CN112321932A - 一种环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺 - Google Patents

一种环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺，包括以下步骤：S1：包含回收高密度聚乙烯、有机过氧化物聚乙烯交联剂、聚乙烯蜡和POE增韧剂的第一混匀料熔融挤出造粒，得到第一改性中间料；S2：包含S1所得第一改性中间料、PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体、抗氧剂和低密度聚乙烯新料的第二混匀料熔融挤出造粒，得到第二改性中间料；S3：将第二改性中间料与低密度聚乙烯新料共混挤出成型、真空定径和冷却，得到聚乙烯排水管道成品。该环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺采用两步法改性回收料，提高回收料的机械强度和韧性，高密度聚乙烯再生料与新料共混制成的管道耐环境应力开裂性能良好。

Description

一种环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺
技术领域
本发明涉及聚乙烯给排水管道技术领域，具体涉及一种环保高韧性聚乙烯排水管道及其生产方法。
背景技术
聚乙烯再生料是指在自然环境下经历一段时间使用老化后的塑料，聚乙烯聚合物分子链因氧化降解、交联、助剂迁移等而产生支化、歧化、交联等结构，因此再生料的力学性能较新料下降。因此通常将再生料与新料混合生产管材，并且需要严格控制管材原料中再生料的含量。
针对管材生产用聚乙烯再生料常用的改进方法为轻度交联改性，如CN102276892A所述的，将回收的高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、色母、交联剂或者抗氧剂混合，经过一次熔融反应得到中间体，然后将中间体与抗菌剂或者交联剂混合，再经过一次熔融得到目标物，该方案中交联剂和抗氧剂分别在不同的熔融步骤中加入反应，提高管材树脂的稳定性能及耐环境应力开裂性能；又如CN107841026A中所公开的：聚乙烯回收料、交联剂、抗氧剂A按比例混合造粒，然后将交联改性的聚乙烯回收粒料与抗氧剂B和增韧剂POE混合，再次造粒得机械强度和耐老化性能优良的聚乙烯。以上述改性的再生料作为基材与低密度聚乙烯新料混合，提高再生料的比例至50%，聚乙烯排水管材的耐环境应力开裂性能不理想。因此，有必要对现有技术中聚乙烯给排水管道生产过程再生料的改性以及与新料的混合工艺进行优化。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺，改善聚乙烯排水管道的耐环境应力开裂性能。
为了实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：包含回收高密度聚乙烯、有机过氧化物聚乙烯交联剂、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和POE增韧剂的第一混匀料熔融挤出造粒，得到第一改性中间料；
S2：包含S1所得第一改性中间料、PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体、抗氧剂和低密度聚乙烯新料的第二混匀料熔融挤出造粒，得到第二改性中间料；
S3：将第二改性中间料与低密度聚乙烯新料共混挤出成型、真空定径和冷却，得到聚乙烯排水管道成品。
通过S1步骤中采用交联剂分解产生烷氧自由基，引发回收高密度聚乙烯的交联反应，在PE主链上引入支链；S2中进一步采用PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体改性第一改性中间料和低密度聚乙烯新料的共混体系，组分之间相容性良好，三元共混热塑性弹性体能阻碍聚乙烯管材内部球晶和好的序态形成，从而改善管材的韧性和耐环境应力开裂性能。在S2步骤原料中加入部分低密度聚乙烯新料，可以提高管材材质的均匀性。
有机过氧化物聚乙烯交联剂进一步优选为叔丁基过氧化氢、α，α-双（叔丁过氧基）二异丙苯、过氧化二异丙苯中的至少一种或两种以上的组合。抗氧剂进一步优选为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中的一种或两种以上的组合。
优选的技术方案为，按质量份数计，所述第一混匀料的主要组成为：回收高密度聚乙烯100份、交联剂0.2～1.8份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯0.3～1.5份、POE增韧剂2～4份。
优选的技术方案为，按质量份数计，所述第二混匀料的主要组成为：第一改性中间料100份、PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体1～10份、抗氧剂2～4份、低密度聚乙烯新料40～80份。
优选的技术方案为，所述S3中第二改性中间料与低密度聚乙烯新料的质量之比为（1.1～1.2）：1。
优选的技术方案为，所述S1和S2的混匀料熔融挤出温度为挤出温度为180～220℃。
优选的技术方案为，所述S3中的挤出成型温度为175～180℃，真空定径的压力为0.2～1Mpa。
优选的技术方案为，按质量份数计，所述S2的第二混匀料中还包括二苯基硅二醇0.03～0.07份和炭黑色母1～5份；
所述第二混匀料的混匀方法为：将第一改性中间料5～10份、PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体、炭黑色母和二苯基硅二醇加热至100～120℃，混合至少半小时，然后保温加入第二混匀料的剩余组分，充分混合得第二混匀料。炭黑色母中炭黑表面吸附含氧官能团如羟基，熔融挤出过程中二苯基硅二醇结合到炭黑表面，阻碍填料表面与三元共混热塑性弹性体中的甲基乙烯基硅橡胶之间化学键的形成，同样能阻碍聚乙烯管材内部球晶和好的序态形成，有助于进一步提高管材的耐环境应力开裂性能。
优选的技术方案为，所述PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体中的PE、POE和MVQ质量之比为1：（0.5～1）：（0.5～1）。上述弹性体在S2熔融挤出挤出体系中具有良好的相容性。
优选的技术方案为，所述PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体的原料PE为线性低密度聚乙烯。
优选的技术方案为，所述回收高密度聚乙烯的密度为0.945～0.96g/cm3。
本发明的优点和有益效果在于：
该环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺采用两步法改性回收料，首先采用交联剂促进回收高密度聚乙烯与增韧剂等的交联，然后采用与聚乙烯相容性优良的三元共混热塑性弹性体与交联改性的中间料共混，提高回收料的机械强度和韧性，使高密度聚乙烯可再生用作管道料，与新料共混制成的管道具有良好的耐环境应力开裂性能。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例
实施例的PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体的制备过程为：先将将100份POE135℃熔融塑化，然后加入100份MVQ进行共混，共混料用开练机下片，平板硫化机130℃/5Mpa预热6分钟模压成2mm厚试片，10Mpa冷压4min；100份线性低密度聚乙烯135℃加热熔融，加入上步骤的试片共混，共混料用开炼机下片，平板硫化机130℃/5Mpa预热6分钟模压成2mm厚试片，粉碎，所得弹性体中PE、POE和MVQ质量之比为1:1:1。
回收高密度聚乙烯的密度为0.95～0.96g/cm3。
实施例1的环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺包括以下步骤：
S1：按质量份数，将回收高密度聚乙烯100份、过氧化二异丙苯1.2份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1份、POE增韧剂3份混合均匀，得到第一混匀料，将第一混匀料加入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机机头的各段温度为180℃、180℃、190℃、195℃、200℃、210℃、200℃熔融挤出造粒，得到第一改性中间料；
S2：按质量份数，将S1所得第一改性中间料100份、PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体6.5份、抗氧剂168 2.5份、低密度聚乙烯新料（牌号7042）50份混合均匀，得到第二混匀料，熔融挤出造粒，将第一混匀料加入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机机头的各段温度为180℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、210℃熔融挤出造粒，得到第二改性中间料；
S3：将第二改性中间料与低密度聚乙烯新料按照1.1:1共混175～180°挤出成型、1.0Mpa真空定径和水喷淋冷却至40℃定型，得到聚乙烯排水管道成品，管道壁厚9.6～9.7mm，外径160.7mm。
实施例2
实施例2与实施例1的工艺参数相同，区别在于工艺过程S2：按质量份数还含有二苯基硅二醇0.05份和炭黑色母（无棣胜凯牌号801）3份；第二混匀料的混匀方法为：将第一改性中间料5份、PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体、炭黑色母和二苯基硅二醇加热至110℃，保温混合至少半小时，然后保温加入第二混匀料的剩余第一改性中间料和低密度聚乙烯新料，充分混合得第二混匀料，然后进行实施例1的熔融挤出造粒。
实施例3
实施例3与实施例1的工艺过程相同，区别在于PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体中PE、POE和MVQ质量之比为2:1:1。
实施例4
实施例4的工艺过程与实施例2相同，区别在于：S2：按质量份数还含有二苯基硅二醇0.05份；第二混匀料的混匀方法为：将第一改性中间料5份、PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体、炭黑色母和二苯基硅二醇加热至110℃，保温混合至少半小时，然后保温加入第二混匀料的剩余组分，充分混合得第二混匀料，然后进行实施例1的熔融挤出造粒。
实施例5
实施例5的工艺过程与实施例2相同，区别在于：S2：按质量份数还含有炭黑色母3份；第二混匀料的混匀方法为：将第一改性中间料5份、PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体、炭黑色母和二苯基硅二醇加热至110℃，保温混合至少半小时，然后保温加入第二混匀料的剩余组分，充分混合得第二混匀料，然后进行实施例1的熔融挤出造粒。
对比例
对比例1按照实施例1的工艺步骤进行，区别在于，S2第二混匀料的原料组成为将S1所得第一改性中间料100份、抗氧剂168 2.5份。
对比例2
对比例2按照实施例1的工艺步骤进行，区别在于，S2第二混匀料的原料组成为将S1所得第一改性中间料100份、抗氧剂168 2.5份，低密度聚乙烯新料100份混合均匀。
实施例和对比例性能检测：
按照GB/T9647-2015检测管材的环刚度；
按照GB/T6671-2001检测管材的纵向收缩率；
实施例1-5和对比例1-2的环刚度均≥20kN/m2（技术要求≥10 kN/m2），纵向回缩率为2%左右，均小于技术要求的3%，并且管材试样均无分层无开裂，管材内、外表面平滑平整，无气泡、凹陷等缺陷。
实施例和对比例的S3步骤混料挤出造粒，根据GB 1842-2008-T塑料检测试样的耐环境应力开裂性能，结果如下：实施例1-5和对比例1-2的耐环境应力开裂时间依次为：360～376h、381～397 h、326～345h、307～323h、342～364h、287～306h、290～310h。
再生料中PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体的加入以及S2中同时加入二苯基硅二醇和炭黑色母有助于聚乙烯管材的耐环境应力开裂性能的提高，PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体中POE和MVQ含量减少会对聚乙烯管材的耐环境应力开裂性能产生消极影响，但是S2中单独加入二苯基硅二醇也会导致聚乙烯管材的耐环境应力开裂时间明显降低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：包含回收高密度聚乙烯、有机过氧化物聚乙烯交联剂、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、POE增韧剂的第一混匀料熔融挤出造粒，得到第一改性中间料；
S2：包含S1所得第一改性中间料、PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体、抗氧剂和低密度聚乙烯新料的第二混匀料熔融挤出造粒，得到第二改性中间料；
S3：将第二改性中间料与低密度聚乙烯新料共混挤出成型、真空定径和冷却，得到聚乙烯排水管道成品。
2.根据权利要求1所述的环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺，其特征在于，按质量份数计，所述第一混匀料的主要组成为：回收高密度聚乙烯100份、交联剂0.2～1.8份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯0.3～1.5份、POE增韧剂2～4份。
3.根据权利要求1所述的环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺，其特征在于，按质量份数计，所述第二混匀料的主要组成为：第一改性中间料100份、PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体1～10份、抗氧剂2～4份、低密度聚乙烯新料40～80份。
4.根据权利要求1所述的环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺，其特征在于，所述S3中第二改性中间料与低密度聚乙烯新料的质量之比为（1.1～1.2）：1。
5.根据权利要求1所述的环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺，其特征在于，所述S1和S2的混匀料熔融挤出温度为挤出温度为180～220℃。
6.根据权利要求1所述的环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺，其特征在于，所述S3中的挤出成型温度为175～180℃，真空定径的压力为0.2～1Mpa。
7.根据权利要求3所述的环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺，其特征在于，按质量份数计，所述S2的第二混匀料中还包括二苯基硅二醇0.03～0.07份和炭黑色母1～5份；
所述第二混匀料的混匀方法为：将第一改性中间料5～10份、PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体、炭黑色母和二苯基硅二醇加热至100～120℃，混合至少半小时，然后保温加入第二混匀料的剩余组分，充分混合得第二混匀料。
8.根据权利要求1或3或7所述的环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺，其特征在于，所述PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体中的PE、POE和MVQ质量之比为1：（0.5～1）：（0.5～1）。
9.根据权利要求1或8所述的环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺，其特征在于，所述PE/POE/MVQ三元共混热塑性弹性体的原料PE为线性低密度聚乙烯。
10.根据权利要求1所述的环保高韧性聚乙烯排水管道的生产工艺，其特征在于，所述回收高密度聚乙烯的密度为0.945～0.96g/cm3。
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