CN114656733B - 一种改性聚氯乙烯、聚氯乙烯消音复合管材及其制备方法 - Google Patents
一种改性聚氯乙烯、聚氯乙烯消音复合管材及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种改性聚氯乙烯、聚氯乙烯消音复合管材及其制备方法。本发明采用金红石二氧化钛和氧化铁黑复配作为改性剂，通过调控金红石二氧化钛与氧化铁黑的重量比，在提高改性聚氯乙烯密度的同时又可以保持其良好的耐候性能；以改性聚氯乙烯作为外层材料，结合发泡丁腈橡胶中间层和增塑聚氯乙烯内层制备的聚氯乙烯复合消音管材兼具良好的降噪效果和优异的耐冲击性能。
Description
技术领域
本发明涉及聚氯乙烯管材的技术领域，更具体地，涉及一种改性聚氯乙烯、聚氯乙烯消音复合管材及其制备方法。
背景技术
聚氯乙烯管材(PVC-U)具有耐酸、耐碱、耐腐蚀性强，耐水压性好，强度高，质轻、流体阻力小，无二次污染，符合卫生要求，施工操作方便，性价比高等优越特性，是全球长期广泛使用的优秀化学建材，主要用于建筑物给排水系统。
目前常用的聚氯乙烯消音管主要是采用中空格栅结构及多层复合结构，例如现有技术中公开了三层降噪排水管及其制造方法，具体公开了一种由抗冲击外层、降噪音中层和抗冲击内层共挤形成的三层共挤复合管，其中降噪音中层为吸音中层或隔音中层，吸音中层为聚氯乙烯树脂、氯化聚乙烯、铅盐稳定剂、硬质酸钙、硬质酸铅、硬脂酸、石蜡、邻苯二甲酸二辛酯、活性轻质碳酸钙、硫酸钡；隔音中层为聚氯乙烯树脂、甲基丙烯酸酯类聚合物、无机发泡剂，与普通单层PVC排水管相比(降噪2.2dB)，所制备复合管材的降噪达到4.9～19.5dB，降噪效果提升有限，有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的是克服现有排水消音管材降噪效果较差的缺陷和不足，提供一种改性聚氯乙烯，采用氧化铁黑与金红石二氧化钛复配物作为改性剂，在增大改性聚氯乙烯密度的同时又可以保持其良好的耐候性能，以改性聚氯乙烯作为聚氯乙烯消音复合管材的外层材料时，使得聚氯乙烯消音复合管材兼具优异的降噪效果和耐冲击性能。
本发明的另一目的是提供一种聚氯乙烯消音复合管材。
本发明的又一目的是提供所述聚氯乙烯消音复合管材的制备方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种改性聚氯乙烯，按重量份数计，包括以下组分：
所述改性剂为金红石二氧化钛与氧化铁黑的混合物，所述氧化铁黑与金红石二氧化钛的重量比为1：(1～8)。
相较于常用的消音改性材料硫酸钡，氧化铁黑可以显著增大改性聚氯乙烯的密度，当其应用于聚氯乙烯消音复合管材的外层时，可以明显改善聚氯乙烯消音复合管材发泡中间层与外层之间密度差，从而有效阻挡噪声的传递。然而，氧化铁黑本身呈黑色，会使得聚氯乙烯消音复合管材的外层也呈现为深色，从而会限制管材的应用场景；同时聚氯乙烯消音复合管材大多直接应用于室外，深色也会影响其耐侯性能。本发明将金红石二氧化钛和氧化铁黑复配使用，通过调控金红石二氧化钛与氧化铁黑的重量比，在实现氧化铁黑增大改性聚氯乙烯密度，降低噪声传递目的同时，又可以利用金红石二氧化钛来提升聚氯乙烯消音复合管材的耐候性能以消除氧化铁黑的负面影响，还能够保持聚氯乙烯消音复合管材较好的耐冲击性能。
上述改性剂的添加量＜100份时，对改性聚氯乙烯的密度提升有限，难以保证聚氯乙烯消音复合管材降噪效果；而改性剂的添加量＞400份时，虽然可以显著提高聚氯乙烯消音复合管材降噪效果，但同时也会明显降低其耐冲击性能。当改性剂中金红石二氧化钛与氧化铁黑的重量比＞1：1(即金红石二氧化钛的添加量过多)，会降低聚氯乙烯消音复合管材降噪效果；当金红石二氧化钛与氧化铁黑的重量比＜1：8(即金红石二氧化钛的添加量过少)，则会降低聚氯乙烯消音复合管材降噪耐候性能。
优选地，所述改性聚氯乙烯，按重量份数计，包括以下组分：
优选地，所述金红石二氧化钛与氧化铁黑的重量比为1：(2～6)。
在本发明的具体实施方式中，所述氧化铁黑的平均粒径为90～110nm，具体地，氧化铁黑的平均粒径为100nm。
在本发明的具体实施方式中，所述聚乙烯树脂可以为SG-5、K66和S1000中的一种或多种；所述内润滑剂可以为脂肪酸酯、脂肪酸金属皂和脂肪酸酰胺中的一种或多种；外润滑剂可以为氧化聚乙烯蜡、聚乙烯蜡和石蜡中的一种或多种；所述加工助剂可以为甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯/醋酸乙烯共聚物和丙烯腈/苯乙烯共聚物的一种或多种。
本发明还保护一种聚氯乙烯消音复合管材，包括内层、中间层和外层，其特征在于，所述外层为上述改性聚氯乙烯，所述中间层为发泡丁腈橡胶，所述内层为增塑聚氯乙烯，且内层与水流接触的接触面上设有导流筋。
本发明的聚氯乙烯消音复合管材的内层为增塑聚氯乙烯，在水流冲击下可发生一定程度的形变，从而吸收水流冲击振动产生的能量，减少噪声的产生，同时导流筋可以引导水流流动的方向，实现水气分离，消除水中气泡破裂产生的声音；中间层为发泡丁腈橡胶，存在大量的海绵状多孔结构，可切断大部分噪音传输途径，有效降低经增塑聚氯乙烯内层传递来的振动噪声；外层为改性聚氯乙烯由于相对发泡丁腈橡胶密度较高，可以进一步减弱经由内层和中间层传递至外层的振动噪声能量，实现消音效果。而且，本发明中发泡丁腈橡胶中间层与改性聚氯乙烯外层、增塑聚氯乙烯内层相容性良好，可有效防止聚氯乙烯消音复合管材使用过程中发生层间剥离。
在本发明的具体实施方式中，导流筋呈螺旋形设置于内层内壁。
优选地，导流筋设有若干条并沿内层内壁均匀分布。更优选地，导流筋设有3条。
在本发明的具体实施方式中，所述聚氯乙烯消音复合管材的外层、中间层和内层的厚度均≥2mm。
本发明为保证聚氯乙烯消音复合管材的隔离噪声效果，内层(增塑聚氯乙烯)的壁厚≥2mm，邵氏硬度为70～75度，密度为1.1～1.3kg/cm3，使其在满足实际应用需求的情况下，又可以具备良好的变形能能力，在水流冲击下变形吸收能量，降低噪声；中间层发泡丁腈橡胶的密度为0.8～0.9kg/cm3，中间层厚度≥2mm；同时为保证聚氯乙烯消音复合管材的环刚度，外层管材壁厚≥2mm。同时考虑聚氯乙烯消音复合管材的通量，具体地，所述内层、中间层和外层的厚度均为2～4mm。
一种聚氯乙烯消音复合管材的制备方法，也在本发明的保护范围之内，具体包括以下步骤：
S1.将聚氯乙烯树脂、氯化聚乙烯、改性剂、钙锌稳定剂、内润滑剂、外润滑剂和加工助剂投入高速混料机组的热混缸，高速搅拌后待热混缸的温度达到120～130℃时排入冷混缸中搅拌冷却，待冷混缸温度降至50℃以下时停止搅拌，即获得改性聚氯乙烯干混料；
S2.将增速聚氯乙烯、S1中改性聚氯乙烯干混料分别通过锥形双螺杆挤出机塑化后进入三层共挤模具；然后将发泡丁腈橡胶通过单螺杆挤出机塑化后进入三层共挤模具复合成型，即可获得聚氯乙烯消音复合管材；
其中，挤出机的机筒的温度为165～195℃，模塑成型的温度为165～205℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用金红石二氧化钛和氧化铁黑复配作为改性剂，通过调控金红石二氧化钛与氧化铁黑的重量比，在提高改性聚氯乙烯密度同时又可以保持其良好的耐候性能，耐候性能达到2600～4200h；以改性聚氯乙烯作为外层材料同时结合发泡丁腈橡胶中间层和增塑聚氯乙烯内层制备的聚氯乙烯复合消音管材具备良好的降噪效果，降噪幅度达到20.6～25.2dB，同时具备优异的耐冲击性能，按照GB/T 14152测试冲击10个试样至多一个破裂。
附图说明
图1为本发明聚氯乙烯消音复合管材的端面结构示意图。
图2为本发明聚氯乙烯消音复合管材的部分剖切结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
聚氯乙烯树脂，牌号SG-5，厂家中泰化学股份有限公司；
氯化聚乙烯，牌号CPE-135A，厂家山东日科化学股份有限公司；
金红石二氧化钛，牌号SR-2400，厂家山东东佳集团股份有限公司；
氧化铁黑，牌号Brofos-Fe3O4-100，厂家清河县安迪金属材料有限公司；
钙锌稳定剂，牌号MC/R92374R，厂家百尔罗赫塑料添加剂(江苏)有限公司；
硫酸钡，具体为沉淀硫酸钡，厂家河南钡丰化工有限公司；
内润滑剂为脂肪酸酯，市购可得；外润滑剂为聚乙烯蜡，市购可得；
加工助剂，牌号HPA-40，厂家山东日科化学股份有限公司。
本发明聚氯乙烯消音复合管材的结构如图1和图2所示，包括内层3、中间层2和外层1，其中外层1为改性聚氯乙烯，中间层2为发泡丁腈橡胶，内层3为增塑聚氯乙烯，其邵氏硬度为70～80度、密度为1.1～1.3kg/cm3，而且内层3与水流接触的接触面上设有3条导流筋4，导流筋呈螺旋形平均分布于内层3的内壁。
实施例1～4
一种改性聚氯乙烯，按重量份数计，包括以下组分，聚氯乙烯树脂、氯化聚乙烯、改性剂、钙锌稳定剂、内润滑剂、外润滑剂和加工助剂，其中改性剂由金红石二氧化钛和氧化铁黑按重量比1:4复配得到，各组分的具体含量如表1所示。
表1实施例1～4中改性聚氯乙烯的组分(以重量份数计)
| 序号 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 聚氯乙烯树脂 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 氯化聚乙烯 | 5 | 9 | 13 | 16 |
| 改性剂 | 100 | 200 | 300 | 400 |
| 钙锌稳定剂 | 4 | 4.5 | 5.5 | 6 |
| 内润滑剂 | 0.2 | 0.4 | 0.7 | 1 |
| 外润滑剂 | 0.3 | 0.6 | 1.1 | 1.9 |
| 加工助剂 | 0.5 | 0.5 | 0.6 | 0.8 |
一种聚氯乙烯消音复合管材，包括内层、中间层和外层，每层厚度均为2mm，所述外层为上述改性聚氯乙烯，所述中间层为发泡丁腈橡胶，所述内层为增塑聚氯乙烯，且内层与水流接触的接触面上设有导流筋。其中，发泡丁腈橡胶的密度为0.8～0.9kg/cm3，增塑聚氯乙烯密度为1.1～1.3kg/cm3。
上述实施例1～4中的聚氯乙烯消音复合管材采用以下制备方法制备：
S1.将聚氯乙烯树脂、氯化聚乙烯、改性剂、钙锌稳定剂、内润滑剂、外润滑剂和加工助剂投入高速混料机组的热混缸，高速搅拌后待热混缸的温度达到125℃时排入冷混缸中搅拌冷却，待冷混缸温度降至50℃以下时停止搅拌，即获得改性聚氯乙烯干混料；
S2.将增速聚氯乙烯、S1中改性聚氯乙烯干混料分别通过锥形双螺杆挤出机塑化后进入三层共挤模具；然后将发泡丁腈橡胶通过单螺杆挤出机塑化后进入三层共挤模具复合成型，即可获得聚氯乙烯消音复合管材；
其中，挤出机的机筒的温度为195～165℃，模塑成型的温度为165～205℃。
实施例5
一种改性聚氯乙烯，包括与实施例1相同组分及含量，其区别在于，改性剂由金红石二氧化钛和氧化铁黑按重量比1:8复配得到；
一种聚氯乙烯消音复合管材，其结构和制备方法同实施例1。
实施例6
一种改性聚氯乙烯，包括与实施例1相同的组分及含量，其区别在于，改性剂由金红石二氧化钛和氧化铁黑按重量比1:6复配得到；
一种聚氯乙烯消音复合管材，其结构和制备方法同实施例1。
实施例7
一种改性聚氯乙烯，包括与实施例1相同的组分及含量，其区别在于，改性剂由金红石二氧化钛和氧化铁黑按重量比1:2复配得到；
一种聚氯乙烯消音复合管材，其结构和制备方法同实施例1。
实施例8
一种改性聚氯乙烯，包括与实施例1相同组分及含量，其区别在于，改性剂由金红石二氧化钛和氧化铁黑按重量比1:1复配得到；
一种聚氯乙烯消音复合管材，其结构和制备方法同实施例1。
实施例9
一种改性聚氯乙烯，包括与实施例1相同组分及含量；
一种聚氯乙烯消音复合管材，其结构和制备方法基本同实施例1，其区别在于，所述内层、中间层和外层的厚度均为4mm。
对比例1
一种改性聚氯乙烯，按重量份数计，包括以下组分，聚氯乙烯树脂100份、氯化聚乙烯5份、改性剂50份、钙锌稳定剂4份、内润滑剂0.2份、外润滑剂0.2份和加工助剂0.5份，其中改性剂由金红石二氧化钛和氧化铁黑按重量比1:1复配得到；
一种聚氯乙烯消音复合管材，其结构和制备方法同实施例1。
对比例2
一种改性聚氯乙烯，按重量份数计，包括以下组分，聚氯乙烯树脂100份、氯化聚乙烯15份、改性剂500份、钙锌稳定剂6份、内润滑剂6份、外润滑剂3份和加工助剂2份，其中改性剂由金红石二氧化钛和氧化铁黑按重量比1:1复配得到；
一种聚氯乙烯消音复合管材，其结构和制备方法同实施例1。
对比例3
一种改性聚氯乙烯，包括与实施例1相同的组分及含量，其区别在于，改性剂由金红石二氧化钛和氧化铁黑按重量比1:10复配得到；
一种聚氯乙烯消音复合管材，其结构和制备方法同实施例1。
对比例4
一种改性聚氯乙烯，包括与实施例1相同的组分及含量，其区别在于，改性剂由金红石二氧化钛和氧化铁黑按重量比1:0.5复配得到；
一种聚氯乙烯消音复合管材，其结构和制备方法同实施例1。
对比例5
一种改性聚氯乙烯，包括与实施例1基本相同的组分及含量，其区别在于，改性剂为硫酸钡；
一种聚氯乙烯消音复合管材，其结构和制备方法同实施例1。
结果检测
制备的聚氯乙烯消音复合管材噪声检测按照CJ/T 312-2009《建筑排水管道系统噪声测试方法》。
耐候性能检测按照GB/T 16422.2-2014《塑料实验室光源暴露试验方法中的方法A》。
冲击性能检测按照GB/T 14152《热塑性塑料管材耐外冲击性能试验方法时针旋转法》。
密度测试按照GB/T 1033.1-2008《塑料非泡沫塑料密度的测定第1部分：浸渍法、液体比重瓶法和滴定法》中A法测定。
检测结果如表2所示：
表2检测结果
| 编号 | 改性聚氯乙烯的密度 | 降噪幅度 | 耐候性能 | 耐冲击性能 |
| 实施例1 | <![CDATA[2.501kg/cm<sup>3</sup>]]> | 21.8dB(A) | 2600h | 冲击10个试样均无破裂 |
| 实施例2 | <![CDATA[2.914kg/cm<sup>3</sup>]]> | 23.1dB(A) | 2900h | 冲击10个试样均无破裂 |
| 实施例3 | <![CDATA[3.316kg/cm<sup>3</sup>]]> | 24.3dB(A) | 3100h | 冲击10个试样均无破裂 |
| 实施例4 | <![CDATA[3.674kg/cm<sup>3</sup>]]> | 25.2dB(A) | 3800h | 冲击10个试样一个破裂 |
| 实施例5 | <![CDATA[2.627kg/cm<sup>3</sup>]]> | 23.0dB(A) | 2400h | 冲击10个试样均无破裂 |
| 实施例6 | <![CDATA[2.602kg/cm<sup>3</sup>]]> | 22.5dB(A) | 2500h | 冲击10个试样均无破裂 |
| 实施例7 | <![CDATA[2.489kg/cm<sup>3</sup>]]> | 21.1dB(A) | 4000h | 冲击10个试样均无破裂 |
| 实施例8 | <![CDATA[2.435kg/cm<sup>3</sup>]]> | 20.6dB(A) | 4200h | 冲击10个试样均无破裂 |
| 实施例9 | <![CDATA[2.501kg/cm<sup>3</sup>]]> | 22.3dB(A) | 2600h | 冲击10个试样均无破裂 |
| 对比例1 | <![CDATA[1.829kg/cm<sup>3</sup>]]> | 19.8dB(A) | 1900h | 冲击10个试样均无破裂 |
| 对比例2 | <![CDATA[3.842kg/cm<sup>3</sup>]]> | 25.7dB(A) | 4800h | 冲击10个试样三个破裂 |
| 对比例3 | <![CDATA[2.698kg/cm<sup>3</sup>]]> | 23.6dB(A) | 2200h | 冲击10个试样均无破裂 |
| 对比例4 | <![CDATA[2.401kg/cm<sup>3</sup>]]> | 20.5dB(A) | 5200h | 冲击10个试样均无破裂 |
| 对比例5 | <![CDATA[2.437kg/cm<sup>3</sup>]]> | 20.7dB(A) | 1800h | 冲击10个试样均无破裂 |
从上述实施例与对比例的检测结果分析可看出，聚氯乙烯消音复合管材改性聚氯乙烯中改性剂合适的添加量为100～400份，改性剂中金红石二氧化钛与氧化铁黑合适的复配比例为1：(1～8)。
本发明提供的原料的牌号仅供参考，能够实现本发明技术效果的其他牌号的原料也在本发明的保护范围之内。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种改性聚氯乙烯，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
所述改性剂为金红石二氧化钛与氧化铁黑的混合物，所述金红石二氧化钛与氧化铁黑的重量比为1：(1～8)。
2.如权利要求1所述改性聚氯乙烯，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
3.如权利要求1所述改性聚氯乙烯，其特征在于，所述金红石二氧化钛与氧化铁黑的重量比为1：(2～6)。
4.如权利要求1所述改性聚氯乙烯，其特征在于，所述内润滑剂为脂肪酸酯、脂肪酸金属皂和脂肪酸酰胺中的一种或多种；外润滑剂为氧化聚乙烯蜡、聚乙烯蜡和石蜡中的一种或多种。
5.如权利要求1所述改性聚氯乙烯，其特征在于，所述加工助剂为甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯/醋酸乙烯共聚物和丙烯腈/苯乙烯共聚物的一种或多种。
6.一种聚氯乙烯消音复合管材，包括内层、中间层和外层，其特征在于，所述外层为权利要求1～5任一项所述改性聚氯乙烯，所述中间层为发泡丁腈橡胶，所述内层为增塑聚氯乙烯，且内层与水流接触的接触面上设有导流筋。
7.如权利要求6所述聚氯乙烯消音复合管材，其特征在于，所述外层、中间层和外层的厚度均≥2mm。
8.如权利要求6所述聚氯乙烯消音复合管材，其特征在于，所述发泡丁腈橡胶的密度为0.8～0.9kg/cm3。
9.如权利要求6所述聚氯乙烯消音复合管材，其特征在于，所述导流筋呈螺旋形设置于内层内壁。
10.一种权利要求6所述聚氯乙烯消音复合管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将聚氯乙烯树脂、氯化聚乙烯、改性剂、钙锌稳定剂、内润滑剂、外润滑剂和加工助剂投入高速混料机组的热混缸，高速搅拌后待热混缸的温度达到120～130℃时排入冷混缸中搅拌冷却，待冷混缸温度降至50℃以下时停止搅拌，即获得改性聚氯乙烯干混料；
S2.将增速聚氯乙烯、S1中改性聚氯乙烯干混料分别通过锥形双螺杆挤出机塑化后进入三层共挤模具；然后将发泡丁腈橡胶通过单螺杆挤出机塑化后进入三层共挤模具复合成型，即可获得聚氯乙烯消音复合管材；
其中，挤出机的机筒的温度为195～165℃，模塑成型的温度为165～205℃。
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