CN111849090A - 一种pvc管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PVC管材，按重量份数计，由以下组分组成：聚氯乙烯60‑80份，玻璃纤维10‑15份，偶联硅化物5‑20份，碱式柠檬酸镧2‑10份，钛白粉3‑5份，石蜡0.5‑5份，乙烯‑乙酸乙烯共聚蜡5‑20份。本发明公开的PVC管材，其制备方法包括：1)将聚氯乙烯、偶联硅化物、石蜡和乙烯‑乙酸乙烯共聚蜡投入高速搅拌机内，高速搅拌后得第一混合料；2)将玻璃纤维、碱式柠檬酸镧和钛白粉投入高速搅拌机内，高速搅拌后得第二混合料；3)将第一混合料和第二混合料混合；4)将步骤3)所得混合料送至双螺杆挤出机中挤出成型，即得PVC管材。本发明所添加的稀土镧元素能够有效提高PVC管材的机械性能，碱式柠檬酸镧与偶联硅化物通过分子间作用力，有效增强了PVC管材的机械性能。

Description

一种PVC管材及其制备方法
技术领域
本发明属于塑料管材制造领域，具体涉及一种PVC管材及其制备方法。
背景技术
常用的管材材质有PE、PVC和PTFE等高分子材料，然而作为管材材料，PTFE的成本过高，PE对环境应力敏感，耐热老化性差。聚氯乙烯(PVC)是世界上应用最广的热塑性塑料之一，其强度比PE好、成本低，具有耐腐蚀性能，被广泛应用到建筑行业。但PVC比较脆，PVC管材由于抗冲击韧性差、加工性能差直接影响到应用范围。国内外多领域的应用结果表明，压力管材专用硬质PVC(PVC-U)在使用过程中存在脆性破坏的问题，加入增韧剂虽改善了其抗冲击性能与韧性，但刚性却大幅下降。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种PVC管材及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明首先提供一种PVC管材，按重量份数计，由以下组分组成：
聚氯乙烯60-80份，玻璃纤维10-15份，偶联硅化物5-20份，碱式柠檬酸镧2-10份，钛白粉3-5份，石蜡0.5-5份，乙烯-乙酸乙烯共聚蜡5-20份。
本发明还提供一种PVC管材的制备方法，该方法包括：1)取配方比例的聚氯乙烯、偶联硅化物、石蜡和乙烯-乙酸乙烯共聚蜡一同投入高速搅拌机内，2500rpm高速搅拌30分钟后冷却至室温，得第一混合料；2)取配方比例的玻璃纤维、碱式柠檬酸镧和钛白粉一同投入高速搅拌机内，1500rpm高速搅拌30分钟后冷却至室温，得第二混合料；3)将步骤1)所得第一混合料和步骤2)所得第二混合料一同投入高速搅拌机内，3500rpm高速搅拌40分钟后停止搅拌，冷却至室温，得混合料；4)将步骤3)所得混合料送至双螺杆挤出机中，在160-180℃加工温度下挤出成型，即得PVC管材。
优选地，所述偶联硅化物由以下方法制备：将纳米碳酸钙、硅酸锆和去离子水混合研磨，研磨后将混合物放入马弗炉中控制氮气流速，在450℃下煅烧2小时，冷却至室温后取出，加入硅烷偶联剂和BYK163研磨，得到偶联硅化物。
优选地，所述纳米碳酸钙、硅酸锆、BYK163、硅烷偶联剂和去离子水按质量计其份数为80：10:(1.5-2)：(2.5-3):16。
优选地，所述硅烷偶联剂为乙烯基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷、巯基硅烷和甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷中的一种。
更为优选地，所述氮气流速为5-20L/min。
更为优选地，所述硅烷偶联剂为乙烯基硅烷。所述乙烯基硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的一种。
本发明的有益效果如下：本发明使用玻璃纤维能够有效增强PVC管材的韧性，偶联硅化物能够改变界面性能，使得聚氯乙烯与碱式柠檬酸镧和钛白粉之间能更好的融合；其中的纳米碳酸钙和硅酸锆的存在使无机物在体系中更好的分散，在挤出过程之中对物料可以起到润滑作用，更好的降低了物料的粘度，提高熔体流动速率；同时所添加的无机物对于制品的冲击强度和机械性能有大幅度的提高。所添加的稀土镧元素能够有效提高PVC管材的机械性能，碱式柠檬酸镧与偶联硅化物通过分子间作用力，进一步增强了PVC管材的机械性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
一种PVC管材，按重量份数计，由以下组分组成：
聚氯乙烯60份，玻璃纤维10份，偶联硅化物5份，碱式柠檬酸镧2份，钛白粉3份，石蜡0.5份，乙烯-乙酸乙烯共聚蜡5份。
所述偶联硅化物由以下方法制备：将纳米碳酸钙、硅酸锆和去离子水混合研磨，研磨后将混合物放入马弗炉中控制氮气流速为5L/min，在450℃下煅烧2小时，冷却至室温后取出，加入乙烯基三乙氧基硅烷和BYK163研磨，得到偶联硅化物。
其中所述纳米碳酸钙、硅酸锆、BYK163、乙烯基三乙氧基硅烷和去离子水按质量计其份数为80:10:1.5:2.5:16。
一种PVC管材的制备方法，该方法包括：1)取配方比例的聚氯乙烯、偶联硅化物、石蜡和乙烯-乙酸乙烯共聚蜡一同投入高速搅拌机内，2500rpm高速搅拌30分钟后冷却至室温，得第一混合料；2)取配方比例的玻璃纤维、碱式柠檬酸镧和钛白粉一同投入高速搅拌机内，1500rpm高速搅拌30分钟后冷却至室温，得第二混合料；3)将步骤1)所得第一混合料和步骤2)所得第二混合料一同投入高速搅拌机内，3500rpm高速搅拌40分钟后停止搅拌，冷却至室温，得混合料；4)将步骤3)所得混合料送至双螺杆挤出机中，在160℃加工温度下挤出成型，即得PVC管材。
实施例2
一种PVC管材，按重量份数计，由以下组分组成：
聚氯乙烯65份，玻璃纤维11份，偶联硅化物8份，碱式柠檬酸镧4份，钛白粉3.5份，石蜡1.0份，乙烯-乙酸乙烯共聚蜡8份。
所述偶联硅化物由以下方法制备：将纳米碳酸钙、硅酸锆和去离子水混合研磨，研磨后将混合物放入马弗炉中控制氮气流速为10L/min，在450℃下煅烧2小时，冷却至室温后取出，加入乙烯基三甲氧基硅烷和BYK163研磨，得到偶联硅化物。乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的一种。
所述纳米碳酸钙、硅酸锆、BYK163、乙烯基三甲氧基硅烷和去离子水按质量计其份数为80:10:1.5:2.5:16。
本发明还提供一种PVC管材的制备方法，该方法包括：1)取配方比例的聚氯乙烯、偶联硅化物、石蜡和乙烯-乙酸乙烯共聚蜡一同投入高速搅拌机内，2500rpm高速搅拌30分钟后冷却至室温，得第一混合料；2)取配方比例的玻璃纤维、碱式柠檬酸镧和钛白粉一同投入高速搅拌机内，1500rpm高速搅拌30分钟后冷却至室温，得第二混合料；3)将步骤1)所得第一混合料和步骤2)所得第二混合料一同投入高速搅拌机内，3500rpm高速搅拌40分钟后停止搅拌，冷却至室温，得混合料；4)将步骤3)所得混合料送至双螺杆挤出机中，在165℃加工温度下挤出成型，即得PVC管材。
实施例3
一种PVC管材，按重量份数计，由以下组分组成：
聚氯乙烯70份，玻璃纤维12份，偶联硅化物10份，碱式柠檬酸镧6份，钛白粉4份，石蜡2.0份，乙烯-乙酸乙烯共聚蜡12份。
所述偶联硅化物由以下方法制备：将纳米碳酸钙、硅酸锆和去离子水混合研磨，研磨后将混合物放入马弗炉中控制氮气流速为13L/min，在450℃下煅烧2小时，冷却至室温后取出，加入乙烯基三甲氧基硅烷和BYK163研磨，得到偶联硅化物。
所述纳米碳酸钙、硅酸锆、BYK163、乙烯基三甲氧基硅烷和去离子水按质量计其份数为80:10:2:3:16。
本发明还提供一种PVC管材的制备方法，该方法包括：1)取配方比例的聚氯乙烯、偶联硅化物、石蜡和乙烯-乙酸乙烯共聚蜡一同投入高速搅拌机内，2500rpm高速搅拌30分钟后冷却至室温，得第一混合料；2)取配方比例的玻璃纤维、碱式柠檬酸镧和钛白粉一同投入高速搅拌机内，1500rpm高速搅拌30分钟后冷却至室温，得第二混合料；3)将步骤1)所得第一混合料和步骤2)所得第二混合料一同投入高速搅拌机内，3500rpm高速搅拌40分钟后停止搅拌，冷却至室温，得混合料；4)将步骤3)所得混合料送至双螺杆挤出机中，在170℃加工温度下挤出成型，即得PVC管材。
实施例4
一种PVC管材，按重量份数计，由以下组分组成：
聚氯乙烯75份，玻璃纤维14份，偶联硅化物15份，碱式柠檬酸镧7份，钛白粉4.0份，石蜡3.0份，乙烯-乙酸乙烯共聚蜡16份。
所述偶联硅化物由以下方法制备：将纳米碳酸钙、硅酸锆和去离子水混合研磨，研磨后将混合物放入马弗炉中控制氮气流速为17L/min，在450℃下煅烧2小时，冷却至室温后取出，加入乙烯基三甲氧基硅烷和BYK163研磨，得到偶联硅化物。
所述纳米碳酸钙、硅酸锆、BYK163、乙烯基三甲氧基硅烷和去离子水按质量计其份数为80:10:1.5:2.5:16。
本发明还提供一种PVC管材的制备方法，该方法包括：1)取配方比例的聚氯乙烯、偶联硅化物、石蜡和乙烯-乙酸乙烯共聚蜡一同投入高速搅拌机内，2500rpm高速搅拌30分钟后冷却至室温，得第一混合料；2)取配方比例的玻璃纤维、碱式柠檬酸镧和钛白粉一同投入高速搅拌机内，1500rpm高速搅拌30分钟后冷却至室温，得第二混合料；3)将步骤1)所得第一混合料和步骤2)所得第二混合料一同投入高速搅拌机内，3500rpm高速搅拌40分钟后停止搅拌，冷却至室温，得混合料；4)将步骤3)所得混合料送至双螺杆挤出机中，在175℃加工温度下挤出成型，即得PVC管材。
实施例5
一种PVC管材，按重量份数计，由以下组分组成：
聚氯乙烯80份，玻璃纤维15份，偶联硅化物20份，碱式柠檬酸镧10份，钛白粉5份，石蜡5份，乙烯-乙酸乙烯共聚蜡20份。
所述偶联硅化物由以下方法制备：将纳米碳酸钙、硅酸锆和去离子水混合研磨，研磨后将混合物放入马弗炉中控制氮气流速为20L/min，在450℃下煅烧2小时，冷却至室温后取出，加入乙烯基三(β-甲氧乙氧基)和BYK163研磨，得到偶联硅化物。
所述纳米碳酸钙、硅酸锆、BYK163、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷和去离子水按质量计其份数为80:10:1.5:2.5:16。
本发明还提供一种PVC管材的制备方法，该方法包括：1)取配方比例的聚氯乙烯、偶联硅化物、石蜡和乙烯-乙酸乙烯共聚蜡一同投入高速搅拌机内，2500rpm高速搅拌30分钟后冷却至室温，得第一混合料；2)取配方比例的玻璃纤维、碱式柠檬酸镧和钛白粉一同投入高速搅拌机内，1500rpm高速搅拌30分钟后冷却至室温，得第二混合料；3)将步骤1)所得第一混合料和步骤2)所得第二混合料一同投入高速搅拌机内，3500rpm高速搅拌40分钟后停止搅拌，冷却至室温，得混合料；4)将步骤3)所得混合料送至双螺杆挤出机中，在180℃加工温度下挤出成型，即得PVC管材。
对比例1
与实施例1不同之处在于，对比例1不含玻璃纤维和偶联硅化物，其它参数及制备方法参考实施例1。
对比例2
与实施例1不同之处在于，对比例2不含偶联硅化物和碱式柠檬酸镧，其它参数及制备方法参考实施例1。
PVC管材性能测试
将实施例1～5和对比例1～2制备得到的PVC管材在双辊混炼机上170～175℃混合，充分塑化后压片，将所得的片材经液压机层压，制成所需厚度的平整板材，随后用制样机制成测试样条，测试其拉伸强度、缺口冲击强度和断裂伸长率，结果参见表1。
表1实施例1～5和对比例1～2性能测试
组别 缺口冲击强度(KJ/m<sup>2</sup>) 拉伸强度(MPa) 断裂伸长率(％)
实施例1 48 44.2 116
实施例2 49 45.1 121
实施例3 50 45.3 125
实施例4 51 48.2 131
实施例5 54 53.1 135
对比例1 35 39.2 100
对比例2 31 38.3 83
由表1可见，本发明实施例1～5制备的PVC管材缺口冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率均处于较高水平，而对比例1～2(即不加入偶联硅化物和/或碱式柠檬酸)的PVC管材缺口冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率均显著降低，各项性能较差。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种PVC管材，其特征在于，所述管材按重量份数计，由以下组分组成：聚氯乙烯60-80份，玻璃纤维10-15份，偶联硅化物5-20份，碱式柠檬酸镧2-10份，钛白粉3-5份，石蜡0.5-5份，乙烯-乙酸乙烯共聚蜡5-20份。
2.根据权利要求1所述的一种PVC管材，其特征在于：所述偶联硅化物由以下方法制备：将纳米碳酸钙、硅酸锆和去离子水混合研磨，研磨后将混合物放入马弗炉中控制氮气流速，在450℃下煅烧2小时，冷却至室温后取出，加入硅烷偶联剂和BYK163研磨，得到偶联硅化物。
3.根据权利要求2所述的一种PVC管材，其特征在于：所述纳米碳酸钙、硅酸锆、BYK163、硅烷偶联剂和去离子水按质量计其份数为80：10:(1.5-2)：(2.5-3):16。
4.根据权利要求2所述的一种PVC管材，其特征在于：所述硅烷偶联剂为乙烯基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷、巯基硅烷和甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷中的一种。
5.根据权利要求4所述的一种PVC管材，其特征在于：所述硅烷偶联剂为乙烯基硅烷。
6.根据权利要求5所述的一种PVC管材，其特征在于：所述乙烯基硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的一种。
7.根据权利要求2所述的一种PVC管材，其特征在于：所述氮气流速为5-20L/min。
8.权利要求所述的一种PVC管材的制备方法，其特征在于，所述方法包括：1)取聚氯乙烯、偶联硅化物、石蜡和乙烯-乙酸乙烯共聚蜡一同投入高速搅拌机内，2500rpm高速搅拌30分钟后冷却至室温，得第一混合料；2)取玻璃纤维、碱式柠檬酸镧和钛白粉一同投入高速搅拌机内，1500rpm高速搅拌30分钟后冷却至室温，得第二混合料；3)将步骤1)所得第一混合料和步骤2)所得第二混合料一同投入高速搅拌机内，3500rpm高速搅拌40分钟后停止搅拌，冷却至室温，得混合料；4)将步骤3)所得混合料送至双螺杆挤出机中，在160-180℃加工温度下挤出成型，即得PVC管材。
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