CN1250639C - 纳米聚丙烯管材专用料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于生产冷热水用建筑管材的纳米聚丙烯管材专用料，由共聚聚丙烯、有机化纳米粘土、纳米银离子抗菌剂和润滑分散剂组成。本发明提供的纳米抗菌聚丙烯管材专用料，较之现有技术的普通PP-B、PP-R管材专用料，具有很高的耐热性能和极好的机械性能，并具有高水准的热稳定性和良好的抗抽取性，特别是其抗收缩性、抗蠕变性和弹性模量等都优于北欧化工和德国DSM公司生产的PP-R管材专用料，且价格低。

Description

纳米聚丙烯管材专用料及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及建筑用塑料管的材料技术领域，特别是涉及以共聚聚丙烯为基体材料的建筑冷热水管材材料技术领域。

二、背景技术

房屋建筑中的冷热水系统、饮用水系统及板式(包括地板)采暖系统用管材数量巨大，传统的多为铸铁管、镀锌管，但现在许多国家都不提倡使用铸铁管与镀锌管，对它们的使用多加限制，现在多为塑料管。生产加工塑料管的材料现在有均聚聚丙烯(PP-H)、嵌段共聚聚丙烯(PP-B)和无规共聚聚丙烯(PP-R)。以PP-H为材料加工生产的塑料管，由于PP-H耐低温性能差、脆性大，不宜作为低温管与耐压管使用，使用范围受到很大限制。以PP-B为材料加工生产的塑料管，虽然PP-B材料的低温性能较好，但刚性不足，稳定性较差，因此不能长期使用，不能满足建筑冷热水管50年使用寿命的要求，使用范围也受到一定的限制。发达国家与地区新生产的PP-R是一种比较好的管材材料，既具有良好的刚性强度，低温下又具有一定的冲击强度，同时还具有较好的抗蠕变性能，因此PP-R是近年发展很快的建筑管材材料。但PP-R生产工艺复杂，目前中国和其他发展中国家还不能生产出理想PP-R，只能从发达国家和地区进口，用其生产的管材价格高。另外，PP-R仍然存在着聚丙烯(包括PP-B)所具有的收缩性大的问题，并且机械性能、耐热性能、热稳定性、抗抽取性、抗蠕变性和弹性模量还不够理想。

三、发明内容

针对已有技术的不足，本发明的目的是提供一种以共聚聚丙烯为基体材料的，能解决共聚聚丙烯收缩性大的问题，具有很高的耐热性能、机械性能、热稳定性和抗抽取性，特别是抗收缩性、抗蠕变性和弹性模量等均明显优于现技术管材材料的纳米聚丙烯管材专用料及其制备方法。

本发明的基本思想是采用纳米粘土与嵌段共聚聚丙烯(PP-B)或无规共聚聚丙烯(PP-R)共混改性技术，改进共聚聚丙烯的性能，以获得各项性能都十分优异的管材专用料。

本发明提供的纳米聚丙烯管材专用料主要由共聚聚丙烯、有机化纳米粘土、润滑分散剂和纳米银离子抗菌剂组成，各组分在管材专用料共混物中所占的重量百分比为：

共聚聚丙烯        90～98.5％

有机化纳米粘土    1.00～9.50％

润滑分散剂        0.05～1.00％

纳米银离子抗菌剂  0.01～1.00％。

上述所说的共聚聚丙烯可以是嵌段共聚聚丙烯(PP-B)，也可以是无规共聚丙烯(PP-R)，还可以是嵌段共聚聚丙烯与无规共聚聚丙烯的混合物。共聚聚丙烯应优先选用熔体流动速率为0.20～0.75g/10min的共聚聚丙烯，最好是选用熔体流动速度为0.25～50g/10min的共聚聚丙烯。

上述所说有机化纳米粘土由天然无机粘土(蒙脱土)经提纯和有机化处理制得的有机化纳米粘土。有机化纳米粘土的制备方法已由中国科学院化学研究所在其专利文献中已公开，该所并有产品出售。

上述所说的润滑分散剂可以是聚乙烯腊，石腊、聚丙烯酰胺、有机硅油、硬酯酸等，且可以是其中的一种，也可以是它们中的两种以上的混合物。

上述方案中所说的纳米聚丙烯管材专用料的制备方法，主要包括以下依次加工步骤：

(1)、配比好的各组分在固体状态下均匀混合；

(2)、固态混合料在熔融状态下充分共混熔炼，进行预分散；

(3)、预分散的物料用螺杆挤出机挤出成形造粒。

本发明的纳米聚丙烯管材专用料采用本发明的制备方法，即先将按比例配备好的共聚聚丙烯、有机化粘土纳米、纳米银离子抗菌剂和润滑分散剂在固体状态下混合均匀，然后再在熔融状态下进行充分共混熔炼，使有机化纳米粘土与聚丙烯熔体进行插层复合，实现纳米尺度分散，随后用螺杆挤出机挤出成形造粒，经冷却后即制得各项技术性能都十分优良的成品纳米聚丙烯管材专用料。

作为本发明纳米聚丙烯管材专用料组分的有机化纳米粘土，它是由天然的无机粘土(蒙脱土)经提纯有机化处理加工而成。天然的无机粘土为层状结构，其结构层为纳米尺寸级的，经有机化处理后，其层间的距离增大。有机粘土在与聚丙烯熔体混合过程中被剥离为纳米尺寸的结构片层，均匀地分散到聚丙烯基体中，从而形成插层复合结构的纳米聚丙烯。粘土纳米与聚丙烯共混物由于在结构上不同于单一的普通型PP-B与PP-R，因此在物理性能上，热力学性能上和机械性能上都不同于单一的普通型PP-B与PP-R。所以本发明所揭示纳米聚丙烯管材专用料具有很高的耐热性能和极好的机械性能，并具有高水准的热稳定性和良好的抗抽取性，特别是抗收缩性、抗蠕变性和弹性模量等，不但优于普通型的PP-B和PP-R，也优于北欧化工和德国DSM公司生产的PP-R，且价格还大为降低。

另外，由于本发明加入有银离子纳米抗菌剂，因此用本发明的纳米聚丙烯管材专用料加工生产的管材，不但具有无毒、无味、无臭，符合GB/T17219-1998《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》外，还具有独特的抗菌作用，冷热水在管道中经停24小时，对大肠杆菌等细菌的灭菌率达100％。用其输送冷热水可以防止细菌污染，有利于人们的身体健康，更适合人们绿色环保概念。

本发明完成后，经东泰(成都)工业有限公司、成都海特电工设备有限公司管业部、川路塑胶有限公司、成都新艺热缩塑料厂、成都川大安诺管业有限公司等单位试用结果表明，各项技术性能均能超过或达到ISO/DIS 15874聚丙烯管材标准。与北欧化工生产的型号为RA130E的PP-R和德国DSM公司生产的型号为P9421的PP-R相比，在力学性能、维卡软化温度、线膨胀系数、热传导率、纵向收缩率等技术性能，都较其有明显的优势。具体的技术性能参数比较可见附表1和附表2。

四、附表说明

附表1是对本发明以普通型PP-B为基料制备的纳米抗菌聚丙烯管材专用料与单一的普通型PP-B、北欧化工生产的型号为RA130E的PP-R各项技术性能参数作的比较。

附表2是对本发明以普通型PP-R为基料制备的纳米抗菌聚丙烯管材专用料与单一的普通型PP-R、德国DSM公司生产的型号为Vestolen P9421的PP-R各项技术性能参数作的比较。

五、具体实施方式

下面给出本发明的几个实施例。在以下各实施例中，各组分的百分比均为该组分在管材专用料共混物中所占重量百分比。

实施例1：

熔体流动速率约为0.20g/10min的PP-B       98％

粒径约为70Nm的有机化纳米粘              ±1.30％

纳米银离子抗菌剂                        0.30％

聚乙烯腊                                0.40％

实施例2：

熔体流动速率约为0.80g/10min的PP-B       97.2％

粒径约为30Nm的有机化纳米粘              ±2.0％

纳米银离子抗菌剂                        0.50％

石腊                                    0.30％

实施例3：

熔体流动速率约为0.40g/10min的PP-R       95％

粒径约为50Nm的有机化纳米粘              ±4.0％

纳米银离子抗菌剂                        0.20％

聚乙烯腊                                0.80％

实施例4：

熔体流动速率约为0.50g/10min的PP-R       98％

粒径约为40Nm的有机化纳米粘              ±1.5％

纳米银离子抗菌剂                        0.30％

石腊                                    0.20％

实施例5：

熔体流动速率约为0.40g/10min的PP-B       96％

粒径约为40Nm的有机化粘土纳米            3.0％

石腊                                    1.00％

实施例6：

熔体流动速率约为0.50g/10min的PP-R       96.8％

粒径约为50Nm的有机化纳米粘        ±3％

聚乙烯腊                          0.20％

上述各实施例的纳米抗菌聚丙烯管材专用料制备方法，是将配备好的各组分原料先在固体状态下充分混合，然后再在熔融状态下充分熔炼共混之后，再用双螺杆挤出机挤出造粒，经冷却后即制得本发明管材专用料。上述实施例1～4制得的管材专用料具有抗菌的作用，实施例5～6制得的管材专用料不具有抗菌的作用。

附表1：

附表2：

Claims (3)

1、一种纳米聚丙烯管材专用料，其特征在于主要由共聚聚丙烯、有机化纳米粘土、纳米银离子抗菌剂和润滑分散剂组成，各组分在管材专用料共混物中所占的重量百分比为：

        共聚聚丙烯            90～97％

        有机化纳米粘土        1.00～8.00％

        纳米银离子抗菌剂      0.01～1.00％

        润滑分散剂            0.05～1.00％。

2、如权利要求1所述的纳米聚丙烯管材专用料，其特征在于共聚聚丙烯的熔体流动速率为0.20～0.75g/10min。

3、关于权利要求1至2中的任一项权利要求所述纳米聚丙烯管材专用料的制备方法，其特征在于包括以下依次制备步骤：

(1)、配比好的各组分在固体状态下均匀混合；

(2)、固态混合料在熔融状态下充分共混熔炼，进行预分散；

(3)、预分散的物料用螺杆挤出机挤出成形造粒。