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CN102002198A - 钛酸酯偶联剂改性的聚氯乙烯管材及其制造方法 - Google Patents

钛酸酯偶联剂改性的聚氯乙烯管材及其制造方法 Download PDF

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程全山
岳喜东
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Abstract

本发明公开了一种钛酸酯偶联剂改性的聚氯乙烯管材及其制造方法，属改性聚氯乙烯新型高分子复合材料。使用了钛酸酯偶联剂改性聚氯乙烯复合材料，各组分质量份为：聚氯乙烯树脂SG-5100份、稳定剂4-5份、抗冲击改性剂6-8份、润滑剂0.8-1.0份、钛酸酯偶联剂1.0-1.5份、阻燃剂3-5份、轻质碳酸钙填料10-40份、颜料适量。管材性能：拉伸屈服压力50MPa，绝缘电阻1.33×1011Ω，弯曲270°无裂纹，自熄时间1S，符合《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》。有益效果是具有优异的机械性能、阻燃性能、耐候性能、绝缘性能和加工性能，光洁度好，性价比高，节能卫生环保。

Description

钛酸酯偶联剂改性的聚氯乙烯管材及其制造方法 
技术领域
本发明涉及一种改性聚氯乙烯新型高分子复合材料及制造方法，具体是一种钛酸酯偶联剂改性的聚氯乙烯管材及制造方法。 
背景技术
众所周知，聚氯乙烯管材的应用起始于上个世纪30年代，至今已有70余年的历史，是生产技术、实验测试、标准化、设计与施工规范都相对成熟的产品。由于其具有良好的性价比和优良的物理机械性能，它在工程上得到了广泛的应用，至今仍然是使用量最大的塑料管道，约占整个塑料管道市场60％的份额。 
中国聚氯乙烯管道的生产起步于20世纪50年代，但是80年代以前与国际上先进水平相比，无论是标准体系，还是加工技术都有不小的差距。80年代以后开始引进国外先进技术，逐步建立起聚氯乙烯管道系统的完整体系。在我国的各个塑料管道系统中，聚氯乙烯管道系统是最早形成规模生产和大量应用的。目前聚氯乙烯管道系统已经普及到建筑给水、建筑排水、埋地给水、埋地排水、护套管、工业和农业用管等各个领域。 
过去50年中，中国硬聚氯乙烯管道在城镇农村供水、农业灌溉、化工等领域得到了广泛应用，受到了用户的普遍认可。但由于材料本身的性能缺陷也出现了一系列的工程事故。 
一方面，不规范的搬运与施工导致聚氯乙烯压力管道在工程试水、管网运行过程中出现低应力、短期开裂漏水现象。在不少用户的印象中聚氯乙烯管材就是容易碎的脆性管道。 
另一方面，因为聚氯乙烯管道具有高模量、高强度且价格较低，一直是全世界应用量最大的塑料管道系统，掩盖了聚氯乙烯低韧性的缺点。韧性不足即脆性大，抗冲击和抗开裂性能就差，在受到外界大力冲击时就容易发生脆性破坏。在实际应用过程中，特别是在地质条件复杂的地区，坠落的石块、沟底的乱石部可能造成聚氯乙烯管道的破损。 
因此保持聚氯乙烯管道原有的高强度、高模量的优良性能，改善其韧性不足的缺点，提高其抗冲击性和抗开裂性，是突破聚氯乙烯管道局限性的关键。 
聚氯乙烯管材性能改进方式，目前，国际上聚氯乙烯管道技术创新的主要方向是：通过材料和加工工艺的技术创新，制造出比传统聚氯乙烯管道性能更好，兼有高强度和高韧性的管道系统。主要方式有以下三种：物理共混改性、化学共聚改性和双轴取向改姓。 
由于聚氯乙烯分子结构中含有高达56％的氯，分子间作用力大，分子链刚硬，抗开裂性、抗冲击性差，特别是低温下抗冲击性差；因此，国内外无论是树脂生产商还是管道制造商、专业研究部门都做过大量的研究工作。 
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，结合钛酸酯偶联剂的优点，提供了一种钛酸酯偶联剂改性的聚氯乙烯管材及其制造方法，它复合使用钛酸酯偶联剂、抗冲击改性剂、阻燃剂、复合稳定剂，能有效解决聚氯乙烯的低温脆性、阻燃性、热稳定性、耐候性、润滑性等问题。 
本发明是以如下技术方案实现的：一种钛酸酯偶联剂改性的聚氯乙烯管材，配方具体包括聚氯乙烯树脂、稳定剂、钛酸酯偶联剂、润滑剂、抗冲击改性剂、阻燃剂和填料，各原料的重量份为： 
聚氯乙烯树脂(SG-5)  100份 
稳定剂              4-5份 
抗冲击改性剂        6-8份 
润滑剂              0.8-1.0份 
钛酸酯偶联剂        1.0-1.5份 
阻燃剂              3-5份 
轻质碳酸钙填料      10-40份 
颜料                适量。 
本发明中使用了聚氯乙烯树脂，其原料丰富，被广泛用于多种领域，是通用塑料的一种。本发明使用的是聚合度为1000，SG-5型聚氯乙烯粉状树脂。 
本发明中使用了抗冲击改性剂氯化聚乙烯(CPE)或者聚丙烯酸酯类(acrylics)，改性剂在聚氯乙烯的母体内起橡胶一样的作用，使材料有良好的韧性，从而提高管材的韧性和减少对于切口的敏感性。 
本发明中使用了钙锌复合稳定剂或者有机锡稳定剂，有效解决了聚氯乙烯树脂热稳定性差，抗老化性差的问题，而且使用这些稳定剂不会产生毒性。 
本发明中使用了无卤复合阻燃剂，能覆盖在聚合物表面隔绝氧和可燃物，受热分解成水蒸气能稀释氧气和可燃气体的浓度，达到对复合材料的阻燃。 
本发明中使用了钛酸酯偶联剂，钛酸酯偶联剂分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。用以改善无机物与有机物之间的界面作用，加入钛酸酯偶联剂的制品各组分较均匀分布，组分之间界面无缝隙，填料粒子被裹复得好，体系塑化得好，凝胶化程度高。钛酸酯偶联剂能提高与聚合物之间的润湿性能，增强与聚合物的粘结性，形成特殊的界面层，有缓和聚合物和阻燃剂之间的残余应力的作用，从而大大提高复合材料的性能，如物理性能、电性能、阻然性能等。应用钛酸酯偶联剂在聚氯乙烯管材制造中，可以减少抗冲改性剂用量2Kg、增加填充量10Kg降低成本，提高加工流动性，加快挤出速度，降低扭矩减少用电量，达到节能降耗。 
本发明钛酸酯偶联剂的聚氯乙烯管材的制造方法为：将聚氯乙烯树脂、稳定剂、抗冲击改性剂、润滑剂、钛酸酯偶联剂、阻燃剂、轻质碳酸钙填料和颜料按比例称重后一起加入高速热混机搅拌，高速搅拌均匀至120℃，放入冷混机冷却至40℃，将混合料加入全自动一体化挤出机挤出真空定型、喷码、切割、检验、包装、入库；挤出温度是：进料段为180-200℃，压缩段为170-180℃，塑化段为165-175℃，均化段为160-180℃，模具温度为190-210℃，冷却水温度15-20℃；挤出真空度是：主机真空为0.6MPa，冷却定型真空为0.4MPa。 
得到的管材其性能为：拉伸屈服压力50MPa，绝缘电阻1.33×1011Ω，弯曲270°无裂纹，自熄时间1S，符合《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》。 
本发明与现有改性聚氯乙烯复合材料相比，具有优异的机械性能、阻燃性能、耐候性能、绝缘性能和加工性能，光洁度好，性价比高，节能卫生环保。钛酸酯偶联剂的聚氯乙烯管材可以用于给排水管材，排灌管材、电缆管材、电线套管等，可广泛应用于市政、建筑、电力、通信、工业、农业等领域。 
具体实施方式
实施例1： 
配方为：聚氯乙烯树脂(SG-5)100份，钙锌复合稳定剂5份，氯化聚乙烯8份，硬脂酸1份，钛酸酯偶联剂1份，阻燃剂3份，轻质碳酸钙30份，颜料适量，按上述制造方法生产样管。样管经检测，拉伸屈服应力50MPa，绝缘电阻1.33×1011Ω，氧指数40％，自熄时间1S，管材符合《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》。 
实施例2： 
配方为：聚氯乙烯树脂(SG-5)100份，有机锡稳定剂3份，丙烯酸酯6份，硬脂酸0.8份，钛酸酯偶联剂1.5份，阻燃剂5份，轻质碳酸钙40份，颜料适量，按上述制造方法生产样管。样管经检测，拉伸屈服应力50MPa，绝缘电阻1.4×1011Ω，氧指数60％，自熄时间1S，270°弯曲无裂纹，管材符合《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》。 
实施例3： 
配方为：聚氯乙烯树脂(SG-5)100份，有机锡稳定剂3份，丙烯酸酯8份，润滑剂0.8份，钛酸酯偶联剂1.5份，阻燃剂5份，轻质碳酸钙40份，颜料适量，按上述制造方法生产样管。样管经检测，拉伸屈服应力51MPa，绝缘电阻1.38×1011Ω，氧指数62％，自熄时间1S，270°弯曲无裂纹，管材符合《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》。 
实施例4： 
配方为：聚氯乙烯树脂(SG-5)100份，钙锌复合稳定剂5份，氯化聚乙烯8份，氧化聚乙烯蜡1份，钛酸酯偶联剂1份，阻燃剂3份，轻质碳酸钙40份，颜料适量，按上述制造方法生产样管。样管经检测，拉伸屈服应力50MPa，绝缘电阻1.33×1011Ω，氧指数50％，自熄时间1S，270°弯曲无裂纹，管材符合《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》。 
实施例5： 
配方为：聚氯乙烯树脂(SG-5)100份，钙锌复合稳定剂4.5份，氯化聚乙烯7份，氧化聚乙烯蜡0.8份，钛酸酯偶联剂1.5份，阻燃剂5份，轻质碳酸钙 35份，颜料适量，按上述制造方法生产样管。样管经检测，拉伸屈服应力50MPa，绝缘电阻1.4×1011Ω，氧指数60％，自熄时间1S，270°弯曲无裂纹，管材符合《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》。 
实施例6： 
配方为：聚氯乙烯树脂(SG-5)100份，有机锡稳定剂3份，丙烯酸酯8份，氧化聚乙烯蜡1.0份，钛酸酯偶联剂1.5份，阻燃剂3份，轻质碳酸钙30份，颜料适量，按上述制造方法生产样管。样管经检测，拉伸屈服应力52MPa，绝缘电阻1.4×1011Ω，氧指数58％，自熄时间1S，270°弯曲无裂纹，管材符合《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》。 

Claims (9)

1.一种钛酸酯偶联剂改性的聚氯乙烯管材，其特征在于：它使用了钛酸酯偶联剂改性聚氯乙烯复合材料，所述的复合材料的组分质量份为：
聚氯乙烯树脂SG-5        100份
稳定剂                  4-5份
抗冲击改性剂            6-8份
润滑剂                  0.8-1.0份
钛酸酯偶联剂            1.0-1.5份
阻燃剂                  3-5份
轻质碳酸钙填料          10-40份
颜料                    适量。
2.按权利要求1所述的钛酸酯偶联剂改性的聚氯乙烯管材，其特征在于所述的钛酸酯偶联剂为单烷氧基型钛酸酯偶联剂。
3.按权利要求1所述的钛酸酯偶联剂改性的聚氯乙烯管材，其特征在于所述的聚氯乙烯树脂为SG-5型，其聚合度为1000。
4.按权利要求1所述的钛酸酯偶联剂改性的聚氯乙烯管材，其特征在于所述的稳定剂为钙锌复合稳定剂、有机锡稳定剂中的一种。
5.按权利要求1所述的钛酸酯偶联剂改性的聚氯乙烯管材，其特征在于所述的抗冲击改性剂为丙烯酸酯抗冲改性剂、氯化聚乙烯、粉末丁晴橡胶中的一种。
6.按权利要求1所述的钛酸酯偶联剂改性的聚氯乙烯管材，其特征在于所述的润滑剂为硬脂酸或氧化聚乙烯蜡。
7.按权利要求1所述的钛酸酯偶联剂改性的聚氯乙烯管材，其特征在于所述的阻燃剂为无卤复合阻燃剂。
8.一种权利要求1所述的钛酸酯偶联剂改性的聚氯乙烯管材的制造方法，其特征在于将聚氯乙烯树脂、稳定剂、抗冲击改性剂、润滑剂、钛酸酯偶联剂、阻燃剂、轻质碳酸钙填料、颜料按权利要求1所述的比例称重后一起加入高速热混机搅拌，高速搅拌均匀至120℃，放入冷混机冷却至40℃得混合料，将混合料加入全自动一体化挤出机挤出真空定型、喷码、切割、检验、包装、入库。
9.根据权利要求8所述的钛酸酯偶联剂改性的聚氯乙烯管材的制造方法，其特征在于挤出温度是：进料段为180-200℃，压缩段为170-180℃，塑化段为165-175℃，均化段为160-180℃，模具温度为190-210℃，冷却水温度15-20℃；挤出真空度是：主机真空为0.6MPa，冷却定型真空为0.4MPa。
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