CN116970248B - 一种两性聚丙烯酰胺改性pvc排水排污管及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管及制备方法，属于改性塑料材料技术领域。本发明的两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，以重量份数计，包括如下组分：100份的PVC树脂、10～20的碳酸钙、1～10份的硫酸钙晶须、1～10份的两性聚丙烯酰胺、1～8份的热稳定剂、1～5份的烷基醚磷酸酯钠盐、其他助剂2～12份。本发明的两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管添加烷基醚磷酸酯钠盐作为两者在偶联载体，提高硫酸钙粉末的疏水性，且保护其官能团功能性，形成微观核壳结构，具有良好的力学性能及净水性。
Description
技术领域
本发明涉及改性塑料材料技术领域，更具体地，涉及一种两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管及制备方法。
背景技术
现如今建筑行业发展迅速，建筑材料也跟着更新换代，PVC管对无机酸、碱、盐的抗腐蚀效果良好，常用于污水废水的运输及排放。但建材市场存在的排水管并不具备污水处理功能，为了解决污废水直接排放对生态环境及水资源污染问题，现研究方向是通过两性聚丙烯酰胺改性PVC排水管赋予一种新的能力，使其能够对生活废水、工业废水等污废水的预处理来减轻由工业发展对淡水资源所带来的负面影响。两性聚丙烯酰胺(ACPAM)是由阳离子单体、阴离子单体、丙烯酰胺单体水解共聚制备而成的一种白色颗粒。此高分子骨架支链上有羧基阴离子和乙烯基阳离子，是一种两性离子不规则聚合物，可以通过利用电中性原理，吸附桥架、重力等因素影响下沉降，污染物将会被过滤除去，得到比较纯净的水，使得水的合理循环利用。将两性聚丙烯酰胺对PVC树脂进行表面改性从而使PVC排水管具有初步预处理无废水的能力。但两性聚丙烯酰胺在挤出成型过程中所达到的温度大于120℃极易分解，导致其功能性官能团丧失是目前首要难题。硫酸钙粉末具有良好在耐热性，能够隔绝热量，改善两性聚丙烯酰胺改性PVC的耐热性，但是它通常对水体是有害的，不能长时间接触地下水，水道或污水系统，容易产生水垢，影响水质。
现有技术公开了一种高热稳定性PVC膜，包括以下重量份的原料：PVC基体65-75份、填充弥散剂15-25份、增强互助剂5-10份、聚丙烯酰胺1-5份、碳酸钙5-10份。该高热稳定性PVC膜主要是通过均匀分散石墨烯的填充弥散剂来改善PVC材料的热稳定性，显然无法解决PVC材料高挤出温度对加入的两性聚丙烯酰胺的功能性基团的破坏问题，不具有净水功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有两性聚丙烯酰胺改性PVC在挤出过程中高温会破坏两性聚丙烯酰胺的功能性官能团的缺陷和不足，提供一种两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，通过添加烷基醚磷酸酯钠盐作为两性聚丙烯酰胺和硫酸钙的偶联载体，保证在高温挤出成型后，两性聚丙烯酰胺在保护下依然具有功能性，制得一种具有净水功能的改性PVC排水排污管。
本发明的另一目的是提供一种两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管的制备方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，以重量份数计，包括如下组分：
100份的PVC树脂、10～20的碳酸钙填料、1～10份的硫酸钙晶须、1～10份两性聚丙烯酰胺、1～8份的热稳定剂、1～5份的烷基醚磷酸酯钠盐、其他助剂2～12份。
其中，需要说明的是：
本发明的两性聚丙烯酰胺改性PVC材料添加烷基醚磷酸酯钠盐作为硫酸钙晶须和两性聚丙烯酰胺两者的偶联载体，其中烷基醚磷酸酯钠盐的烷基醚磷酸酯基团一方面能够与硫酸钙表面在游离H基结合进行表面改性，提高硫酸钙粉末的疏水性，另外烷基醚磷酸酯钠盐还能够与两性聚丙烯酰胺的酰胺基团反应，保护其官能团功能性。三者形成一种外表面耐热，核心功能性的微观核壳结构，保证在高温挤出成型后，两性聚丙烯酰胺在保护下依然具有功能性，得到具有净水作用的PVC排水排污管。
在某些具体实施方式中，优选地，烷基醚磷酸酯钠盐、硫酸钙晶须及两性聚丙烯酰胺的重量比为1:1～2:1～2。
烷基醚磷酸酯钠盐、硫酸钙晶须以及两性聚丙烯酰胺三者特定配比后起到协同增效作用，添加烷基醚磷酸酯钠盐作为两者在偶联载体，在高温熔融环境下，烷基醚磷酸酯钠盐游离的磷酸酯基团开链能够与两性聚丙烯酰胺的酰胺基团反应交联，包裹保护其官能团功能性。同时硫酸钙同烷基醚磷酸酯钠盐的表面改性，均匀分散在PVC管中，三者形成一种外表面耐热，核心功能性的微观核壳结构。
在具体实施方式中，所述烷基醚磷酸酯钠盐为单烷基醚磷酸酯钠盐或双烷基醚磷酸酯钠盐。
在某些具体实施方式中，优选地，所述硫酸钙晶须为80～120目晶须，方便精新研磨，提高硫酸钙晶须分散性。
在某些具体实施方式中，优选地，所述热稳定性为钙锌类稳定剂。钙锌类稳定剂具有良好的热稳定性、光稳定性、透明性和着色力。
在具体实施方式中，以重量份数计，所述其他助剂包括：1～5份的润滑剂、0～1份的加工助剂、0～5份的钛白粉、0～1份的抗冲改性剂。
在具体实施方式中，所述润滑剂为聚乙烯蜡、石蜡和硬脂酸的混合物。润滑剂选用聚乙烯蜡、石蜡、硬脂酸的混合物，能够降低PVC加工过程中分子之间及其与加工设备之间的摩擦，从而改善树脂的流动性，提高制品的透明度及光洁度。
抗冲改性剂选择任何一种核-壳聚合物，如ACR类(丙烯酸酯类)、MBS类(甲基丙烯酸甲酯、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物)或CPE(氯化聚乙烯)。
在具体实施方式中，优选地所述钛白粉为金红石型。钛白粉选用金红石型，因其结构致密，比较稳定，光学活性小，有较高的遮盖力和消色力，提高管材的白度和耐候性。
加工助剂可选用丙烯酸酯类化合物，如常用的LPA40、PA20或K400P等。
本发明还具体保护一种两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.先将烷基醚磷酸酯钠盐、两性聚丙烯酰胺、硫酸钙按配比混合研磨，研磨2h～4h，研磨后在PH 5～6的水溶液中混合均匀，干燥得到三者的小颗粒混合粉末；
S2.将三者的小颗粒混合粉末与其他组分热混混合捏合，冷混，最后造粒挤出成型制备得到两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管。
其中，在具体实施方式中，具体参考可详细参考如下：
先将烷基醚磷酸酯钠盐、两性聚丙烯酰胺、硫酸钙按配比混合在研磨机中进行研磨，研磨2h～4h，研磨完毕后放入搅拌机在弱酸性水溶液条件下(PH 5～6)进行搅拌，搅拌30min后自然晾干，得到三者的小颗粒混合粉末。
在按照配方，将共混物的各组分采用高速混合机(热混机)进行混合，热混至140℃～145℃，然后排入低速混合机(冷混机)中冷却，冷混到45℃～55℃出料，最后在挤出机中进行造粒，所得粒料再挤出成型。
在PVC管中选用烷基醚磷酸酯钠盐处理硫酸钙晶须以及两性聚丙烯酰胺(ACPAM)颗粒，对其改性共混。现阶段添加硫酸钙晶须以及两性聚丙烯酰胺(ACPAM)颗粒进行精细研磨得到ACPAM颗粒粉末及硫酸钙晶须粉末，弱酸性条件下同烷基醚磷酸酯钠盐搅拌改性，其中烷基醚磷酸酯钠盐在弱酸性条件下钠离子脱离后，能够与硫酸钙、两性聚丙烯酰胺(ACPAM)颗粒表面游离H基结合进行表面改性，提高颗粒粉末的疏水性。三者混合后与PVC树脂在高速搅拌机中进行搅拌，借助高速搅拌机的高剪切力及高速混合作用共混。
本发明还具体保护一种两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管在污水废水的运输及排放中的应用。
本发明的两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管经过两性聚丙烯酰胺改性具有良好的污染物过滤能力，净水效果优异，且两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管热稳定性好，加工过程中也不会出现功能基团破坏和硫酸钙粉末污染问题，净水性良好，可以广泛应用于污水废水的运输及排放。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管添加烷基醚磷酸酯钠盐作为两者在偶联载体，其中它的烷基醚磷酸酯基团一方面能够与硫酸钙表面在游离H基结合进行表面改性，提高硫酸钙粉末的疏水性，另外烷基醚磷酸酯钠盐还能够与两性聚丙烯酰胺的酰胺基团反应，保护其官能团功能性，形成微观核壳结构，具有良好的力学性能及净水性。
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。
PVC树脂，SG-5，新疆中泰化学股份有限公司。
两性聚丙烯酰胺，广东首信环保材料科技有限公司。
烷基醚磷酸酯钠盐-1，单烷基醚磷酸酯钠盐，上海闵科新材料有限公司。
烷基醚磷酸酯钠盐-2，双烷基醚磷酸酯钠盐，上海闵科新材料有限公司。
硫酸钙晶须-1，≤80目，山东嘉颖化工科技有限公司。
硫酸钙晶须-2，80-120目数，山东嘉颖化工科技有限公司。
硫酸钙晶须-3，325目数，山东嘉颖化工科技有限公司。
重质碳酸钙，市购可得，所有实施例和对比例均为同种。
钙锌稳定剂，市购可得，所有实施例和对比例均为同种。
加工助剂LPA-40，市购可得，所有实施例和对比例均为同种。
石蜡，市购可得，所有实施例和对比例均为同种。
PE蜡，市购可得，所有实施例和对比例均为同种。
硬脂酸，市购可得，所有实施例和对比例均为同种。
钛白粉，金红石型，市购可得，所有实施例和对比例均为同种。
抗冲改性剂CPE，市购可得，所有实施例和对比例均为同种。
实施例1
一种两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，以重量份数计，包括如下组分：
PVC树脂100份、重质碳酸钙20份、5份硫酸钙-2、两性聚丙烯酰胺10份、单烷基醚磷酸酯钠盐2份、石蜡1份、PE蜡1份、硬脂酸1份、钛白粉5份、钙锌稳定剂5份、加工助剂LPA400.5份、抗冲改性剂CPE 0.5份。
实施例2
一种两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，以重量份数计，包括如下组分：
PVC树脂100份、重质碳酸钙20份、8份硫酸钙-2、两性聚丙烯酰胺10份、单烷基醚磷酸酯钠盐2份、石蜡1份、PE蜡1份、硬脂酸1份、钛白粉5份、钙锌稳定剂5份、加工助剂LPA40 1份、抗冲改性剂CPE 1份。
实施例3
一种两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，以重量份数计，包括如下组分：
PVC树脂100份、重质碳酸钙20份、10份硫酸钙-2、两性聚丙烯酰胺10份、单烷基醚磷酸酯钠盐5份、石蜡1份、PE蜡1份、硬脂酸1份、钛白粉5份、钙锌稳定剂8份、加工助剂LPA401份、抗冲改性剂CPE 1份。
实施例4
一种两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，以重量份数计，包括如下组分：
PVC树脂100份、重质碳酸钙20份、2份硫酸钙-2、两性聚丙烯酰胺10份、单烷基醚磷酸酯钠盐5份、石蜡1份、PE蜡1份、硬脂酸1份、钛白粉5份、钙锌稳定剂8份、加工助剂LPA400.5份、抗冲改性剂CPE 0.5份。
实施例5
一种两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，以重量份数计，包括如下组分：
PVC树脂100份、重质碳酸钙20份、2份硫酸钙-2、两性聚丙烯酰胺1份、单烷基醚磷酸酯钠盐5份、石蜡1份、PE蜡1份、硬脂酸1份、钛白粉5份、钙锌稳定剂8份、加工助剂LPA400.5份、抗冲改性剂CPE 0.5份。
实施例6
一种两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，以重量份,数计，包括如下组分：
PVC树脂100份、重质碳酸钙20份、-1硫酸钙10份、两性聚丙烯酰胺10份、双烷基醚磷酸酯钠盐5份、石蜡1份、PE蜡1份、硬脂酸1份、钛白粉5份、钙锌稳定剂8份、加工助剂LPA401份、抗冲改性剂CPE 1份。
实施例7
一种两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，以重量份数计，包括如下组分：
PVC树脂100份、重质碳酸钙20份、10份硫酸钙-1、两性聚丙烯酰胺10份、单烷基醚磷酸酯钠盐5份、石蜡1份、PE蜡1份、硬脂酸1份、钛白粉5份、钙锌稳定剂8份、加工助剂LPA401份、抗冲改性剂CPE 1份。
实施例8
一种两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，以重量份数计，包括如下组分：
PVC树脂100份、重质碳酸钙20份、10份硫酸钙-3、两性聚丙烯酰胺10份、单烷基醚磷酸酯钠盐5份、石蜡1份、PE蜡1份、硬脂酸1份、钛白粉5份、钙锌稳定剂8份、加工助剂LPA401份、抗冲改性剂CPE 1份。
上述实施例1～8的两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管的制备方法如下：
S1.先将烷基醚磷酸酯钠盐、两性聚丙烯酰胺、硫酸钙按配比混合在研磨机中进行研磨，研磨2h～4h，研磨完毕后放入搅拌机在弱酸性水溶液条件下(PH 5～6)进行搅拌，搅拌30min后自然晾干，得到三者的小颗粒混合粉末。
S2.在按照配方，将共混物的各组分采用高速混合机(热混机)进行混合，热混至140℃～145℃，然后排入低速混合机(冷混机)中冷却，冷混到45℃～55℃出料，最后在挤出机中进行造粒，所得粒料再挤出成型。
对比例1
PVC树脂100份、重质碳酸钙20份、0份硫酸钙-2、两性聚丙烯酰胺5份、烷基醚磷酸酯钠盐0份、石蜡1份、PE蜡1份、硬脂酸1份、钛白粉5份、钙锌稳定剂5份、加工助剂LPA40 0.5份、抗冲改性剂CPE 0.5份。
对比例2
PVC树脂100份、重质碳酸钙20份、5份硫酸钙-2、两性聚丙烯酰胺5份、烷基醚磷酸酯钠盐0份、石蜡1份、PE蜡1份、硬脂酸1份、钛白粉5份、钙锌稳定剂5份、加工助剂LPA40 0.5份、抗冲改性剂CPE 0.5。
对比例3
一种两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，以重量份数计，包括如下组分：
PVC树脂100份、重质碳酸钙20份、5份硫酸钙-2、两性聚丙烯酰胺5份、单烷基醚磷酸酯钠盐8份、石蜡1份、PE蜡1份、硬脂酸1份、钛白粉5份、钙锌稳定剂5份、加工助剂LPA40 1份、抗冲改性剂CPE 1份。
上述对比例1～3的两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管的制备方法如下：
将上述烷基醚磷酸酯钠盐、两性聚丙烯酰胺、硫酸钙按配比混合在研磨机中进行研磨，研磨2h～4h，研磨完毕后放入搅拌机在弱酸性水溶液条件下(PH 5～6)进行搅拌，搅拌30min后自然晾干。得到三者的小颗粒混合粉末。
在按照配方，将共混物的各组分采用高速混合机(热混机)进行混合，热混至140℃～145℃，然后排入低速混合机(冷混机)中冷却，冷混到45℃～55℃出料，最后在挤出机中进行造粒，所得粒料再挤出成型。
结果检测
力学性能检测：
(1)拉伸屈服强度测试：GB/T 1040.2-2006塑料拉伸性能的测定第二部分。
(2)落锤冲击试验：GB/T 14152-2001热塑性塑料管材耐外冲击性能试验方法时针旋转法。
(3)纵向回缩率测试：GB/T 6671热塑性管材回缩率的测定。
净水性能检测：
浑浊度NTU、蒸发残渣mg/L、高锰酸钾消耗量mg/L、铅含量mg/L、镉含量mg/L检测：GB/T 17219生活饮用水输配设备及防护材料的安全性评价标准。
具体检测结果如表1所示：
从表1看出：
1.烷基醚磷酸酯钠盐、硫酸钙、两性聚丙烯酰胺的加入能够增强PVC排水管的力学性能及净水性。
2.烷基醚磷酸酯钠盐、硫酸钙、两性聚丙烯酰胺的加入比例在实例3中1:2:2时，抗冲击抗压力学性能及净水性最佳。
未添加硫酸钙、烷基醚磷酸酯钠盐的对比例1管材及未添加烷基醚磷酸酯钠盐对比例2力学性能及净水性比相较于实例1-4有较大差异，可见硫酸钙、烷基醚磷酸酯钠盐、两性聚丙烯酰胺协同力学性能高，净水性提升，所制作出来的的管材抗冲抗弯、净水性优越。
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 (8)
1.一种两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，其特征在于，以重量份数计，包括如下组分：
100份的PVC树脂、10～20份的填料、1～10份的硫酸钙晶须、1～10份的两性聚丙烯酰胺、1～8份的热稳定剂、1～5份的烷基醚磷酸酯钠盐、其他助剂2~12份，
烷基醚磷酸酯钠盐、硫酸钙晶须及两性聚丙烯酰胺的重量比为1 :1~2 :1~2，
所述硫酸钙晶须的粒径为80~120目，
两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管的制备方法，包括如下步骤：
S1.先将烷基醚磷酸酯钠盐、两性聚丙烯酰胺、硫酸钙按配比混合研磨至粒径为1400~1600目，研磨后在pH 5~6的水溶液中混合均匀，干燥得到三者的小颗粒混合粉末；
S2.将三者的小颗粒混合粉末与其他组分热混混合捏合，冷混，最后造粒挤出成型制备得到两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管。
2.如权利要求1所述两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，其特征在于，烷基醚磷酸酯钠盐、硫酸钙晶须及两性聚丙烯酰胺的重量比为1 :2 :2。
3.如权利要求1所述两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，其特征在于，所述烷基醚磷酸酯钠盐为单烷基醚磷酸酯钠盐或双烷基醚磷酸酯钠盐。
4.如权利要求1所述两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，其特征在于，所述硫酸钙晶须的粒径为80~100目。
5.如权利要求1所述两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，其特征在于，以重量份数计，所述其他助剂包括：1～5份的润滑剂、0～1份的加工助剂、0～5份的钛白粉、0～1份的抗冲改性剂。
6.如权利要求5所述两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡、石蜡和硬脂酸的混合物。
7.如权利要求5所述两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，其特征在于，所述钛白粉为金红石型或锐钛型。
8.如权利要求7所述两性聚丙烯酰胺改性PVC排水排污管，其特征在于，钛白粉为金红石型。
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