CN111675843A - 一种高强度阻燃排水管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及废旧塑料再生技术及管材制备方法领域，具体涉及一种高强度阻燃排水管及其制备方法。一种高强度阻燃排水管，所述排水管的制备原料，按重量份计，至少包括以下组分：再生聚乙烯材料60‑90份、填料5‑20份、金属粉末1‑10份、阻燃剂1‑10份、其他助剂1‑5份。本发明提供了一种高强度阻燃排水管，由废弃塑料桶再生的聚乙烯材料为基材，大大提升废弃塑料桶的处理力度，减少环境污染，实现资源化利用，降低生产成本；同时复配一定量其他组分，如填料、阻燃剂、金属粉末和其他助剂等，各组分合理复配，产生协同增效的作用，使排水管具有高强度、阻燃性能优异的特点。

Description

一种高强度阻燃排水管及其制备方法
技术领域
本发明涉及废旧塑料再生技术及管材制备方法领域，具体涉及一种高强度阻燃排水管及其制备方法。
背景技术
随着塑料行业的迅猛发展，聚乙烯作为一种通用塑料，广泛应用于日用品、建筑、汽车制造业等领域。特别在管材领域，由于聚乙烯管材具有柔韧性好、耐腐蚀、易施工和安装等特点，广泛应用于市政和建筑给排水、燃气、供热采暖、电线电缆穿线、农用节水灌溉和工业排污、矿山矿物输送等领域。
目前，PE管材已成为继PVC之后，世界上消费量第二大的塑料管道品种。但随着聚乙烯应用领域的扩大和使用量的增加，废旧聚乙烯也与日俱增。废旧聚乙烯的再生使用，有利于塑料行业的可持续发展，具有重要的社会意义和经济意义。将废旧聚乙烯再生用于制造聚乙烯管材，既能满足市场对聚乙烯管材的需求，又能解决环境问题，节约资源。其中，危废塑料包装桶因其特殊性，以及自身的危害性和复杂性，进行物理资源化存在一定的难度，同时由于行业属性的限定，其利用领域也受到限制。因此，在目前实际生产中，大多危废处理企业都是进行焚烧处理，处理成本高且浪费了资源。
本发明提供一种再生危险废弃包装桶聚乙烯材料制备的高强度阻燃排水管，大大提升危废塑料包装桶的处理力度，减少环境污染，实现其资源化利用，同时提供一种高强度、阻燃性能优异的排水管，节约大量的资源，降低生产成本。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种高强度阻燃排水管，所述排水管的制备原料，按重量份计，至少包括以下组分：再生聚乙烯材料60-90份、填料5-20份、金属粉末1-10份、阻燃剂1-10份、其他助剂1-5份。
作为本发明一种优选的技术方案，所述再生聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)破碎：将废弃塑料桶进行破碎，得破碎料；
(2)除杂：将破碎料经热碱水浸泡后，进行打磨清洗，去除表面杂质；脱水后，再经风选将轻质杂质去除；
(3)烘干：将步骤(2)得到的破碎料烘干至含水率不高于0.5wt％。
作为本发明一种优选的技术方案，所述填料选自二氧化硅、膨润土、凹凸棒土、碳酸钙、大理石粉、陶瓷粉、石英砂粉、碳纤维、改性玻璃纤维、石棉粉、滑石粉和石棉纤维中的至少一种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述填料为改性玻璃纤维。
作为本发明一种优选的技术方案，所述改性玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玻璃纤维在400-800℃下煅烧1-3h，然后冷却至室温；
(2)将步骤(1)得到的玻璃纤维和硬脂酸盐混合，在惰性气体环境下，研磨5-30min，即得。
作为本发明一种优选的技术方案，所述步骤(2)中，玻璃纤维和硬脂酸盐的重量比为(6-12)：1。
作为本发明一种优选的技术方案，所述金属粉末选自铜粉、铁粉、铝粉、钴粉、锡粉、铅粉、镍粉和钨粉中的至少一种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述金属粉末为铜粉。
作为本发明一种优选的技术方案，所述阻燃剂为无卤阻燃剂。
本发明的第二个方面提供了所述的高强度阻燃排水管的制备方法，包括以下步骤：将再生聚乙烯材料、填料、金属粉末、阻燃剂和其他助剂混合，在150-230℃下混炼1-5h，然后挤出成型，即得。
有益效果
本发明提供了一种高强度阻燃排水管，由危废塑料包装桶再生的聚乙烯材料为基材，大大提升危废塑料包装桶的处理力度，减少环境污染，实现资源化利用，降低生产成本；同时复配一定量其他组分，如填料、阻燃剂、金属粉末和其他助剂等，各组分合理复配，产生协同增效的作用，使排水管具有高强度、阻燃性能优异的特点。
具体实施方式
参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。
说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。
此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。
为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种高强度阻燃排水管，所述排水管的制备原料，按重量份计，至少包括以下组分：再生聚乙烯材料60-90份、填料5-20份、金属粉末1-10份、阻燃剂1-10份、其他助剂1-5份。
在一种优选的实施方式中，所述排水管的制备原料，按重量份计，至少包括以下组分：再生聚乙烯材料75份、填料10份、金属粉末4份、阻燃剂4份、其他助剂1.5份。
再生聚乙烯材料
PE再生料是再生聚乙烯材料，PE再生料可用来制造各种塑料袋、文具、纽扣、拉链等生活用具及各种塑料建筑工具、塑料门窗、泥灰桶，在农业上应用也比较广泛，比如制造农膜、抽水管、农机具、肥料包装袋等农用器具。使用PE再生料制造塑料制品，可以节省资源，并且减轻固体废弃物污染。
本发明中，所述再生聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)破碎：将废弃塑料桶进行破碎，得破碎料；
(2)除杂：将破碎料经热碱水浸泡后，进行打磨清洗，去除表面杂质；脱水后，再经风选将轻质杂质去除；
(3)烘干：将步骤(2)得到的破碎料烘干至含水率不高于0.5wt％。
在一种优选的实施方式中，所述破碎料的平均粒径为10-80mm。
在一种优选的实施方式中，所述热碱水为温度为50-100℃的氢氧化钠/氢氧化钾的水溶液。
在一种更优选的实施方式中，所述氢氧化钠/氢氧化钾的浓度为0.1-10wt％。
在一种优选的实施方式中，所述烘干温度为60-100℃。
填料
本发明中，所述填料选自二氧化硅、膨润土、凹凸棒土、碳酸钙、大理石粉、陶瓷粉、石英砂粉、碳纤维、改性玻璃纤维、石棉粉、滑石粉和石棉纤维中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述填料为改性玻璃纤维。
在一种优选的实施方式中，所述改性玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玻璃纤维在400-800℃下煅烧1-3h，然后冷却至室温；
(2)将步骤(1)得到的玻璃纤维和硬脂酸盐混合，在惰性气体环境下，研磨5-30min，即得。
在一种更优选的实施方式中，所述步骤(2)中，玻璃纤维和硬脂酸盐的重量比为(6-12)：1。
在一种更优选的实施方式中，所述步骤(2)中，玻璃纤维和硬脂酸盐的重量比为9：1。
本发明中，所述再生聚乙烯材料和填料的重量比为(5-10)：1。
在一种优选的技术方案中，所述再生聚乙烯材料和填料的重量比为7.5：1。
金属粉末
本发明中，所述金属粉末选自铜粉、铁粉、铝粉、钴粉、锡粉、铅粉、镍粉和钨粉中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述金属粉末为铜粉。
在一种更优选的实施方式中，所述铜粉为纳米级铜粉。
在一种更优选的实施方式中，所述纳米级铜粉的粒径为50-1000nm。
在一种更优选的实施方式中，所述纳米级铜粉的粒径为100-500nm。
本发明中，所述纳米级铜粉的来源，没有特别的限制，可提及南宫市雷公合金材料有限公司。
本发明中，所述金属粉末和填料的重量比为1：(1-5)。
在一种优选的实施方式中，所述金属粉末和填料的重量比为1：2.5。
阻燃剂
为能够增加高分子材料耐燃性的物质，主要用于高分子材料如塑料，橡胶、纤维等，而这些材料大多数是可以燃烧的。特别是塑料，要将其应用在交通运输、建筑、电工器材、航空、宇宙飞行等方面，就迫切需要解决其耐燃烧问题。阻燃剂的使用一般应具备以下几个条件：不降低高分子材料的物性，如耐热性、机械强度、电气性能；分解温度不应太高，但在加工温度下又不能分解、耐久性好、耐候性好、价廉。
本发明中，所述阻燃剂为无卤阻燃剂。
在一种优选的实施方式中，所述无卤阻燃剂，没有特别的限制，可提及磷系无卤阻燃剂、氮系无卤阻燃剂、磷氮系无卤阻燃剂、无机阻燃剂、复合无卤阻燃剂等。
在一种优选的实施方式中，所述复合无卤阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯浸没在浓硫酸溶液中，酸化处理30-150min；然后过滤，用去离子水反复冲洗多次后，在80-150℃下烘干，得酸化石墨烯；
(2)将酸化石墨烯、磷粉和抗氧剂混合，在惰性气体环境，转速为150-500r/min的条件下，研磨3-5h；然后在80-150℃下烘干处理至含水量不高于0.5wt％，即得。
在一种优选的实施方式中，所述酸化石墨烯、磷粉和抗氧剂的重量比为10：(2-6)：(0.1-3)。
在一种更优选的实施方式中，所述酸化石墨烯、磷粉和抗氧剂的重量比为10：5：1。
本发明中，所述填料和阻燃剂的重量比为1：(0.5-1.5)。
在一种优选的技术方案中，所述填料和阻燃剂的重量比为1：1。
其他助剂
本发明中，所述其他助剂，没有特别的限制，为本领域技术人员公知。
在一种优选的实施方式中，所述其他助剂为交联剂。
在一种更优选的实施方式中，所述交联剂，没有特别的限制，可提及氧化二异丙苯。
本发明的第二个方面提供了所述的高强度阻燃排水管的制备方法，包括以下步骤：将再生聚乙烯材料、填料、金属粉末、阻燃剂和其他助剂混合，在150-230℃下混炼1-5h，然后挤出成型，即得。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售的。
实施例
实施例1
实施例1提供了一种高强度阻燃排水管，所述排水管的制备原料，按重量份计，至少包括以下组分：再生聚乙烯材料75份、填料10份、金属粉末4份、阻燃剂4份、其他助剂1.5份。
所述再生聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)破碎：将废弃塑料桶进行破碎，得破碎料，所述破碎料的平均粒径为12±5mm；
(2)除杂：将破碎料经热碱水浸泡后，进行打磨清洗，去除表面杂质；脱水后，再经风选将轻质杂质去除；
(3)烘干：将步骤(2)得到的破碎料在100℃下烘干至含水率不高于0.5wt％。
所述填料为改性玻璃纤维；所述改性玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玻璃纤维在500℃下煅烧2h，然后冷却至室温；
(2)将步骤(1)得到的玻璃纤维和硬脂酸盐按重量比为9：1混合，在惰性气体环境下，研磨20min，即得。
所述金属粉末为纳米级铜粉，粒径为300±100nm，购买于南宫市雷公合金材料有限公司。
所述阻燃剂为复合无卤阻燃剂；所述复合无卤阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯浸没在浓硫酸溶液中，酸化处理60min；然后过滤，用去离子水反复冲洗多次后，在100℃下烘干，得酸化石墨烯；
(2)将酸化石墨烯、纳米磷粉和抗氧剂混合，在惰性气体环境，转速为200r/min的条件下，研磨2h；然后在120℃下烘干处理至含水量不高于0.5wt％，即得。
所述其他助剂为交联剂；所述交联剂为氧化二异丙苯。
所述的高强度阻燃排水管的制备方法，包括以下步骤：将再生聚乙烯材料、填料、金属粉末、阻燃剂和其他助剂混合，在180℃下混炼2h，然后挤出成型，即得。
实施例2
实施例2提供了一种高强度阻燃排水管，所述排水管的制备原料，按重量份计，至少包括以下组分：再生聚乙烯材料60份、填料5份、金属粉末1份、阻燃剂1份、其他助剂1份。
所述再生聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)破碎：将废弃塑料桶进行破碎，得破碎料，所述破碎料的平均粒径为12±5mm；
(2)除杂：将破碎料经热碱水浸泡后，进行打磨清洗，去除表面杂质；脱水后，再经风选将轻质杂质去除；
(3)烘干：将步骤(2)得到的破碎料在100℃下烘干至含水率不高于0.5wt％。
所述填料为改性玻璃纤维；所述改性玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玻璃纤维在500℃下煅烧2h，然后冷却至室温；
(2)将步骤(1)得到的玻璃纤维和硬脂酸盐按重量比为9：1混合，在惰性气体环境下，研磨20min，即得。
所述金属粉末为纳米级铜粉，粒径为300±100nm，购买于南宫市雷公合金材料有限公司。
所述阻燃剂为复合无卤阻燃剂；所述复合无卤阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯浸没在浓硫酸溶液中，酸化处理60min；然后过滤，用去离子水反复冲洗多次后，在100℃下烘干，得酸化石墨烯；
(2)将酸化石墨烯、纳米磷粉和抗氧剂混合，在惰性气体环境，转速为200r/min的条件下，研磨2h；然后在120℃下烘干处理至含水量不高于0.5wt％，即得。
所述其他助剂为交联剂；所述交联剂为氧化二异丙苯。
所述的高强度阻燃排水管的制备方法，包括以下步骤：将再生聚乙烯材料、填料、金属粉末、阻燃剂和其他助剂混合，在180℃下混炼2h，然后挤出成型，即得。
实施例3
实施例3提供了一种高强度阻燃排水管，所述排水管的制备原料，按重量份计，至少包括以下组分：再生聚乙烯材料90份、填料20份、金属粉末10份、阻燃剂10份、其他助剂5份。
所述再生聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)破碎：将废弃塑料桶进行破碎，得破碎料，所述破碎料的平均粒径为12±5mm；
(2)除杂：将破碎料经热碱水浸泡后，进行打磨清洗，去除表面杂质；脱水后，再经风选将轻质杂质去除；
(3)烘干：将步骤(2)得到的破碎料在100℃下烘干至含水率不高于0.5wt％。
所述填料为改性玻璃纤维；所述改性玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玻璃纤维在500℃下煅烧2h，然后冷却至室温；
(2)将步骤(1)得到的玻璃纤维和硬脂酸盐按重量比为9：1混合，在惰性气体环境下，研磨20min，即得。
所述金属粉末为纳米级铜粉，粒径为300±100nm，购买于南宫市雷公合金材料有限公司。
所述阻燃剂为复合无卤阻燃剂；所述复合无卤阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯浸没在浓硫酸溶液中，酸化处理60min；然后过滤，用去离子水反复冲洗多次后，在100℃下烘干，得酸化石墨烯；
(2)将酸化石墨烯、纳米磷粉和抗氧剂混合，在惰性气体环境，转速为200r/min的条件下，研磨2h；然后在120℃下烘干处理至含水量不高于0.5wt％，即得。
所述其他助剂为交联剂；所述交联剂为氧化二异丙苯。
所述的高强度阻燃排水管的制备方法，包括以下步骤：将再生聚乙烯材料、填料、金属粉末、阻燃剂和其他助剂混合，在180℃下混炼2h，然后挤出成型，即得。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，所述填料为玻璃纤维。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，不包括金属粉末。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于，所述阻燃剂为磷粉。
实施例7
实施例7与实施例1的区别在于，所述填料为碳酸钙。
实施例8
实施例8与实施例1的区别在于，所述金属粉末为铝粉。
性能测试
实施例1-6制备得到的排水管的性能测试项目、方法和标准如表1所示；性能测试结果如表2所示；
表1.性能测试项目、方法和标准
Figure BDA0002600557770000101
表2.实施例1-6性能测试结果
Figure BDA0002600557770000102
前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。

Claims (10)

1.一种高强度阻燃排水管，其特征在于，所述排水管的制备原料，按重量份计，至少包括以下组分：再生聚乙烯材料60-90份、填料5-20份、金属粉末1-10份、阻燃剂1-10份、其他助剂1-5份。
2.根据权利要求1所述的高强度阻燃排水管，其特征在于，所述再生聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)破碎：将废弃塑料桶进行破碎，得破碎料；
(2)除杂：将破碎料经热碱水浸泡后，进行打磨清洗，去除表面杂质；脱水后，再经风选将轻质杂质去除；
(3)烘干：将步骤(2)得到的破碎料烘干至含水率不高于0.5wt％。
3.根据权利要求1所述的高强度阻燃排水管，其特征在于，所述填料选自二氧化硅、膨润土、凹凸棒土、碳酸钙、大理石粉、陶瓷粉、石英砂粉、碳纤维、改性玻璃纤维、石棉粉、滑石粉和石棉纤维中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的高强度阻燃排水管，其特征在于，所述填料为改性玻璃纤维。
5.根据权利要求4所述的高强度阻燃排水管，其特征在于，所述改性玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玻璃纤维在400-800℃下煅烧1-3h，然后冷却至室温；
(2)将步骤(1)得到的玻璃纤维和硬脂酸盐混合，在惰性气体环境下，研磨5-30min，即得。
6.根据权利要求5所述的高强度阻燃排水管，其特征在于，所述步骤(2)中，玻璃纤维和硬脂酸盐的重量比为(6-12)：1。
7.根据权利要求1所述的高强度阻燃排水管，其特征在于，所述金属粉末选自铜粉、铁粉、铝粉、钴粉、锡粉、铅粉、镍粉和钨粉中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的高强度阻燃排水管，其特征在于，所述金属粉末为铜粉。
9.根据权利要求1所述的高强度阻燃排水管，其特征在于，所述阻燃剂为无卤阻燃剂。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的高强度阻燃排水管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将再生聚乙烯材料、填料、金属粉末、阻燃剂和其他助剂混合，在150-230℃下混炼1-5h，然后挤出成型，即得。
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CN114790315A (zh) * 2021-05-13 2022-07-26 上海睿聚环保科技有限公司 一种下水管道材料的制备方法
CN115180836A (zh) * 2022-07-11 2022-10-14 南通金鹏玻纤制品有限公司 一种阻燃玻纤布及其生产工艺

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