塑剂、抗氧化添加剂、稳定剂,搅拌混合10min,加入外润滑剂、内润滑剂、加工助剂ACR401、紫外线吸收剂UV-327,搅拌并升温至125-130℃,保温搅拌10-20s,得到混合物料一;
S2:将混合物料一搅拌冷却至20-35℃,出料,置于冷混料机中,保温混合5-10min,出料,得到混合物料二;
S3:将混合物料二于常温下放置24h后置于双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机挤出得到通信管材。
进一步,所述双螺杆挤出机混合挤出时工艺参数为:一区为175-180℃,二区为178-185℃,三区为182-190℃,四区为185-195℃,转速为20-25r/min,熔体压力为15-20MPa,牵引速度为5-7m/min。
进一步,所述抗氧化添加剂的制备方法为:按照1:2的质量比分别称取苯胺和改性二氧化钛加入浓度为6%的盐酸溶液中,磁力搅拌分散1h得到悬浊液,称取过硫酸铵溶解于等质量的去离子水中,搅拌充分溶解后得到过硫酸铵溶液,向悬浊液中加入2/3体积的过硫酸铵溶液,室温下搅拌反应4h后,加入抗氧化微胶囊,加入余下的1/3体积的过硫酸铵溶液,持续搅拌反应2h,反应完成后过滤、洗涤、烘干得到抗氧化添加剂。
进一步,所述改性二氧化钛的制备方法为:将阿魏酸搅拌溶解于无水乙醇中,加入介孔二氧化钛,超声分散后,升温至50-55℃,浓缩至1/5-1/4体积,停止加热,冷却至室温,真空抽滤、干燥后置于石蜡熔融液中,搅拌1-2min,捞出,得到改性二氧化钛。
通过将阿魏酸沉积到介孔二氧化钛内对二氧化钛进行改性,由于阿魏酸具有自由基捕捉性能,而二氧化钛具有光屏蔽性能,因此将二者相复合能够更全面的提高其抗氧化性能,而通过将阿魏酸沉积到介孔二氧化钛内,能够在一定程度上具有缓释性能,使得其抗氧化性能能够保持更长久,另外通过石蜡对二氧化钛进行包裹,一方面,石蜡的包裹对介孔二氧化钛起到封闭作用,使得内部的阿魏酸在后续的制备过程中不会损失,另一方面,石蜡的熔点在47-64℃,在PVC通信管制备的过程中外层的石蜡融化,从而暴露出内部的沉积有阿魏酸的介孔二氧化钛,不会影响其抗氧化性,而石蜡也能够作为PVC的添加剂增加其韧性,各组分相互作用使得PVC通信管的整体性能得到进一步提高。
进一步,所述抗氧化微胶囊的制备方法为:
将咖啡酸加入去离子水中,加热搅拌至充分溶解得到咖啡酸溶液,在氮气气氛下,加入氯化亚铁溶液,搅拌混合均匀后保温反应1-2h,再加入聚乙烯醇,继续搅拌1-2h,再进行超声处理10min得到乳化液,在反应的整个过程中同时以1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH保持在7-8;
将异氟尔酮二异氰酸酯,2-己烯-1,6-二醇,环己烷搅拌混合均匀后,在40-50℃条件下搅拌预聚合1-2h,得到预聚体,在搅拌的条件下,将预聚体滴加到乳化液中,滴加完成后升温至50-60℃,持续搅拌并滴加偶氮二异丁腈,2h内滴加完成后,持续搅拌反应1-2h,自然冷却至室温,离心分离,沉淀层用去离子水洗涤,再减压抽滤、真空干燥得到抗氧化微胶囊。
本发明的有益效果:
1、本发明的通信管,通过抗氧化添加剂的添加,不仅减少了其无机填料的添加量,同时使得制备得到的PVC通信管具有良好的短期、长期抗氧化性能,且通过抗氧化添加剂和其它加工助剂的协同使用,使得PVC通信管的各项性能得到了整体提升。
2、本发明中抗氧化添加剂,通过介孔二氧化钛负载阿魏酸,将二氧化钛的光屏蔽作用和阿魏酸的自由基捕捉相结合,使得PVC通信管具有更全面的抗氧化性能,再和抗氧化微胶囊的联合使用,使得制备得到的PVC通信管具有良好的短期、长期抗氧化性能,同时利用聚苯胺和聚氨酯使得抗氧化添加剂和PVC材料之间相容性更好,抗氧化添加剂分散更均匀,各组分之间相辅相成,能够更好的提高PVC通信管的抗氧化性。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明:
本发明的一种抗氧化PVC通信管,在基体材料中添加抗氧化添加剂以对其进行改性,具有良好的抗氧化性能,其中抗氧化添加剂以改性二氧化钛为核心,核心外包覆了聚苯胺壳层,聚苯胺壳层外负载有抗氧化微胶囊,抗氧化微胶囊是以咖啡酸/铁离子络合物为囊芯,聚氨酯为囊皮,且抗氧化微胶囊的平均粒径为100-150nm。具体制备如下:
实施例一
抗氧化微胶囊的制备
将10g咖啡酸加入500ml去离子水中,加热至55℃搅拌充分溶解得到咖啡酸溶液,在氮气气氛下,加入等体积浓度为10g/L的氯化亚铁溶液,搅拌混合均匀后保温反应2h,再加入8g聚乙烯醇,继续以400r/min的速度搅拌1h,再进行超声处理10min得到乳化液,在反应的整个过程中同时以1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH保持在7-8。
将60g异氟尔酮二异氰酸酯,5g 2-己烯-1,6-二醇,70g环己烷搅拌混合均匀后,在50℃条件下搅拌预聚合2h,得到预聚体,在1000r/min的速度进行搅拌的条件下,将预聚体滴加到乳化液中,滴加完成后升温至60℃,以800r/min的速度持续搅拌并滴加180mg偶氮二异丁腈,2h内滴加完成后,持续搅拌反应2h,自然冷却至室温,离心分离,沉淀层用去离子水洗涤3-4次,再减压抽滤,在40℃温度下真空干燥得到抗氧化微胶囊。经检测制备得到的抗氧化微胶囊的平均粒径为115nm。
改性二氧化钛的制备
将3g阿魏酸搅拌溶解于300ml无水乙醇中,加入10g介孔二氧化钛,超声分散后,升温至50-55℃,浓缩至1/5-1/4体积,本实施例选择55℃,浓缩至1/4体积,停止加热,冷却至室温,真空抽滤,滤饼用无水乙醇洗涤3次,于40℃温度下干燥后置于石蜡熔融液中,搅拌1-2min,捞出,得到改性二氧化钛。
抗氧化添加剂的制备
分别称取5g苯胺和10g改性二氧化钛加入100ml浓度为6%的盐酸溶液中,磁力搅拌分散1h得到悬浊液,称取14.5g过硫酸铵溶解于等质量的去离子水中,搅拌充分溶解后得到过硫酸铵溶液,向悬浊液中加入2/3体积的过硫酸铵溶液,室温下搅拌反应4h后,加入4.5g抗氧化微胶囊,加入余下的1/3体积的过硫酸铵溶液,持续搅拌反应2h,反应完成后过滤、洗涤、烘干得到抗氧化添加剂。
PVC通信管的制备
首先按以下配比分别称取:PVC 120份、CPVC 12份、增塑剂8份、抗氧化添加剂8份、稳定剂3份、外润滑剂0.5份、内润滑剂1份、加工助剂ACR4011份、紫外线吸收剂UV-327 0.5份。
S1:将PVC、CPVC置于高速混料机中,升温至90℃,搅拌混合5min,加入增塑剂SG-50、抗氧化添加剂、稳定剂硬脂酸钙,搅拌混合10min,加入外润滑剂高级脂肪酸、内润滑剂高级脂肪醇、加工助剂ACR401、紫外线吸收剂UV-327,搅拌并升温至125℃,保温搅拌20s得到混合物料一。
S2:将混合物料一搅拌冷却至35℃,出料,置于冷混料机中,保温混合5min,出料,得到混合物料二。
S3:将混合物料二于常温下放置24h后置于双螺杆挤出机中,设置双螺杆挤出机的工艺参数为,一区为175℃,二区为178℃,三区为182℃,四区为185℃,转速为22r/min,熔体压力为20MPa,牵引速度为5m/min,经双螺杆挤出机挤出得到通信管材。
实施例二
抗氧化微胶囊的制备
将6g咖啡酸加入300ml去离子水中,加热至60℃搅拌充分溶解得到咖啡酸溶液,在氮气气氛下,加入等体积浓度为8g/L的氯化亚铁溶液,搅拌混合均匀后保温反应1h,再加入4g聚乙烯醇,继续以400r/min的速度搅拌2h,再进行超声处理10min得到乳化液,在反应的整个过程中同时以1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH保持在7-8。
将24g异氟尔酮二异氰酸酯,3g 2-己烯-1,6-二醇,30g环己烷搅拌混合均匀后,在45℃条件下搅拌预聚合1h,得到预聚体,在1000r/min的速度进行搅拌的条件下,将预聚体滴加到乳化液中,滴加完成后升温至50℃,以800r/min的速度持续搅拌并滴加100mg偶氮二异丁腈,2h内滴加完成后,持续搅拌反应1h,自然冷却至室温,离心分离,沉淀层用去离子水洗涤3-4次,再减压抽滤,在40℃温度下真空干燥得到抗氧化微胶囊。经检测制备得到的抗氧化微胶囊的平均粒径为128nm。
改性二氧化钛的制备、抗氧化添加剂的制备均与实施例一相同。
PVC通信管的制备
首先按以下配比分别称取:PVC 110份、CPVC 11份、增塑剂9份、抗氧化添加剂6份、稳定剂2份、外润滑剂1份、内润滑剂0.8份、加工助剂ACR401 1份、紫外线吸收剂UV-327 1份。
S1:将PVC、CPVC置于高速混料机中,升温至90℃,搅拌混合5min,加入增塑剂SG-50、抗氧化添加剂、稳定剂硬脂酸钙,搅拌混合10min,加入外润滑剂高级脂肪酸、内润滑剂高级脂肪醇、加工助剂ACR401、紫外线吸收剂UV-327,搅拌并升温至128℃,保温搅拌10s得到混合物料一。
S2:将混合物料一搅拌冷却至20℃,出料,置于冷混料机中,保温混合8min,出料,得到混合物料二。
S3:将混合物料二于常温下放置24h后置于双螺杆挤出机中,设置双螺杆挤出机的工艺参数为,一区为178℃,二区为180℃,三区为185℃,四区为190℃,转速为20r/min,熔体压力为15MPa,牵引速度为6m/min,经双螺杆挤出机挤出得到通信管材。
实施例三
抗氧化微胶囊的制备、改性二氧化钛的制备、抗氧化添加剂的制备均与实施例一相同。
PVC通信管的制备
首先按以下配比分别称取:PVC 115份、CPVC 10份、增塑剂10份、抗氧化添加剂5份、稳定剂4份、外润滑剂0.8份、内润滑剂0.5份、加工助剂ACR4012份、紫外线吸收剂UV-3270.6份。
S1:将PVC、CPVC置于高速混料机中,升温至90℃,搅拌混合5min,加入增塑剂SG-50、抗氧化添加剂、稳定剂硬脂酸钙,搅拌混合10min,加入外润滑剂高级脂肪酸、内润滑剂高级脂肪醇、加工助剂ACR401、紫外线吸收剂UV-327,搅拌并升温至130℃,保温搅拌15s得到混合物料一。
S2:将混合物料一搅拌冷却至30℃,出料,置于冷混料机中,保温混合10min,出料,得到混合物料二。
S3:将混合物料二于常温下放置24h后置于双螺杆挤出机中,设置双螺杆挤出机的工艺参数为,一区为180℃,二区为185℃,三区为190℃,四区为195℃,转速为25r/min,熔体压力为18MPa,牵引速度为7m/min,经双螺杆挤出机挤出得到通信管材。
对比例一
本实施例和实施例一相比,其不同之处在于,在抗氧化添加剂的聚苯胺壳层内不复合抗氧化微胶囊。
对比例二
本实施例和实施例一相比,其不同之处在,将抗氧化添加剂替换为相同质量的抗氧化微胶囊。
将实施例一~实施例三、对比例一、对比例二制备得到的通信管同时进行性能测试、抗氧化实验,并以现有的PVC通信管作为对比。
抗氧化实验:将通信管样品置于干净的培养皿中,放入预热到200℃的干燥箱中,隔玻璃窗观察样品分别记录变黄、变黑的时间,加热2h停止加热,将培养皿取出冷却至室温,测量热失重,测试结果见下表。
通过上表可以看出,本发明制备得到的通信管,在断裂伸长率、抗拉强度明显高于现有的PVC通信管材,且抗氧化性能也明显提升。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,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宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (9)
1.一种抗氧化PVC通信管,其特征在于,所述PVC通信管包括以下重量份原料:PVC 110-120份、CPVC 10-12份、增塑剂8-10份、抗氧化添加剂5-8份、稳定剂2-4份、外润滑剂0.5-1份、内润滑剂0.5-1份、加工助剂ACR401 1-2份、紫外线吸收剂UV-327 0.5-1份,所述抗氧化添加剂以改性二氧化钛为核心,核心外包覆了聚苯胺壳层,所述聚苯胺壳层外负载有抗氧化微胶囊,所述抗氧化微胶囊是以咖啡酸/铁离子络合物为囊芯,聚氨酯为囊皮。
2.根据权利要求1所述的一种抗氧化PVC通信管,其特征在于,所述改性二氧化钛是以介孔二氧化钛为原料,经阿魏酸改性后所得。
3.根据权利要求2所述的一种抗氧化PVC通信管,其特征在于,所述PVC通信管包括以下重量份原料:PVC 110份、CPVC 11份、增塑剂9份、抗氧化添加剂6份、稳定剂2份、外润滑剂1份、内润滑剂0.8份、加工助剂ACR401 1份、紫外线吸收剂UV-327 1份。
4.根据权利要求3所述的一种抗氧化PVC通信管,其特征在于,所述增塑剂为SG-50,外润滑剂为高级脂肪酸,内润滑剂为高级脂肪醇、稳定剂为硬脂酸钙。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的一种抗氧化PVC通信管的制备方法,其特征在于,所述制备方法具体包括以下步骤:
S1:按照配方分别称取各原料,将PVC、CPVC置于高速混料机中,升温至90℃,搅拌混合5min,加入增塑剂、抗氧化添加剂、稳定剂,搅拌混合10min,加入外润滑剂、内润滑剂、加工助剂ACR401、紫外线吸收剂UV-327,搅拌并升温至125-130℃,保温搅拌10-20s得到混合物料一;
S2:将混合物料一搅拌冷却至20-35℃,出料,置于冷混料机中,保温混合5-10min,出料,得到混合物料二;
S3:将混合物料二于常温下放置24h后置于双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机挤出得到通信管材。
6.根据权利要求4所述的一种抗氧化PVC通信管的制备方法,其特征在于,所述双螺杆挤出机混合挤出时工艺参数为:一区为175-180℃,二区为178-185℃,三区为182-190℃,四区为185-195℃,转速为20-25r/min,熔体压力为15-20MPa,牵引速度为5-7m/min。
7.根据权利要求6所述的一种抗氧化PVC通信管的制备方法,其特征在于,所述抗氧化添加剂的制备方法为:按照1:2的质量比分别称取苯胺和改性二氧化钛加入浓度为6%的盐酸溶液中,磁力搅拌分散1h得到悬浊液,称取过硫酸铵溶解于等质量的去离子水中,搅拌充分溶解后得到过硫酸铵溶液,向悬浊液中加入2/3体积的过硫酸铵溶液,室温下搅拌反应4h后,加入抗氧化微胶囊,加入余下的1/3体积的过硫酸铵溶液,持续搅拌反应2h,反应完成后过滤、洗涤、烘干得到抗氧化添加剂。
8.根据权利要求7所述的一种抗氧化PVC通信管的制备方法,其特征在于,所述改性二氧化钛的制备方法为:将阿魏酸搅拌溶解于无水乙醇中,加入介孔二氧化钛,超声分散后,加热浓缩至1/5-1/4体积,停止加热,冷却至室温,真空抽滤、干燥后置于石蜡熔融液中,搅拌1-2min,捞出,得到改性二氧化钛。
9.根据权利要求8所述的一种抗氧化PVC通信管的制备方法,其特征在于,所述抗氧化微胶囊的制备方法为:
将咖啡酸加入去离子水中,加热搅拌至充分溶解得到咖啡酸溶液,在氮气气氛下,加入氯化亚铁溶液,搅拌混合均匀后保温反应1-2h,再加入聚乙烯醇,继续搅拌1-2h,再进行超声处理10min得到乳化液,在反应的整个过程中同时以1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH保持在7-8;
将异氟尔酮二异氰酸酯,2-己烯-1,6-二醇,环己烷搅拌混合均匀后,在40-50℃条件下搅拌预聚合1-2h,得到预聚体,在搅拌的条件下,将预聚体滴加到乳化液中,滴加完成后升温至50-60℃,持续搅拌并滴加偶氮二异丁腈,2h内滴加完成后,持续搅拌反应1-2h,自然冷却至室温,离心分离,沉淀层用去离子水洗涤,再减压抽滤、真空干燥得到抗氧化微胶囊。
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