CN113429702B - 一种抗腐蚀性给水管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗腐蚀性给水管及其制备方法，属于水管技术领域。且该给水管，包括以下重量份原料：PVC树脂粉45‑80份、聚氨酯弹性体3‑7份、改性增韧剂8‑22份、抗老化剂3.5‑9.5份、润滑剂2‑4份、稳定剂2.5‑9.5份。所述改性增韧剂是由季戊四醇、1,3‑环己二酸、4,4'‑二氨基二苯二硫醚和3‑异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷逐步合成的。且本发明向PVC基材中引入了聚氨酯弹性体和改性增韧剂，而替换小分子增韧剂，一方面，利用聚氨酯弹性体宽温度领域的弹性特征，提高PVC给水管的韧性使用温度，另一方面，利用改性增韧剂进一步增加PVC给水管的韧性和使用温度。
Description
技术领域
本发明属于水管技术领域，具体地，涉及一种抗腐蚀性给水管及其制备方法。
背景技术
给水管作为供水管道，其性能的好坏直接关乎到水质的好坏。例如，传统的镀锌管易生锈、易腐蚀、易结垢，容易滋生微生物，产生二次污染，威胁人体健康。塑料给水管不易生锈，抗渗漏、抗爆裂，且其成本相对于金属或镀金给水管成本低，且随着塑料及其改性技术的不断发展，塑料给水管的性能将不断完善，发展出新型塑料给水管。这些因素使得塑料水管越来越受市场欢迎。
塑料给水管主要有PVC、PE和PP-R管道三大类，其中，PVC给水管是以卫生级聚氯乙烯树脂为主要原料，添加定量的稳定剂、润滑剂、填充剂、增色剂等，经塑料挤出机挤出成型和注塑机注塑成型，通过冷却、固化、定型、检验、包装等工序生产出的一种给水用管材。且PVC给水管具有质轻，搬运装卸便利，便于安装，流体阻力小，管材内壁光滑，机械强度大，具有优异的耐酸、耐碱、耐腐蚀性，管材具有良好的耐压性能，抗冲击性能和抗拉伸强度性能，不影响水质等特点。
但是现有的PVC给水管使用温度不能过高，过热会大大降低其韧性和抗腐蚀性能，究其原因为PVC给水管制造过程中往往会添加邻苯二甲酸酯增塑剂类增韧剂，增加其材料的韧性，但是这些增韧剂多为低分子量的化合物或聚合物，它们的加入必然会导致PVC给水管的热稳定性降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗腐蚀性给水管及其制备方法，用以解决现有PVC给水管使用温度不能过高的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种抗腐蚀性给水管，包括以下重量份原料：PVC树脂粉45-80份、聚氨酯弹性体3-7份、改性增韧剂8-22份、抗老化剂3.5-9.5份、润滑剂2-4份、稳定剂2.5-9.5份。
进一步地，所述抗老化剂为紫外线吸收剂UV-329和抗氧化剂1010按照质量比1-5：2-7进行混合的混合物。
进一步地，所述润滑剂为硬脂酸、石蜡油中的一种或两种任意比的混合物。
进一步地，所述聚氨酯弹性体为聚酯型聚氨酯70A。
进一步地，所述改性增韧剂通过以下步骤制成：
步骤A、将季戊四醇和1,3-环己二酸加入带有回流冷凝管和搅拌磁子的三口烧瓶中，搅拌均匀，加入对甲苯磺酸，升温至142℃，熔融反应3h，降温至50℃用丙酮溶解，然后用正己烷沉淀，真空干燥至恒重，获得中间体1，利用羧基和羟基的反应，其中，季戊四醇和1,3-环己二酸的摩尔比为1：4，对甲苯磺酸的加入质量为季戊四醇加入质量的2.5-5％；将中间体1、4,4'-二氨基二苯二硫醚和DMF加入带有回流冷凝管和搅拌磁子的三口烧瓶中，搅拌均匀，在氮气保护、73℃下回流反应2h，获得，利用氨基和羧基的缩合反应，其中，中间体1、4,4'-二氨基二苯二硫醚和DMF的用量比为0.1mol：0.41-0.42mol：50-100mL；反应过程如下所示；
步骤B、将中间体2和DMF加入带有搅拌磁子和冷凝装置的三口烧瓶中，然后加入3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷，在氮气保护、56℃下反应直至反应体系中的NCO的变化量小于0.01％，减压旋蒸，获得改性增韧剂，利用NCO与氨基的反应，其中，中间体2、DMF、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷的用量比为0.1mol：50-100mL：0.41-0.42mol；反应过程如下所示；
该种抗腐蚀性给水管的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将PVC树脂粉、改性增韧剂、抗老化剂、润滑剂和稳定剂在搅拌机中在100-110℃下搅拌5-15min，冷却至60-70℃加入聚氨酯弹性体，搅拌3-6min后，得到预混料；
步骤二、将预混料用转矩流变仪在165-175℃、400-800r/min下熔融混合4-8min，得到复合材料；
步骤三、将复合材料送入双螺杆挤出机中挤出成型、定径、牵引、切割后，获得一种抗腐蚀性给水管，其中，挤出条件为：螺杆转速为400-700r/min，机筒温度设置：供料段160-170℃，塑化段170-180℃，机头出料温度为180-195℃。
本发明的有益效果：
对于PVC机械强度和抗腐蚀性能在过热环境下会大大降低这一特点，本发明向PVC基材中引入了聚氨酯弹性体和改性增韧剂，而替换小分子增韧剂，一方面，利用聚氨酯弹性体宽温度领域的弹性特征，提高PVC给水管的韧性使用温度，另一方面，利用改性增韧剂进一步增加PVC给水管的韧性和使用温度，归因于该改性增韧剂具有超支化结构、芳香族二硫键、醚基、仲氨基、硅氧烷链结构。该改性增韧剂提高原理解释如下：该改性增韧剂相较于小分子增韧剂，相对分子量有所增加，比小分子增韧剂热稳定性好，且含有烷链醚基，起到增韧作用，此外，含有的芳香族二硫键具有在室温以上发生动态交换(键断裂——成键的往复动态过程)的特性，该特性使二硫键在交换过程中带动的链段运动会带来更大的摩擦内耗，且二硫键不断地断键吸收能量成键放出能量的过程将更加有效地将机械能转换为热能耗散掉，从而提高PVC给水管的使用温度，而其韧性和抗腐蚀性能不降低；另一方面，含有的硅氧烷链，具有灵活的柔软性，易与体系中的聚氨酯弹性体、PVC分子链发生缠绕，产生氢键作用，且该改性增韧剂的超支化结构为这种缠绕和氢键作用提供了分子结构上的重复单元，最终形成互穿网络结构，增加体系的稳定性，从而提高PVC给水的抗腐蚀性能；再次，该改性增韧剂中含有仲氨基，能够产生自由基，起到抗老化的作用，可以提高PVC给水管的使用温度。
综上所述，本发明提供的一种抗腐蚀给水管具有优异的韧性和抗腐蚀性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
改性增韧剂通过以下步骤制成：
步骤A、将0.2mol季戊四醇和0.8mol1,3-环己二酸加入带有回流冷凝管和搅拌磁子的三口烧瓶中，搅拌均匀，加入1.2g对甲苯磺酸，升温至142℃，熔融反应3h，降温至50℃用丙酮溶解，然后用正己烷沉淀，真空干燥至恒重，获得中间体1；将0.1mol中间体1、0.41mol4,4'-二氨基二苯二硫醚和50mLDMF加入带有回流冷凝管和搅拌磁子的三口烧瓶中，搅拌均匀，在氮气保护、73℃下回流反应2h，获得；
步骤B、将0.1mol中间体2和50mLDMF加入带有搅拌磁子和冷凝装置的三口烧瓶中，然后加入0.41mol3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷，在氮气保护、56℃下反应直至反应体系中的NCO的变化量小于0.01％，减压旋蒸，获得改性增韧剂。
实施例2：
改性增韧剂通过以下步骤制成：
步骤A、将0.1mol季戊四醇和0.4mol1,3-环己二酸加入带有回流冷凝管和搅拌磁子的三口烧瓶中，搅拌均匀，加入0.34g对甲苯磺酸，升温至142℃，熔融反应3h，降温至50℃用丙酮溶解，然后用正己烷沉淀，真空干燥至恒重，获得中间体1；将0.1mol中间体1、0.42mol4,4'-二氨基二苯二硫醚和100mLDMF加入带有回流冷凝管和搅拌磁子的三口烧瓶中，搅拌均匀，在氮气保护、73℃下回流反应2h，获得；
步骤B、将0.1mol中间体2和100mLDMF加入带有搅拌磁子和冷凝装置的三口烧瓶中，然后加入0.42mol3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷，在氮气保护、56℃下反应直至反应体系中的NCO的变化量小于0.01％，减压旋蒸，获得改性增韧剂。
实施例3：
一种抗腐蚀性给水管，包括以下重量份原料：
PVC树脂粉45份、聚氨酯弹性体3份、实施例1制备的改性增韧剂8份、抗老化剂3.5份、润滑剂2份、稳定剂2.5份；所述抗老化剂为紫外线吸收剂UV-329和抗氧化剂1010按照质量比1：2进行混合的混合物；所述润滑剂为硬脂酸；所述聚氨酯弹性体为聚酯型聚氨酯70A。
该种抗腐蚀性给水管的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将PVC树脂粉、改性增韧剂、抗老化剂、润滑剂和稳定剂在搅拌机中在100℃下搅拌5min，冷却至60℃加入聚氨酯弹性体，搅拌3min后，得到预混料；
步骤二、将预混料用转矩流变仪在165℃、400r/min下熔融混合4min，得到复合材料；
步骤三、将复合材料送入双螺杆挤出机中进行成型、定径、牵引、切割后，获得一种抗腐蚀性给水管，其中，挤出条件为：螺杆转速为500r/min，机筒温度设置：供料段160℃，塑化段170℃，机头出料温度为180℃。
实施例4：
一种抗腐蚀性给水管，包括以下重量份原料：
PVC树脂粉60份、聚氨酯弹性体5份、实施例2制备的改性增韧剂13份、抗老化剂7份、润滑剂3份、稳定剂7份；所述抗老化剂为紫外线吸收剂UV-329和抗氧化剂1010按照质量比2：5进行混合的混合物；所述润滑剂为石蜡油；所述聚氨酯弹性体为聚酯型聚氨酯70A。
该种抗腐蚀性给水管的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将PVC树脂粉、改性增韧剂、抗老化剂、润滑剂和稳定剂在搅拌机中在110℃下搅拌15min，冷却至60-70℃加入聚氨酯弹性体，搅拌3-6min后，得到预混料；
步骤二、将预混料用转矩流变仪在170℃、500r/min下熔融混合5min，得到复合材料；
步骤三、将复合材料送入双螺杆挤出机中进行成型、定径、牵引、切割后，获得一种抗腐蚀性给水管，其中，挤出条件为：螺杆转速为500r/min，机筒温度设置：供料段170℃，塑化段180℃，机头出料温度为190℃。
实施例5：
一种抗腐蚀性给水管，包括以下重量份原料：
PVC树脂粉80份、聚氨酯弹性体7份、实施例1制备的改性增韧剂22份、抗老化剂9.5份、润滑剂4份、稳定剂9.5份；所述抗老化剂为紫外线吸收剂UV-329和抗氧化剂1010按照质量比5：7进行混合的混合物；所述润滑剂为硬脂酸与石蜡油按照质量比为1：1进行混合的组合；所述聚氨酯弹性体为聚酯型聚氨酯70A。
该种抗腐蚀性给水管的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将PVC树脂粉、改性增韧剂、抗老化剂、润滑剂和稳定剂在搅拌机中在100℃下搅拌15min，冷却至60℃加入聚氨酯弹性体，搅拌6min后，得到预混料；
步骤二、将预混料用转矩流变仪在175℃、800r/min下熔融混合4min，得到复合材料；
步骤三、将复合材料送入双螺杆挤出机中挤出成型、定径、牵引、切割后，获得一种抗腐蚀性给水管，其中，挤出条件为：螺杆转速为700r/min，机筒温度设置：供料段160℃，塑化段170℃，机头出料温度为180℃。
对比例1：
一种抗腐蚀性给水管，包括以下重量份原料：
PVC树脂粉45份、聚氨酯弹性体3份、增塑剂8份、抗老化剂3.5份、润滑剂2份、稳定剂2.5份；所述抗老化剂为紫外线吸收剂UV-329和抗氧化剂1010按照质量比1：2进行混合的混合物；所述润滑剂为硬脂酸；所述聚氨酯弹性体为聚酯型聚氨酯70A，所述增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯。
该种抗腐蚀性给水管的制备方法，包括以下步骤：参照实施例1中的各步骤。
对比例2：
一种抗腐蚀性给水管，包括以下重量份原料：
PVC树脂粉60份、实施例2制备的改性增韧剂13份、抗老化剂7份、润滑剂3份、稳定剂7份；所述抗老化剂为紫外线吸收剂UV-329和抗氧化剂1010按照质量比2：5进行混合的混合物；所述润滑剂为石蜡油；所述聚氨酯弹性体为聚酯型聚氨酯70A。
该种抗腐蚀性给水管的制备方法，包括以下步骤：参照实施例4中的各步骤。
对比例3：
一种抗腐蚀性给水管，包括以下重量份原料：
PVC树脂粉80份、增塑剂22份、抗老化剂9.5份、润滑剂4份、稳定剂9.5份；所述抗老化剂为紫外线吸收剂UV-329和抗氧化剂1010按照质量比5：7进行混合的混合物；所述润滑剂为硬脂酸与石蜡油按照质量比为1：1进行混合的组合；所述聚氨酯弹性体为聚酯型聚氨酯70A，所述增塑剂为磷酸三苯酯。
该种抗腐蚀性给水管的制备方法，包括以下步骤：参照实施例5中的各步骤。
实施例6：
将实施例3-5和对比例1-3获得的抗腐蚀性给水管进行以下性能测试：
按照《GB/T5836.1-2006建筑排水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材》要求进行维卡软性温度、液压性能测试、落锤冲击性能、纵向回缩率和二氯甲烷浸渍测试。
维卡软性温度按照GB/T 8802-2001进行测试；液压性能按照国标GB/T6111-2003进行测试；落锤冲击性能按照GB/T 14152-2001进行测试；纵向回缩率按照GB/T 6671-2001进行测试；二氯甲烷浸渍测试按照GB/T13526-1992进行。测试结果如表1所示。
表1
从表1中各数据可以看出，实施例3-5获得的给水管性能要优于对比例1-3获得的给水管的对应性能。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种抗腐蚀性给水管，其特征在于，包括以下重量份原料：PVC树
脂粉45-80份、聚氨酯弹性体3-7份、改性增韧剂8-22份、抗老化剂3.5-9.5份、润滑剂2-4份、稳定剂2.5-9.5份；
所述改性增韧剂通过以下步骤制成：
步骤A、将季戊四醇和1,3-环己二酸混合后，加入对甲苯磺酸，升温
至142℃，熔融反应3h，获得中间体1；将中间体1、4,4'-二氨基二苯二硫醚和DMF混合，在氮气保护、73℃下回流反应2h，获得中间体2；
步骤B、将中间体2和DMF混合，然后加入3-异氰酸酯基丙基三乙氧
基硅烷，在氮气保护、56℃下反应直至反应体系中的NCO的变化量小于0.01％，减压旋蒸，获得改性增韧剂；
步骤A中季戊四醇和1,3-环己二酸的摩尔比为1：4，对甲苯磺酸的加入质量为季戊四醇加入质量的2.5-5％；
步骤A中中间体1、4,4'-二氨基二苯二硫醚和DMF的用量比为0.1mol：0.41-0.42mol：50-100mL；
步骤B中中间体2、DMF、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷的用量比为0.1mol：50-100mL：0.41-0.42mol。
2.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀性给水管的制备方法，其特征在
于，包括以下步骤：
步骤一、将PVC树脂粉、改性增韧剂、抗老化剂、润滑剂和稳定剂在
搅拌机中在100-110℃下搅拌5-15min，冷却至60-70℃加入聚氨酯弹性体，搅拌3-6min后，得到预混料；
步骤二、将预混料用转矩流变仪在165-175℃下熔融混合4-8min，得
到复合材料；
步骤三、将复合材料送入双螺杆挤出机中挤出成型、定径、牵引、切
割后，获得一种抗腐蚀性给水管。
3.根据权利要求2所述的一种抗腐蚀性给水管的制备方法，其特征在
于，步骤三中螺杆转速为400-700r/min，机筒温度设置：供料段160-170℃，塑化段170-180℃，机头出料温度为180-195℃。
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Application publication date: 20210924 Assignee: ANHUI YUFA PLASTIC INDUSTRY Co.,Ltd. Assignor: ANQING YUEFA PIPE INDUSTRY CO.,LTD. Contract record no.: X2023980042968 Denomination of invention: A corrosion-resistant water supply pipe and its preparation method Granted publication date: 20230620 License type: Common License Record date: 20231011 |