CN115536962B - 一种高效脱模的聚氯乙烯材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明请求保护一种高效脱模的聚氯乙烯材料及其制备方法与应用。所述聚氯乙烯材料包括以下按重量份计算的组分：聚氯乙烯树脂粉、丙烯酸酯、高密度氧化聚乙烯蜡；钙锌稳定剂、内润滑剂、外润滑剂；所述丙烯酸酯为由甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸丁酯共聚而成的共聚物。本发明通过添加特定配比的丙烯酸酯和高密度氧化聚乙烯蜡，使所述聚氯乙烯材料可获得合理的加工扭矩和塑化时间以及优异的脱模能力，改善硬聚氯乙烯管的外观光泽度，并且在长期使用中避免模具口模出现熔体粘附现象。

Description

一种高效脱模的聚氯乙烯材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，更具体地，涉及一种高效脱模的聚氯乙烯材料及其制备方法与应用。
背景技术
聚氯乙烯(PVC)是一种是由氯乙烯单体(VCM)通过自由基聚合而成的通用塑料，可通过添加适当的助剂制得满足不同用途的硬聚氯乙烯(PVC-U)制品和软聚氯乙烯制品。硬聚氯乙烯制品主要包括管材、管件、门窗型材、板材和片材等，软聚氯乙烯制品包括电线绝缘皮、医疗用品、薄膜、密封条等。
给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材因其具有镀锌钢管无以比拟的长久寿命、内外壁光滑、耐腐蚀等优点；在施工上更有搬运效率高、连接方便可靠等特点，被广泛应用建筑物、工农业等需要输水的领域。
现阶段的给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材配方主要由聚氯乙烯树脂、碳酸钙、钙锌稳定剂、抗冲剂、加工助剂、润滑剂及钛白粉等组成，其中的润滑剂直接影响到管材的加工效率和最终管材性能的优劣，所以润滑剂的选用尤其重要。在钙锌稳定剂体系中，润滑剂一般选用外润滑效果较强的聚乙烯蜡，如现有技术中国专利申请公开了一种提升管材外壁光泽度的生产配方，外润滑剂选用的是聚乙烯蜡，聚乙烯蜡虽可以高效的调节配方的塑化效果以适应管材的挤出加工成型，但由于聚乙烯蜡是非极性聚合物，与极性的聚氯乙烯完全不相溶，因而对于聚氯乙烯熔体的脱模作用效果不佳，使挤出模具口模处易粘附熔体，粘附的熔体在长期受热后碳化分解变硬，变硬的熔体碳化物继续粘附在口模处会刮花管材表面，降低了管材产品外观品质。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中硬聚氯乙烯(PVC-U)挤出生产给水管时脱模效果不佳，挤出模具口模处粘附熔体、外观品质还有待提升的缺陷和不足，提供一种高效脱模的聚氯乙烯材料。
本发明的另一个目的在于提供一种硬聚氯乙烯管材，所述硬聚氯乙烯管材的外观品质优异、力学性能良好。
本发明的另一个目的在于提供所述硬聚氯乙烯管材的制备方法。
本发明的另一个目的在于提供所述高效脱模的聚氯乙烯材料的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种高效脱模的聚氯乙烯材料，包括以下按重量份计算的组分：
Figure BDA0003919285970000021
所述丙烯酸酯为由甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸丁酯共聚而成的共聚物；所述丙烯酸酯的特性粘度为0.8～0.9dL/g。
优选地，本发明所述高效脱模的聚氯乙烯材料包括以下按重量份计算的组分：
Figure BDA0003919285970000022
高密度氧化聚乙烯蜡具有分子量高、熔点高等优点，但也存在粘度大的缺点，当在聚氯乙烯材料中加入高密度氧化聚乙烯蜡时，会促使聚氯乙烯材料产生加工扭矩大幅提高、塑化时间提前等不利于加工的问题。通过发明人研究发现，当在聚氯乙烯材料中同时加入高密度氧化聚乙烯蜡和特定的丙烯酸酯时，通过适当调整添加比例，可获得合理的加工扭矩和塑化时间以及优异的脱模能力，改善硬聚氯乙烯管的外观光泽度，并且在长期使用中避免模具口模出现熔体粘附现象。
本发明所述丙烯酸酯的特性粘度越高，与硬聚氯乙烯相溶性就越好，但硬聚氯乙烯熔体粘度会越大，导致熔体粘附能力就越强，脱模性越差；同理地，所述丙烯酸酯特性粘度越低，与硬聚氯乙烯相溶性越差，熔体粘附能力就越小，脱模性就越好，但丙烯酸酯特性粘度太低，会出现与聚氯乙烯不相溶的现象。
本发明所述丙烯酸酯的特性粘度的测试方法为：按QB/T 5078-2017，未增塑聚氯乙烯(PVC-U)型材加工助剂技术条件进行检测。
优选地，所述丙烯酸酯与高密度氧化聚乙烯蜡的重量之比为1.67～3.3：1。
更优选地，所述丙烯酸酯与高密度氧化聚乙烯蜡的重量之比为2～3：1。
本发明所述内润滑剂为脂肪族二羧酸酯、长链脂肪酸酯、多元醇偏脂肪酸复合酯中的一种或多种。
更具体地，所述脂肪族二羧酸酯为内润滑剂G60。所述长链脂肪酸酯为内润滑剂GH4。所述多元醇偏脂肪酸复合酯为内润滑剂G16。
本发明所述外润滑剂为聚乙烯蜡、石蜡、微晶蜡中的一种或多种。
本发明所述高效脱模的聚氯乙烯材料还包括助剂。在本发明所述高效脱模的聚氯乙烯材料组成的基础上，所述助剂包括以下按重量份计算的组分：
Figure BDA0003919285970000031
优选地，所述助剂包括以下按重量份计算的组分：
Figure BDA0003919285970000032
所述抗冲改性剂为氯化聚乙烯、丙烯酸酯类、乙烯-醋酸乙烯共聚物或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元接枝共聚物中的一种或多种。
所述加工改性剂为甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物。
本发明还保护一种硬聚氯乙烯管材，所述硬聚氯乙烯管材由上述高效脱模的聚氯乙烯材料制备而成。
本发明还保护所述硬聚氯乙烯管材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1.将各组分搅拌混合、加热至105～115℃后冷却得初产物；
S2.将步骤S1得到的初产物在160～200℃下模塑成型，冷却、切割即得。
本发明还保护所述高效脱模的聚氯乙烯材料在制备给水用硬聚氯乙烯管中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过添加特定配比的丙烯酸酯和高密度氧化聚乙烯蜡，使所述高效脱模的聚氯乙烯材料可获得合理的加工扭矩和塑化时间以及优异的脱模能力，改善硬聚氯乙烯管的外观光泽度，并且在长期使用中避免模具口模出现熔体粘附现象。
附图说明
图1为给水用硬聚氯乙烯管材模具口模处无粘附情况，表面光滑的现象图。
图2为给水用硬聚氯乙烯管材模具口模虽然无粘附，但是表面严重不平整的现象图。
图3为给水用硬聚氯乙烯管材模具口模有严重粘附，表面不平整的现象图。
图4为实施例1所得给水用硬聚氯乙烯管材加工扭矩和塑化时间的测试结果图。
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。实施例及对比例中的原料均可通过市售得到或可通过已知方法制备得到。另外，关于本说明书中“份”、“％”，除非特别说明，分别表示“重量份”、“质量％”。
以下实施例和对比例中所用的原料的厂家和牌号如下：
聚氯乙烯树脂粉：牌号为SG-5，新疆中泰化学股份有限公司；
丙烯酸酯1：甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸丁酯共聚而成的线性共聚物，ADX-201A，山东金昌树新材料科技有限公司，特性粘度：0.8dL/g。
丙烯酸酯2：牌号为HL-176P，山东日科化学股份有限公司，特性粘度为0.7dL/g。
丙烯酸酯3：甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸丁酯共聚而成的线性共聚物，HL-401，山东日科化学股份有限公司，特性粘度：4.2dL/g。
高密度氧化聚乙烯蜡：上海瑞勒化工有限公司的RL-916A，粘度(150°)：9500～11000cps。
钙锌稳定剂：R618R，百尔罗赫塑料添加剂(江苏)有限公司。
纳米钙：市售；
钛白粉：市售；
抗冲改性剂：氯化聚乙烯，CPE，市售；
加工改性剂：甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物，HPA-40，市售。
内润滑剂：脂肪族二羧酸酯，G60，市售。
外润滑剂：聚乙烯蜡，市售。
实施例1
一种高效脱模的聚氯乙烯材料，由以下各组分按照一定用量高速搅拌混合、自摩擦生热至105～115℃后冷却所得，所述各组分及其用量如表1所示：
表1实施例1～4与对比例1～4高效脱模的聚氯乙烯材料的配方
组分 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
聚氯乙烯树脂粉 100 100 100 100 100 100 100 100
纳米钙 5 5 5 5 5 5 5 5
钙锌稳定剂 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2
抗冲改性剂 4 4 4 4 4 4 4 4
加工改性剂 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
钛白粉 2 2 2 2 2 2 2 2
内润滑剂 0.3 0.7 0.4 0.6 0.3 0.3 0.3 0.3
外润滑剂 0.6 1.5 0.8 1.2 0.6 0.6 0.6 0.8
丙烯酸酯1 0.3 1 0.5 0.8 0.3 0.3 0.3 /
高密度氧化聚乙烯蜡 0.1 0.5 0.2 0.3 / 0.8 0.05 0.1
表2对比例5～6高效脱模的聚氯乙烯材料的配方
Figure BDA0003919285970000051
Figure BDA0003919285970000061
其中，对比例1与实施例1的区别仅在于，对比例1中不添加高密度氧化聚乙烯蜡；对比例2与实施例1的区别仅在于，对比例2高密度氧化聚乙烯蜡的添加量改为0.8；对比例3与实施例1的区别仅在于，对比例3高密度氧化聚乙烯蜡的添加量改为0.05；对比例4与实施例1的区别仅在于，对比例4中不添加丙烯酸酯1；对比例5与实施例1的区别仅在于，对比例5中添加的丙烯酸酯为丙烯酸酯2；对比例6与实施例1的区别仅在于，对比例6中添加的丙烯酸酯为丙烯酸酯3。
测试
1.给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材的制备
1.1制备方法：
将上述实施例1～4所得高效脱模的聚氯乙烯材料与对比例1～6所得材料制备成管材，包括如下步骤：
S1.将组分按照一定用量(原料及其用量参见表1及表2)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115℃时排入冷混缸中搅拌冷却，待冷混缸温度降至50℃以下时停止搅拌得初产物；
S2.将步骤S1所得初产物加入平行异向双螺杆挤出机塑化模塑成型，冷却、计长切割即得，其中，平行异向双螺杆挤出机的机筒的温度为185～160℃，模塑成型的温度为160～200℃。
所得管材外径为125mm，壁厚为3.9mm。
2.性能测试
将上述各实施例和对比例制备得到的给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材按照《GB/T10002.1-2006给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材》标准要求进行检测，具体测试结果如表3所示。
2.1实施例1～4所述高效脱模的聚氯乙烯材料制备得到的给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材的力学性能结果：
表3实施例1～4所得给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材的力学性能
Figure BDA0003919285970000062
Figure BDA0003919285970000071
由表3数据所示：实施例1～4中高效脱模的聚氯乙烯材料制备得到的给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材其力学性能均符合标准要求，证明用本发明所述的高效脱模的聚氯乙烯材料可以制备得到符合标准的给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材。
2.2模具口模处持续挤出生产粘附性能测试。
1)模具口模粘附测试方法：在管材制备完成之后，观察模具口模处的粘附情况并拍照记录。
2)光泽度的测试方法为：ASTM D2457-2003《塑料薄膜和固态塑料镜面光泽度的标准试验方法》要求进行检测，检测结果如表4和图1～3。
口模粘附及光泽度的测试结果如表4及图1～3所示：实施例1～4制备得到的给水用硬聚氯乙烯管材的口模均无粘附情况，表面光滑，光泽度较好(图1)，均大于43％。对比例1、对比例3和对比例6制备得到的给水用硬聚氯乙烯管材的口模有严重粘附，表面不平整(图3)，且光泽度均低于40％。对比例2制备得到的给水用硬聚氯乙烯管材的口模虽然无粘附，但是表面严重不平整(图2)，且光泽度仅为36.4％。对比例4和5制备得到的给水用硬聚氯乙烯管材的口模虽然无粘附，但是表面光滑，但其光泽度均低于40％。可见，对比例1～6制备得到的给水用硬聚氯乙烯管材性能均没有实施例的好。
表4实施例1～4和对比例1～6所述高效脱模的聚氯乙烯材料制备的管材持续挤出15天后模具口模处粘附情况以及管材光泽度情况
Figure BDA0003919285970000072
Figure BDA0003919285970000081
2.3加工扭矩和塑化时间的测试：
测试方法：采用转矩流变仪(赛默飞世尔Polyab OS)进行测试，仪器参数为：温度，185℃；转速，25rpm；流变总时长，12min。
具体操作为：按表1中实施例1配方准确称各组分进行高速混合2min得混合料68g，将其投入转矩流变仪中，设定转矩流变仪温度为185℃，转速25r/min，流变总时长12min后测试，测试结果如图4。
结果如图4所示：实施例1的塑化扭矩17Nm左右，塑化时间1.25min左右，符合要求，能保证生产顺利实施。
由上述各实施例和对比例的现场情况分析，实施例中所制备得到的管材均具有高效脱模、模具口模处无粘附的优点，且具有合理的加工扭矩和塑化时间。
由上述可见，本发明各实施例在制备过程中添加一定数量的丙烯酸酯和高密度氧化聚乙烯蜡，通过丙烯酸酯和高密度氧化聚乙烯蜡的协同作用，并适当调整其它组份的添加量，制备得到的给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材完全达到《GB/T10002.1-2006给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材》标准要求，并且在15天的生产周期内模具口模处无粘附现象、管材外壁光泽度明显提高，节省了模具清理的时间，提高了生产效率。可有效解决采用钙锌稳定剂的给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材配方体系在经过较长时间持续挤出生产后，在模具口模处粘附的问题。
显然，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)

1.一种高效脱模的聚氯乙烯材料，其特征在于，包括以下按重量份计算的组分：
Figure FDA0003919285960000011
所述丙烯酸酯为由甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸丁酯共聚而成的共聚物；所述丙烯酸酯的特性粘度为0.8～0.9dL/g。
2.根据权利要求1所述高效脱模的聚氯乙烯材料，其特征在于，包括以下按重量份计算的组分：
Figure FDA0003919285960000012
3.根据权利要求1所述高效脱模的聚氯乙烯材料，其特征在于，所述丙烯酸酯与高密度氧化聚乙烯蜡的重量之比为1.67～3.3：1。
4.根据权利要求3所述高效脱模的聚氯乙烯材料，其特征在于，所述丙烯酸酯与高密度氧化聚乙烯蜡的重量之比为2～3：1。
5.根据权利要求1所述高效脱模的聚氯乙烯材料，其特征在于，所述内润滑剂为脂肪族二羧酸酯、长链脂肪酸酯、多元醇偏脂肪酸复合酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1或5所述高效脱模的聚氯乙烯材料，其特征在于，所述外润滑剂为聚乙烯蜡、石蜡、微晶蜡中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述高效脱模的聚氯乙烯材料，其特征在于，还包括助剂，所述助剂包括以下按重量份计算的组分：
Figure FDA0003919285960000021
8.一种硬聚氯乙烯管材，其特征在于，由权利要求1～7任一项所述高效脱模的聚氯乙烯材料制备而成。
9.权利要求8所述硬聚氯乙烯管材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将各组分搅拌混合、加热至105～115℃后冷却得初产物；
S2.将步骤S1得到的初产物在160～200℃下模塑成型，冷却、切割即得。
10.权利要求1～7任一项所述高效脱模的聚氯乙烯材料在制备给水用硬聚氯乙烯管中的应用。
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