CN1702109A - 聚丙烯组合物和用该组合物生产改性聚丙烯管材的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚丙烯组合物，以及用该组合物生产供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材的方法。以重量份为单位，由聚丙烯50～100份，晶须10～50份，润滑剂0.5～5份，偶联剂0.5～10份组成造粒前的混合料，将混合料用高速混合机混匀，烘干后置于双螺杆机中挤出造粒形成组合粒料，在组合粒料中重新加入一定量的聚丙烯，重新加入的聚丙烯∶组合粒料＝1∶0.5～3，再次用高速混合机混匀，置于单螺杆机中，加热挤出管材，经真空定型、冷却和牵引，形成所需规格的管材。本发明的供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材，具有高刚度、高强度、高弹性模量、超强耐热等性能，特别适合输送热水、地热采暖等领域，不但可以提高耐热温度，而且还可以延长使用寿命。
Description
一.技术领域：本发明涉及一种聚丙烯组合物，特别是涉及一种供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，以及用该组合物生产供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材的方法。
二.背景技术：塑料管由于它具有耐腐蚀、寿命长、加工方便等诸多优点，在各行各业以及家庭中普遍使用，但是，在具有一定压力和温度的环境条件下，存在易损坏，刚性较低，安装、维护不方便，造价高等问题，所以聚丙烯管材应运而生。聚丙烯作为一种通用塑料，它具有加工性能优良、机械性能好、耐化学腐蚀性等特点， 在塑料中占有重要地位，但在制作工程部件时，强度、刚度和耐热性能远远不能满足要求，同时聚丙烯抗冲击性能差，成型收缩率大，特别是纤维增强时纵横比收缩不均匀等缺点，限制了聚丙烯在工程部件中的应用。镁盐晶须(M-HOS)是一种新型单晶纤维状刚性无机填料(晶须长径比为L/D≥30，粒径≤1μm)，具有较高的拉伸强度、耐热温度和阻燃性能，加入聚丙烯材料中可以增强改性聚丙烯材料，其增强机理类似于纤维增强，只要聚丙烯材料与晶须有较好的界面性能，晶须就能很好的传递应力、分散应力，起到填充骨架并增强性能的作用，可以提高强度，提高尺寸稳定性，提高弹性模量，明显改变提高热变形(耐热)温度，其原因在于晶须材料不但强度、弹性模量高，而且耐热性能也远高于聚丙烯材料的热分解温度，填加到聚丙烯中形成晶须增强骨架，这样在受热状态下，晶须材料完全可以限制聚丙烯高分子材料链段的大幅度蠕动，从而提高材料的热变形温度。
欧洲专利EO-A496625中公开了一种高结晶聚丙烯的复合材料，其通过填加30％的滑石粉来达到高刚度的目的，但是这样导致了材料的冲击强度降低，从而限制了材料的应用。日本专利JP昭56-149318和日本专利JP昭61-256920、JP平4-36092介绍了制备镁盐晶须的方法，中国专利CN1288860A公开了一种新型镁盐晶须的制备方法，但对其在高聚物上的应用，特别是在聚丙烯中的应用，均没有涉及。中国专利CN1532221A，申请号为03115922.2，发明名称为：“一种矿物/晶须增强聚丙烯组合物”中公开了一种聚丙烯组合物，它具有高刚度、高强度、抗冲击并且收缩率低，横向纵向收缩率均匀等特点；另外，中国专利CN1536012A，申请号为03116196.0，发明名称为：“一种镁盐晶须增强阻燃聚丙烯组合物”中公开了一种阻燃聚丙烯组合物，它具有高刚度、高强度、低烟、阻燃、尺寸稳定性好等特点，但对其在提高耐热温度、提高弹性模量功能上的应用，均未涉及。
三.发明内容：
本发明的目的是：提供一种供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，以及用该组合物生产具有高刚度、高强度、高弹性模量、超强耐热性能的供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材的方法。
本发明的技术方案是：一种供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，以重量份为单位，由聚丙烯50～100份，晶须10～50份，润滑剂0.5～5份，偶联剂0.5～10份组成混合料，将混合料混匀加温造粒后形成组合粒料，在造粒后的组合粒料中重新加入一定重量份的聚丙烯，重新加入的聚丙烯与组合粒料的重量份的比值为1∶0.5～3。
所述的供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，其造粒前的混合料中还含有着色剂0.1～3份。
所述的聚丙烯为均聚聚丙烯，或为共聚聚丙烯，聚丙烯的熔融指数为5～25g/10min，拉伸强度≥20Mpa。
所述的晶须为镁盐晶须，或为硅酸盐晶须，或为铝酸盐晶须，晶须长径比为L/D≥30，粒径≤1μm。
所述的润滑剂是在乙撑双脂肪酸酰胺EBS基础上引进极性基团，为TAS-2A，或为TAS-3A，或为TAS-1A，或为TAS-4A，或为KS-101A，所述的偶联剂为酞酸脂类偶联剂TO-4，或为铝酸脂类偶联剂JN-101，或为硅烷系列偶联剂KH-550。
一种生产供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材的方法，其具体步骤如下：
a.按配比称取造粒前的各组分原料组成混合料；
b.将混合料用高速混合机混合2～12分钟，混合过程中温度控制在65～120℃，然后出料，在90～120℃下烘干2～10小时；
c.将烘干后的混合料置于双螺杆机中挤出造粒形成组合粒料；
d.在造粒后的组合粒料中重新加入一定重量份的聚丙烯，重新加入的聚丙烯与组合粒料的重量份的比值为1∶0.5～3；
e.再次用高速混合机混合1～10分钟，然后出料，在100～120℃下烘干2～10小时；
f.将烘干后的混合料置于单螺杆机中，加热挤出管材；
g.管材真空定型、冷却；
h.牵引出所述的供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材。
所述的高速混合机混合时的转速为500～3000转/分。
所述的造粒，其粒度要求为粒径Φ1.5～4mm，长度1～5mm，造粒工艺温度为机头180～190℃，机身150～200℃，双螺杆机的双螺杆转速为40～100转/分。
所述的加热挤出管材，单螺杆机的螺杆长径比L/D＝28～33∶1，加热温度为机头195～205℃，机身160～205℃，单螺杆机的螺杆转速为40～100转/分，所述的管材定型，其真空度为-0.01～0.06Mpa，管材定型冷却的水温为5～40℃，所述的牵引速度为0.2～8m/min。
生产出来的管材规格为Φ20×2.8mm，或为Φ25×3.5mm，或为Φ32×4.4mm，或为Φ40×5.5mm，或为Φ50×6.9mm，或为Φ63×8.6mm，或为Φ75×10.3mm，或为Φ90×12.3mm，或为Φ110×15.1mm。
本发明的积极有益效果是：
1.由本发明的聚丙烯组合物所生产出来的供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材，管材的耐热温度可以提高10℃以上，耐压强度提高0.5～1.0Mpa，是一种比较理想的改性增强材料，可用于输送热水、地热采暖等领域。传统的塑料管材，由于使用温度对寿命的影响相当敏感，其使用温度每提高10℃，使用寿命约缩短2.5倍，因此，本发明的供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材，不但可以提高耐热温度，而且可以延长使用寿命，这是其它管材所不能比的。
2.由本发明的聚丙烯组合物所生产出来的供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材，采用聚丙烯作为基体树脂，通过采用晶须增强技术，解决了聚丙烯作为工程部件原料的刚度低、强度差、耐热性不高等问题，使材料的冲击强度大大提高，扩大了聚丙烯作为工程制件的应用领域，同时解决了聚丙烯制品尺寸不稳定，纵横比收缩不均匀的缺陷，并且提高了聚丙烯材料的耐热性能以及弹性模量。
3.由本发明的聚丙烯组合物所生产出来的供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材，采用镁盐晶须来增强骨架，可明显提高管材的热变形温度。镁盐晶须是一种新型单晶纤维状刚性无机填料，具有较高的拉伸强度、耐热温度和阻燃性能，加入聚丙烯材料中可以增强改性聚丙烯材料，其增强机理类似于纤维增强，只要聚丙烯材料与晶须有较好的界面性能，晶须就能很好的传递应力、分散应力，起到填充骨架并增强性能的作用，这样在受热状态下，晶须材料完全可以限制聚丙烯高分子材料链段的大幅度蠕动，从而提高材料的热变形温度。
4.本发明所述的供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材和市场上的聚丙烯管材的检测结果如下表：
| 检验项目 | 本发明的聚丙烯管材 | PP-035-扬子料 | PP-036-南韩晓星 |
| 热变形温度(℃) | 137.5 | 126.6 | 127.6 |
| 拉伸强度(Mpa) | 37.7 | 30.6 | 32.1 |
| 液压爆破(Mpa) | 7.75 | 7.4 | 8.1 |
| 冲击强度(KJ.m-2) | 190 | 100 | 105 |
| 弹性模量(GPa) | 2.5 | 1.6 | 1.8 |
上表是按冷热水聚丙烯管材GB/T18742.2-2002的检验标准进行检验所得到的检测结果，从表中可以看出：本发明的供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材相对于市场上销售的管材来说，可以明显提高耐热温度(维卡温度)，提高拉伸强度，提好弹性模量，具有很好的市场价值。
四.具体实施方式：
实施例一：一种聚丙烯组合物和用该组合物生产供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材的方法，以重量份为单位，称取熔融指数为10g/10min、拉伸强度≥20Mpa的均聚聚丙烯50份，长径比为L/D≥30、粒径≤1μm的镁盐晶须15份，润滑剂TAS-2A 1.5份，酞酸脂类偶联剂TO-4 2.5份，将上述各组分投入高速混合机中，在转速为500～3000转/分的情况下混合2～12分钟，混合过程中温度控制在65～120℃，然后出料，在90～120℃条件下烘干2～10小时；
将烘干后的混合料置于双螺杆机中，在转速为40～100转/分、双螺杆机机头温度为180～190℃，机身温度为150～200℃左右的条件下，挤出造粒形成组合粒料，其粒度要求为粒径Φ1.5～4mm，长度1～5mm；
在造粒后的组合粒料中，再加入69重量份的均聚聚丙烯，使均聚聚丙烯∶组合粒料的重量份之比为1∶1；
再次用高速混合机在转速为500～3000转/分的情况下混合1～10分钟，然后出料，在100～120℃条件下烘干2～10小时；
将烘干后的混合料置于单螺杆机中，加热挤出管材，单螺杆机的螺杆长径比L/D＝28～33∶1，加热温度为机头195～205℃，机身160～205℃，单螺杆机的螺杆转速为40～100转/分；
管材在真空度为-0.01～0.06Mpa的真空度下定型，然后冷却，冷却的水温为5～40℃，其规格为Φ20×2.8mm，或为Φ25×3.5mm，或为Φ32×4.4mm，或为Φ40×5.5mm，或为Φ50×6.9mm，或为Φ63×8.6mm，或为Φ75×10.3mm，或为Φ90×12.3mm，或为Φ110×15.1mm；
牵引出所述的供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材，牵引速度为0.2～8m/min。
实施例二：本实施例同实施例一的生产方法基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：一种供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，以重量份为单位，称取熔融指数为25g/10min、拉伸强度≥20Mpa的共聚聚丙烯100份，长径比为L/D≥30、粒径≤1μm的硅酸盐晶须50份，润滑剂TAS-3A 3份，硅烷系列偶联剂KH-550 5份，组成造粒前的混合料，混合料造粒后形成组合粒料，在造粒后的组合粒料中重新加入79份共聚聚丙烯，重新加入的共聚聚丙烯∶造粒后的组合粒料＝1∶2。
实施例三：本实施例同实施例一的生产方法基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：一种供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，以重量份为单位，称取熔融指数为5g/10min、拉伸强度≥20Mpa的均聚聚丙烯80份，长径比为L/D≥30、粒径≤1μm的铝酸盐晶须50份，润滑剂TAS-1A 5份，铝酸脂类偶联剂JN-101 7份，组成造粒前的混合料，混合料造粒后形成组合粒料，在造粒后的组合粒料中重新加入71份均聚聚丙烯，重新加入的均聚聚丙烯∶造粒后的组合粒料＝1∶2。
实施例四：本实施例同实施例一的生产方法基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：一种供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，以重量份为单位，称取熔融指数为20g/10min、拉伸强度≥20Mpa的共聚聚丙烯60份，长径比为L/D≥30、粒径≤1μm的镁盐晶须10份，润滑剂TAS-4A 0.5份，酞酸脂类偶联剂TO-4 0.5份，组成造粒前的混合料，混合料造粒后形成组合粒料，在造粒后的组合粒料中重新加入142份共聚聚丙烯，重新加入的共聚聚丙烯∶造粒后的组合粒料＝1∶0.5。
实施例五：本实施例同实施例一的生产方法基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：一种供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，以重量份为单位，称取熔融指数为15g/10min、拉伸强度≥20Mpa的共聚聚丙烯90份，长径比为L/D≥30、粒径≤1μm的硅酸盐晶须25份，润滑剂KS-101A 4份，硅烷系列偶联剂KH-550 7份，组成造粒前的混合料，混合料造粒后形成组合粒料，在造粒后的组合粒料中重新加入42份共聚聚丙烯，重新加入的共聚聚丙烯∶造粒后的组合粒料＝1∶3。
实施例六：本实施例同实施例一的生产方法基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：一种供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，以重量份为单位，称取熔融指数为13g/10min、拉伸强度≥20Mpa的均聚聚丙烯70份，长径比为L/D≥30、粒径≤1μm的铝酸盐晶须35份，润滑剂TAS-3A 3份，铝酸脂类偶联剂JN-101 5份，组成造粒前的混合料，混合料造粒后形成组合粒料，在造粒后的组合粒料中重新加入113份均聚聚丙烯，重新加入的均聚聚丙烯∶造粒后的组合粒料＝1∶1。
实施例七：一种聚丙烯组合物和用该组合物生产供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材的方法，以重量份为单位，称取熔融指数为10g/10min、拉伸强度≥20Mpa的均聚聚丙烯50份，长径比为L/D≥30、粒径≤1μm的镁盐晶须10份，润滑剂TAS-2A 0.5份，酞酸脂类偶联剂TO-4 0.5份，着色剂1份，将上述各组分投入高速混合机中，在转速为500～3000转/分的情况下混合2～12分钟，混合过程中温度控制在65～120℃，然后出料，在90～120℃条件下烘干2～10小时；
将烘干后的混合料置于双螺杆机中，在转速为40～100转/分、双螺杆机机头温度为180～190℃，机身温度为150～200℃左右的条件下，挤出造粒形成组合粒料，其粒度要求为粒径Φ1.5～4mm，长度1～5mm；
在造粒后的组合粒料中，再加入70重量份的均聚聚丙烯，使均聚聚丙烯∶组合粒料的重量份之比为1∶1；
再次用高速混合机在转速为500～3000转/分的情况下混合1～10分钟，然后出料，在100～120℃条件下烘干2～10小时；
将烘干后的混合料置于单螺杆机中，加热挤出管材，单螺杆机的螺杆长径比L/D＝28～33∶1，加热温度为机头195～205℃，机身160～205℃，单螺杆机的螺杆转速为40～100转/分；
管材在真空度为-0.01～0.06Mpa的真空度下定型，然后冷却，冷却的水温为5～40℃，其规格为Φ20×2.8mm，或为Φ25×3.5mm，或为Φ32×4.4mm，或为Φ40×5.5mm，或为Φ50×6.9mm，或为Φ63×8.6mm，或为Φ75×10.3mm，或为Φ90×12.3mm，或为Φ110×15.1mm；
牵引出所述的供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材，牵引速度为0.2～8m/min。
实施例八：本实施例同实施例七的生产方法基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：一种供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，以重量份为单位，称取熔融指数为25g/10min、拉伸强度≥20Mpa的共聚聚丙烯100份，长径比为L/D≥30、粒径≤1μm的硅酸盐晶须50份，润滑剂KS-101A 5份，硅烷系列偶联剂KH-550 10份，着色剂3份，组成造粒前的混合料，混合料造粒后形成组合粒料，在造粒后的组合粒料中重新加入56份共聚聚丙烯，重新加入的共聚聚丙烯∶造粒后的组合粒料＝1∶3。
实施例九：本实施例同实施例七的生产方法基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：一种供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，以重量份为单位，称取熔融指数为5g/10min、拉伸强度≥20Mpa的均聚聚丙烯60份，长径比为L/D≥30、粒径≤1μm的铝酸盐晶须30份，润滑剂TAS-1A 3份，铝酸脂类偶联剂JN-101 6份，着色剂2份，组成造粒前的混合料，混合料造粒后形成组合粒料，在造粒后的组合粒料中重新加入50.5份均聚聚丙烯，重新加入的均聚聚丙烯∶造粒后的组合粒料＝1∶2。
实施例十：本实施例同实施例七的生产方法基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：一种供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，以重量份为单位，称取熔融指数为22g/10min、拉伸强度≥20Mpa的共聚聚丙烯90份，长径比为L/D≥30、粒径≤1μm的镁盐晶须40份，润滑剂TAS-4A 4份，酞酸脂类偶联剂TO-4 8份，着色剂2.5份，组成造粒前的混合料，混合料造粒后形成组合粒料，在造粒后的组合粒料中重新加入96.3份共聚聚丙烯，重新加入的共聚聚丙烯∶造粒后的组合粒料＝1∶1.5。
实施例十一：本实施例同实施例七的生产方法基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：一种供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，以重量份为单位，称取熔融指数为25g/10min、拉伸强度≥20Mpa的均聚聚丙烯55份，长径比为L/D≥30、粒径≤1μm的硅酸盐晶须15份，润滑剂KS-101A 1份，硅烷系列偶联剂KH-550 2份，着色剂0.5份，组成造粒前的混合料，混合料造粒后形成组合粒料，在造粒后的组合粒料中重新加入147份均聚聚丙烯，重新加入的均聚聚丙烯∶造粒后的组合粒料＝1∶0.5。
实施例十二：本实施例同实施例七的生产方法基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：一种供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，以重量份为单位，称取熔融指数为5g/10min、拉伸强度≥20Mpa的共聚聚丙烯95份，长径比为L/D≥30、粒径≤1μm的铝酸盐晶须45份，润滑剂TAS-3A 4份，铝酸脂类偶联剂JN-101 7.5份，着色剂2.5份，组成造粒前的混合料，混合料造粒后形成组合粒料，在造粒后的组合粒料中重新加入61.6份共聚聚丙烯，重新加入的共聚聚丙烯∶造粒后的组合粒料＝1∶2.5。
Claims (10)
1.一种供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，其特征是：以重量份为单位，由聚丙烯50～100份，晶须10～50份，润滑剂0.5～5份，偶联剂0.5～10份组成混合料，将混合料混匀加温造粒后形成组合粒料，在造粒后的组合粒料中重新加入一定重量份的聚丙烯，重新加入的聚丙烯与组合粒料的重量份的比值为1∶0.5～3。
2.根据权利要求1所述的供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，其特征是：造粒前的混合料中还含有着色剂0.1～3份。
3.根据权利要求1所述的供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，其特征是：所述的聚丙烯为均聚聚丙烯，或为共聚聚丙烯，聚丙烯的熔融指数为5～25g/10min，拉伸强度≥20Mpa。
4.根据权利要求1所述的供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，其特征是：所述的晶须为镁盐晶须，或为硅酸盐晶须，或为铝酸盐晶须，晶须长径比为L/D≥30，粒径≤1μm。
5.根据权利要求1所述的供热采暖用晶须改性增强聚丙烯组合物，其特征是：所述的润滑剂是在乙撑双脂肪酸酰胺EBS基础上引进极性基团，为TAS-2A，或为TAS-3A，或为TAS-1A，或为TAS-4A，或为KS-101A，所述的偶联剂为酞酸脂类偶联剂TO-4，或为铝酸脂类偶联剂JN-101，或为硅烷系列偶联剂KH-550。
6.一种用权利要求1～5中任一权利要求所述的组合物来生产供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材的方法，其具体步骤如下：
a.按配比称取造粒前的各组分原料组成混合料；
b.将混合料用高速混合机混合2～12分钟，混合过程中温度控制在65～120℃，然后出料，在90～120℃下烘干2～10小时；
c.将烘干后的混合料置于双螺杆机中挤出造粒形成组合粒料；
d.在造粒后的组合粒料中重新加入一定重量份的聚丙烯，重新加入的聚丙烯与组合粒料的重量份的比值为1∶0.5～3；
e.再次用高速混合机混合1～10分钟，然后出料，在100～120℃下烘干2～10小时；
f.将烘干后的混合料置于单螺杆机中，加热挤出管材；
g.管材真空定型、冷却；
h.牵引出所述的供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材。
7.根据权利要求6所述的生产供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材的方法，其特征是：所述的高速混合机混合时的转速为500～3000转/分。
8.根据权利要求6所述的生产供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材的方法，其特征是：所述的造粒，其粒度要求为粒径Φ1.5～4mm，长度1～5mm，造粒工艺温度为机头180～190℃，机身150～200℃，双螺杆机的双螺杆转速为40～100转/分。
9.根据权利要求6所述的生产供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材的方法，其特征是：所述的加热挤出管材，单螺杆机的螺杆长径比L/D＝28～33∶1，加热温度为机头195～205℃，机身160～205℃，单螺杆机的螺杆转速为40～100转/分，所述的管材定型，其真空度为-0.01～0.06Mpa，管材定型冷却的水温为5～40℃，所述的牵引速度为0.2～8m/min。
10.根据权利要求6所述的生产供热采暖用晶须改性增强聚丙烯管材的方法，其特征是：生产出来的管材规格为Φ20×2.8mm，或为Φ25×3.5mm，或为Φ32×4.4mm，或为Φ40×5.5mm，或为Φ50×6.9mm，或为Φ63×8.6mm，或为Φ75×10.3mm，或为Φ90×12.3mm，或为Φ110×15.1mm。
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