CN115627036A - 耐低温络合增强型pvc管材 - Google Patents

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Abstract

耐低温络合增强型PVC管材，它的配方按重量计各组份含量为：PVC树脂100Kg,离子络合剂4—4.5Kg；所述离子络合剂离子络合剂的配方按重量计为：钙锌稳定剂5—5.5Kg，纳米轻钙5—10Kg，加工助剂改性剂3—4Kg，钛白粉0.5—1.5Kg，润滑剂0.8—1Kg；所述PVC树脂为传统PVC管材用有机氯醋树脂，所述钙锌稳定剂为硫酸锌，所述纳米轻钙为纳米级碳配钙，所述加工助剂改性剂为丙烯酸酯，所述润滑剂为烷烃。它经检测在零下30℃时受到冲击性能较好，具有更强的低温下抗冲击性能。

Description

耐低温络合增强型PVC管材
技术领域
本发明涉及PVC管材技术领域，更具体地说涉及一种耐低温、强度更好的PVC管材配方。
背景技术
我国PVC-U管材是市场份额最大的塑料管道,国内聚氯乙烯管材约占国内外通用管材的一半。但我们面临的问题是聚氯乙烯管材性能始终提升不大。国内的聚氯乙烯管道行业存在许许多多问题,一方面我国能够生产高质量聚氯乙烯管材的企业很少,绝大部分企业制造的产品不能达到国家标准,档次较低。总的结果就是技术水平低下,使得聚氯乙烯管材在国内市场的口碑较差。另外绝大多数人认为聚氯乙烯管道已经没有多少创新的余地了,对于管材的连接技术,管道修复技术,配方,制造工艺等很少有人再去深入研究，这些都是我国聚氯乙烯管道行业发展停滞不前的关键原因。
对于国外发达国家而言,当性能与价格更占优势的管材面世的同时,聚氯乙烯管材用量仍然在提高。通过技术创新,技术进步使得聚氯乙烯管材性价比更高,应用范围更广这其中的原因包括原料的生产以及成型加工过程技术创新、技术进步。例如南非和英国的PVC管道早已工业化生产,并且都采用了共混改性的技术。采用的改性剂是氯化聚乙烯(CPE),添加量在10phr左右,要求既保证足够的韧性,同时最小要求强度(MRS)在25MPPa以上。氯化聚氯乙烯CPE对于PVC的增韧主要是通过共混后在PVC基体之间形成了网络结构进而提高了材料的冲击强度,但此种方法对于工艺要求较高,只有在特定温度下才能形成网络结构。英国采用的改性剂是氯化聚乙烯(CPE)和丙烯酸衍生物,也能达到不错的效果。日本采用的改性剂主要是丙烯酸树脂,如日本积水化学高抗冲管材。
传统的PVC管材在零下30℃时受到冲击，易破碎，低温下受冲击性能较差。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术之不足，而提供耐低温络合增强型PVC管材，它经检测在零下30℃时受到冲击性能较好，具有更强的低温下抗冲击性能。
本发明的技术解决措施如下：
耐低温络合增强型PVC管材，它的配方按重量计各组份含量为： PVC树脂100Kg,离子络合剂4—4.5Kg；
所述离子络合剂离子络合剂的配方按重量计为：钙锌稳定剂5— 5.5Kg，纳米轻钙5—10Kg，加工助剂改性剂3—4Kg，钛白粉0.5— 1.5Kg，润滑剂0.8—1Kg；
所述PVC树脂为传统PVC管材用有机氯醋树脂，所述钙锌稳定剂为硫酸锌，所述纳米轻钙为纳米级碳配钙，所述加工助剂改性剂为丙烯酸酯，所述润滑剂为烷烃。
所述钙锌稳定剂所采用的硫酸锌为水溶性硫酸锌。
所述加工助剂改性剂采用的丙烯酸酯为粉末状，所述润滑剂采用的烷烃为粉末状。
本发明的有益效果在于：
本项目通过配方上的创新,开发出耐低温、抗冲型聚氯乙烯管材，保持了硬聚氯乙烯管材的高强度、高模量等特点,又具有相当的韧性, 提高了管材抵抗点载荷的能力。在成型工艺上进行创新,通过双轴取向加工过程分子链形成交织的网状结构,即降低了生产成本,又使得管材具备了相当的韧性。实现把传统PVC-U制品物理机械性能提高 20％，具有高耐寒高强度特性，将实现“以塑代钢”开创硬聚氯乙烯管道应用新纪元，为国家“节能降耗，低碳发展”目标做出更多贡献。
具体实施方式
实施例：耐低温络合增强型PVC管材，它的配方按重量计各组份含量为：PVC树脂100Kg,离子络合剂4—4.5Kg；
所述离子络合剂离子络合剂的配方按重量计为：钙锌稳定剂5— 5.5Kg，纳米轻钙5—10Kg，加工助剂改性剂3—4Kg，钛白粉0.5— 1.5Kg，润滑剂0.8—1Kg；
所述PVC树脂为传统PVC管材用有机氯醋树脂，所述钙锌稳定剂为硫酸锌，所述纳米轻钙为纳米级碳配钙，所述加工助剂改性剂为丙烯酸酯，所述润滑剂为烷烃。
所述钙锌稳定剂所采用的硫酸锌为水溶性硫酸锌。
所述加工助剂改性剂采用的丙烯酸酯为粉末状，所述润滑剂采用的烷烃为粉末状。
工作原理：(1)、小分子过渡金属化合物制备耐低温抗冲击PVC 管材的配方及工艺。PVC树脂在160～200℃条件下加工易降解变色，需要加入热稳定剂避免PVC的降解。钙锋稳定剂作为热稳定剂单独使用初期着色性严重,但长期热稳定性较好；硬脂酸单独使用初期着色性优良，但试样后期颜色急剧变黑。两者复合使用，通过调整其配比可达到较为优良的协同热稳定效果。当协同作用作为热稳定剂时，氯原子可与钙配位体之间发生交换,提高PVC稳定性。另外，作为一种长效型热稳定剂,在反应后期还可以起到吸除HCI的作用,使长期热稳定性得到提高。
(2)、聚合物过渡金属盐制备耐低温抗冲击PVC管材的配方及工艺。PVC低温冲击强度与冲击改性剂的玻璃化温度有关，玻璃化温度越低，低温冲击强度越高。丙烯酸酯类金属盐聚合物的玻璃化温度远低于CPE，所以冲击改性剂的化学成分以丙烯酸酯类金属盐为主。由于丙烯酸酯类金属盐聚合物的玻璃化温度很低，常温下易结块，所以在丙烯酸酯类金属盐聚合物的核上包上一层硬的甲基丙烯酸甲酯的壳。项目核部分的丙烯酸酯类橡胶体的含量为95％(质量分数)左右，壳部分的含量为5％(质量分数)左右，突破了传统的冲击改性剂ACR 的组成极限，显著提高了该PVC制品的低温冲击强度。
(3)、聚合物过渡金属盐添加剂的设计、选型及小样制备。水溶性过渡金属盐选用的是硫酸锌，加入量为n(硫酸锌)：n(引发剂过氧化二碳酸二肉豆蔻酯)为(1：100)～(1：2)，m(硫酸锌)：m(氯乙烯) 为(5×10-6)～(250×10-6)。络合剂是能将水溶性锌转化为可溶于单体的络合形式而对引发体系和聚合反应没有任何抑制作用的化合物，选取异抗坏血酸作为络合剂，加入量为n(异抗坏血酸)：n(硫酸锌)＝(1：1)～(5：1)。锌盐与络合物混合加入的时间是从聚合反应开始到压降出现前，以匀速等质量均匀递减批次加入。可以明显提高聚合早期的反应速度，同时可以提高树脂的热稳定性，并降低其单体残留量。
(4)、采用DSC、EDX/XPS、XRD、SEM/TEM、DMA等分析管材的结构和耐温、增强机制。高分子链的立构与构象在结构上是两个不同的概念，然而从振动光谱发现和观测高分子链结构的角度来说，立构与构象又联系在一起，往往同时被观测到。PVC属于单取代乙烯的聚合物，有全同、间同和无规之分，它们之间在结构上的差别是可以在红外光谱上明显地反映出来，PVC的红外光谱在500-700cm-1区域有3 条C-Cl伸缩振动吸收谱带,分别对应PVC分子链结构的构象。 614.5cm-1为TT构象,639.8cm-1为TTTT构象,695.5cm-1为TGTG, 此外在1390-1480cm-1的CH2的弯曲振动对PVC的构象也有一定的影响,热稳定剂的加入,PVC的构象将发生变化。采用傅里叶变换红外 (IR、FTIR)分析、TEM(透射电镜)、SEM(扫描电镜)、TGA(热失重分析)、DSC差视热量测试、DMA动态力学分析等，来分析分析管材的结构和耐温、增强机制。
(5)、管材耐低温抗冲击等性能测试。
①、拉伸性能按照GB/T1040.2—2006《塑料拉伸性能的测定第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件》测试，1A型样条，拉伸速度：20mm/min。
②、冲击性能按照GB/T 1043.1—2008《塑料简支梁冲击性能的测定第1部分：非仪器化冲击试验》测试，A型缺口。
③、-30℃低温落锤冲击试验按照GB/T 14152—2001《热塑性塑料管材耐性外冲击性能试验方法时针旋转法》测试。
④、静液压试验按照ISO 1452—2：2009《Plastics piping systems for watersupply and for buried andabove-ground drainage and sewerage underpressure.Unplasticized poly(vinyl chloride)(PVC—U).Part2：Pipes》测试，A型封头。
⑤、维卡软化温度按照GB/T 1633—2000《热塑性塑料维卡软化温度(VST)的测定》，B50方法测试。
⑥、密度按照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》测试。
⑦、纵向回缩率按照GB/T 6671—2001《热塑性塑料管材纵向回缩率的测定》测试。
⑧、二氯甲烷浸渍试验按照GB/T 13526—2007(硬聚氯乙烯(PVC —U)管材二氯甲烷浸渍试验方法》进行。

Claims (3)

1.耐低温络合增强型PVC管材，其特征在于：它的配方按重量计各组份含量为：PVC树脂100Kg,离子络合剂4—4.5Kg；
所述离子络合剂离子络合剂的配方按重量计为：钙锌稳定剂5—5.5Kg，纳米轻钙5—10Kg，加工助剂改性剂3—4Kg，钛白粉0.5—1.5Kg，润滑剂0.8—1Kg；
所述PVC树脂为传统PVC管材用有机氯醋树脂，所述钙锌稳定剂为硫酸锌，所述纳米轻钙为纳米级碳配钙，所述加工助剂改性剂为丙烯酸酯，所述润滑剂为烷烃。
2.根据权利要求1所述的耐低温络合增强型PVC管材，其特征在于：所述钙锌稳定剂所采用的硫酸锌为水溶性硫酸锌。
3.根据权利要求1所述的耐低温络合增强型PVC管材，其特征在于：所述加工助剂改性剂采用的丙烯酸酯为粉末状，所述润滑剂采用的烷烃为粉末状。
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