CN1283714C - 双峰高密度聚乙烯缠绕管料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种层状硅酸盐(有机蒙托土)改性双峰高密度聚乙烯材料，尤其适用于耐环境应力开裂性能和环刚度要求较高的缠绕管的加工制造。选用耐环境应力开裂性能比单峰高密度聚乙烯大十倍的双峰高密度聚乙烯，再用经十六烷基三甲基氯化铵和乙烯基-R-甲氧基硅烷(R为碳原子数3～12的烷基)处理后的层状硅酸盐(有机蒙托土)，通过熔融插层复合改性，使其环刚度、耐磨性、韧性以及加工性能都得到了显著的改善，不仅可以满足现行生产工艺的要求，还可以改变性能优异的缠绕管料长期依赖进口的局面，为国家节约宝贵的外汇。

Description

双峰高密度聚乙烯缠绕管料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种层状硅酸盐改性双峰高密度聚乙烯材料，尤其适用于耐环境应力开裂性能和环刚度要求较高的缠绕管的加工制造。
技术背景
高密度聚乙烯缠绕管由于无污染、耐腐蚀(可适应浓度在10％以下的酸碱液体)、能耗低、重量轻、安装简便、通流量大、寿命长、抗冲击性能优异等特点，近几年发展迅速，有逐渐替代能耗高材料(如水泥、铸铁、陶瓷等)管材的趋势，成为排水管和排污管的主要产品。目前国内外主要采用单峰高密度聚乙烯为基本原料制造排水用高密度聚乙烯缠绕管。但由于单峰高密度聚乙烯特别是国产单峰高密度聚乙烯耐环境应力差，同时环刚度、耐磨性和韧性也不理想。为了改善其综合性能，曾尝试用超细滑石粉、热塑性弹性体(刘伯元，‘第三代大口径双壁波纹管增强增韧母料的研制和应用’，《塑料加工》，2004，39(1)，33-38)、线性低密度聚乙烯(王诚‘共混改性聚乙烯管材材质的研究’，《塑料科技》，1999，08，p5)等进行改性，虽然取得了一些效果，但因单峰高密度聚乙烯基体树脂本身性能所限仍不尽理想。
发明内容
本发明目的就是制备一种性能优异的高密度聚乙烯缠绕管专用料，大幅度的提高其耐环境应力开裂性能及环刚度、耐磨性和韧性等综合能力。本发明的另一目的就是提高高密度聚乙烯缠绕管专用料的加工性能，以满足现行生产工艺的要求。
本发明选用双峰高密度聚乙烯作基体树脂，以层状硅酸盐改性的双峰高密度聚乙烯缠绕管料，其组成成分包括：有机蒙脱土，双峰高密度聚乙烯，增韧剂等助剂。其重量配比为：有机蒙脱土∶双峰高密度聚乙烯∶增韧剂等助剂＝(15～45％)∶1∶(0.5～5％)。其中：有机蒙脱土为经十六烷基三甲基氯化铵和乙烯基-R-甲氧基硅烷处理而膨化的蒙脱土(R为碳原子数3～12的烷基)。增韧剂等助剂可以从聚氧化乙烯，乙烯-丙烯共聚物，苯乙烯-丁二烯共聚物中至少任选一种。
本发明层状硅酸盐改性双峰高密度聚乙烯缠绕管料的制备方法，是将有机蒙脱土和助剂按上述的配比加入到高速混合机中高速混合2～3分钟，制成均匀的预混料，再与重量比为100％的双峰高密度聚乙烯混合均匀，投入到双螺杆挤出造粒机，升温至50～230℃，调整转速100～400转/分，进行有机蒙脱土的插层剥离和分散，最后挤出，牵引，冷却，造粒。其中，有机蒙脱土的制备方法为将重量比浓度为1～8％的钠基蒙脱土悬浮水溶液于80℃搅拌滴加过量的5～10％的十六烷基三甲基氯化铵水溶液，保温1小时，抽滤，用水洗至无氯离子，干燥后加入到混合机中，以40～60转/分的转速慢速搅拌，同时缓缓喷入等量的乙烯基-R-甲氧基硅烷的5％乙醇溶液(R为碳原子数3～12的烷基)，于30～40℃慢速搅拌10～30分钟，冷却，下料，包装。
本发明选用双峰高密度聚乙烯作基体树脂，其耐环境应力开裂性能F50》10000h，是单峰高密度聚乙烯树脂的十倍，环刚度、耐磨性和韧性也比单峰高密度聚乙烯树脂高，再用经特殊有机化处理后的层状硅酸盐(有机蒙脱土)对其熔融插层复合改性，其综合性能又有一定的提高。双峰高密度聚乙烯熔体粘度高，挤出速率低，加工性能差，很难满足现行生产工艺的要求。本发明用层状硅酸盐(有机蒙脱土)对其改性后，熔体粘度降低，熔体流动速率提高，加工性能改进，从而达到缠绕管专用料的加工性能要求。
聚乙烯系非极性有机化合物，熔融温度高，熔体粘度大，按通常的共混和熔融很难保证层状硅酸盐在聚乙烯熔体中的均匀分散与剥离。本发明采用经特殊有机化处理后的层状硅酸盐(有机蒙脱土)作复合插层剂以及特定的熔融插层复合改性工艺，保证了层状硅酸盐(有机蒙脱土)在聚乙烯熔体中的均匀分散与剥离。由于分散相纳米材料的大比表面积、强界面活性和高活性的特性，使得改性后的双峰高密度聚乙烯料生产出的管材具有优异的环刚度、拉伸性能和纵向收缩率。当有机化处理后的层状硅酸盐(有机蒙脱土)用量为双峰高密度聚乙烯重量的20～40％时，缠绕管的环刚度达到最大。
用本发明方法对双峰高密度聚乙烯改性前后的性能对比数据如表1所示。
                                                   表1
双峰高密度聚乙烯   改性后双峰高密度聚乙烯缠绕管料
  熔体流动速率   0.092g/10分钟   0.5～0.6g/10分钟
  耐环境应力开裂性能   F50≥10000h   F50≥10000h
  线膨胀系数   2.4×10-4   1.1×10-5
  断裂伸长率   ≥600％   400～560％
  生产的缠绕管环刚度   6.0～7.5KN/m2   8.0～9.5KN/m2
表1清楚的说明本发明层状硅酸盐(有机蒙脱土)改性双峰高密度聚乙烯缠绕管料的力学性能和加工性能等综合性能比改性前有了显著的提高。作为性能优良的高密度聚乙烯缠绕管料，不仅可以满足现行生产工艺的要求，还可以改变性能优异的缠绕管料长期依赖进口的局面，为国家节约宝贵的外汇。
具体实施方式
实施例1：
2公斤钠基蒙脱土加水110公斤，分散均匀后，高速搅拌30分钟，加热至80℃，滴加十六烷基三甲基氯化铵水溶液(1.8公斤十六烷基三甲基氯化铵溶于26公斤水中)，保温1小时，抽滤，用水洗至无氯离子，干燥后加入到混合机中，以40转/分的转速慢速搅拌，同时缓缓喷入等量的乙烯基-R-甲氧基硅烷的5％乙醇溶液(R为碳原子数3～12的烷基)，于40℃慢速搅拌15分钟，冷却，下料，包装。
实施例2：
将5公斤实施例1制备的有机蒙脱土和0.25公斤聚氧化乙烯加入到高速混合机中高速混合3分钟，制成均匀的预混料，再与25公斤双峰高密度聚乙烯混合均匀，投入到双螺杆挤出造粒机，升温至200℃，调整转速300转/分，进行有机蒙脱土的插层剥离和分散，最后挤出，牵引，冷却，造粒。
实施例3：
将10公斤实施例1制备的有机蒙脱土和0.5公斤乙烯-丙烯共聚物加入到高速混合机中高速混合3分钟，制成均匀的预混料，再与25公斤双峰高密度聚乙烯混合均匀，投入到双螺杆挤出造粒机，升温至200℃，调整转速350转/分，进行有机蒙脱土的插层剥离和分散，最后挤出，牵引，冷却，造粒。

Claims (2)

1.一种双峰高密度聚乙烯缠绕管料，其特征在于该管料由以下成分组成：有机蒙脱土，双峰高密度聚乙烯，增韧剂助剂，其重量配比为：有机蒙脱土∶双峰高密度聚乙烯∶增韧剂助剂＝15～45％∶1∶0.5～5％其中：有机蒙脱土为经十六烷基三甲基氯化铵和乙烯基-R-甲氧基硅烷处理而膨化的蒙脱土，其R为碳原子数3～12的烷基；增韧剂助剂可以从聚氧化乙烯，乙烯-丙烯共聚物，苯乙烯-丁二烯共聚物中至少任选一种。
2.如权力要求1所述的双峰高密度聚乙烯缠绕管料的制备方法，其特征在于将有机蒙脱土和助剂按权力要求1所述的配比加入到高速混合机中高速混合2～3分钟，制成均匀的预混料，再与重量比为100％的双峰高密度聚乙烯混合均匀，投入到双螺杆挤出造粒机，升温至50～230℃，调整转速100～400转/分，进行有机蒙脱土的插层剥离和分散，最后挤出，牵引，冷却，造粒，其中，有机蒙脱土的制备方法为将浓度为1～8％的钠基蒙脱土悬浮水溶液于80℃搅拌滴加过量的5～10％的十六烷基三甲基氯化铵水溶液，保温1小时，抽滤，用水洗至无氯离子，干燥后加入到混合机中，以40～60转/分的转速慢速搅拌，同时缓缓喷入等量的乙烯基-R-甲氧基硅烷的5％乙醇溶液，其R为碳原子数3～12的烷基，于30～40℃慢速搅拌10～30分钟，冷却，下料，包装。
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