一種增韌改性pvc塑料管材及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種增韌改性PVC塑料管材及其制備方法，制備增韌改性PVC塑料管材的原料及其重量份為：聚氯乙烯樹脂100份，高順式順丁橡膠15份～35份，偶聯劑0.5份～1.5份，無機填料0.2份～0.6份；采用擠出成型或注塑成型制備工藝得到增韌改性PVC塑料管材。本發明通過分子結構設計方法，以高順式順丁橡膠作為增韌材料，均勻添加到PVC樹脂中，從而改善聚氯乙烯塑料管材的低溫脆性，增強其機械強度和耐熱性能。
【專利說明】
一種増韌改性PVC塑料管材及其制備方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及高分子化合物的組合物領域，具體涉及一種增韌改性PVC塑料管材及 其制備方法。
【背景技術】
[0002] 塑料管材具有質量輕、強度高、制造方法簡單、經濟成本低廉、加工使用便捷、耐腐 蝕、壽命長等優點，逐漸逐漸取代金屬、水泥等管材，成為城市建設、農村水網鋪設、電氣傳 輸等領域的主要應用管材。作為化工新材料領域中的一個重要組成部分，改性塑料管材的 研發已成為重點發展的科技領域之一。
[0003] 聚氯乙烯(PVC)塑料管材是眾多塑料管材中使用尤為廣泛的一種重要高分子材 料。聚氯乙烯塑料管材具有阻燃效果好、耐酸堿性強、結構強度高、電絕緣性好等優秀的理 化性能。但由于PVC樹脂材料本身屬于一種極性難結晶高聚物，支化度較小，相對密度低， 1.4左右，玻璃化溫度介于77°C~90°C之間，而加熱到170°C左右時，PVC材料即開始分解。因 此單獨使用PVC樹脂制備的塑料管材耐熱性能差、機械加工難度大，必須對聚氯乙烯塑料管 材進彳丁相應改性，從而提尚其實用性能。
[0004] 順丁橡膠(BR)，又名順式-1，4-聚丁二烯橡膠，是一種無色或淺色的彈性體，按順 式含量可以分為高順式BR、中順式BR和低順式BR三種。目前以高順式BR產量最多，主要應用 于輪胎、制鞋等領域。高順式BR具有優秀的彈性性能、耐磨性性能和抗動態斷裂性能。此外， 由于高順式BR的玻璃化溫度達到了-105Γ，因此高順式BR的耐低溫沖擊性能也十分理想。
[0005] 通過分子結構設計方法，以順丁橡膠作為增韌材料，均勻添加到PVC樹脂中，從而 改善聚氯乙烯塑料管材的低溫脆性，增進其機械強度和耐熱性能，是一條提高聚氯乙烯塑 料管材使用性能的可行方法。
[0006] 中國專利CN201210220806.2公開了一種納米級增強增韌的PVC-Μ管材。所述PVC-M 管材中含有一種納米增強材料。但是由于該專利使用納米材料作為增強材料，納米顆粒容 易成為形核中心，影響PVC管材的結晶程度和反應完全程度，容易導致PVC管材的理化性能 存在各向性差異。
[0007] 中國專利CN201410521590.2公開了一種增強增韌的PVC管材及其制備方法，所述 的增強增韌的PVC管材，由以下重量份數的原料組成:PVC樹脂100份、鈣鋅復合穩定劑2-4 份、PE蠟0.25-0.4份、硬脂酸0.2-0.3份、輕質碳酸鈣8-9份、鈦白粉1-2份、MBS6-8份、加工助 劑0.8-1.2份、AC-316A 0.3-0.4份，所述MBS為LB-156抗沖改性劑。但是該專利對PVC管材分 子結構骨架的改性程度有限，PVC管材的強化效果容易受到加工環境及方法的制約和影響。
[0008] 因此需要對聚氯乙烯塑料管材的配方和生產工藝進行優化和改性，制備出具有強 韌、環保、耐低溫特性的增韌改性聚氯乙烯塑料管材。

【發明內容】

[0009] 本發明針對上述問題，提供一種增韌改性PVC塑料管材及其制備方法，通過分子結 構設計方法，以高順式順丁橡膠作為增韌材料，均勻添加到PVC樹脂中，從而改善聚氯乙烯 塑料管材的低溫脆性，增強其機械強度和耐熱性能。
[0010] 本發明解決上述問題所采用的技術方案是：
[0011] -種增韌改性PVC塑料管材，制備增韌改性PVC塑料管材的原料及其重量份為：聚 氯乙烯樹脂100份，高順式順丁橡膠15份~35份，偶聯劑0.5份~1.5份，無機填料0.2份~ 0.6 份；
[0012] 其中聚氯乙稀樹脂的分子量為：60000~120000 ;尚順式順丁橡膠的分子量為： 45000~90000;偶聯劑為:鈦酸酯偶聯劑;無機填料的粒度為:0. Ιμπι~0.5μπι。
[0013] 其中高順式順丁橡膠作為彈性體以顆粒狀均勻分散在聚氯乙烯基體中，形變時形 成應力集中體，能夠促使周圍聚氯乙烯基體發生脆-韌轉變，誘發聚氯乙烯基體產生大量的 剪切紋和銀紋，吸收大量變形能，從而使聚氯乙烯材料的抗沖擊性能大幅度提高，高順式順 丁橡膠又可終止銀紋和剪切帶的發展，使其發展成破壞性的裂紋，剪切帶也可阻滯、轉向并 終止銀紋或已存在的小裂紋的發展，提高材料的韌性。
[0014] 進一步地，無機填料為:硅酸鹽或磷酸鹽。
[0015] 更進一步地，硅酸鹽優選為：ZrSi〇4或Y2Si2〇7。
[0016] 更進一步地，磷酸鹽優選為:Ca3(P〇4)2、K3P〇4、AlP〇4中的任一種。
[0017] 本發明的另一發明目的，在于提供一種上述增韌改性PVC塑料管材的制備工藝，采 用擠出成型或注塑成型得到增韌改性PVC塑料管材。
[0018] 進一步地，擠出成型，包括以下步驟：
[0019] 步驟S01，將所述重量份的聚氯乙烯樹脂投入混煉機中，加熱至45°C~50°C，在轉 速為60r/min~80r/min的條件下混煉lh~3h;
[0020] 步驟S02,將所述重量份的高順式順丁橡膠也投入混煉機中，在溫度為50°C~55 °C，轉速為200r/min~350r/min的條件下混煉2h~4h;
[0021 ] 步驟S03,降低混煉機轉速至60r/min~80r/min，將所述重量份的偶聯劑和無機填 料投入混煉機中，提高轉速至350r/min~600r/min，混煉熔融1.5h~3h，得到混合均勻的熔 融態原料；
[0022]步驟S04,將混合均勻的熔融態原料轉移至螺桿擠出機的料斗，降溫至40°C~45°C 出料，熔體在機頭口模處成型后成連續體被螺桿擠至機外，經冷卻凝固，即得所制增韌改性 PVC塑料管材。
[0023] 更進一步地，步驟S04中，螺桿擠出機輸送區溫度為125°C~135°C，塑化區溫度為 150 °C~168 °C，輸送段溫度為145 °C~160 °C。
[0024] 進一步地，注塑成型，包括以下步驟：
[0025]步驟Y01，將所述重量份的聚氯乙烯樹脂，高順式順丁橡膠，偶聯劑，無機填料混合 后，在轉速為200r/min~500r/min的條件下攪拌2h~5h，得到均勾物料；
[0026]步驟Y02，將均勻物料經捏合、擠出造粒，得到預料；
[0027] 步驟Y03，將預料經柱塞式螺桿施壓，使預料在0.1 MPa~0.3MPa的壓力下快速注入 45 °C~50 °C的模具內，控制料筒溫度為140 °C~168 °C，噴嘴溫度為136 °C~165 °C，擠出物料 經保壓處理5min~lOmin，然后經冷卻，即得所制增韌改性PVC塑料管材。
[0028] 更進一步地，步驟Y02中，造粒的粒度為Ιμπι~4μηι。
[0029] 更進一步地，步驟Y03中，冷卻后，還包括對塑料管材進行退火處理的步驟。
[0030]本發明的優點是：
[0031] 1.本發明采用高順式順丁橡膠增韌聚氯乙烯，由于高順式順丁橡膠的極性與聚氯 乙烯不同，因此兩者不完全相容，容易造成大量應力集中場，誘發基體產生大量的剪切紋和 銀紋，從而大大提高制備得到的改性聚氯乙烯塑料管材的抗沖擊性能；
[0032] 2.本發明采用高順式順丁橡膠增韌聚氯乙烯，由于高順式順丁橡膠的玻璃化轉變 溫度很低，為_l〇5°C，因此增韌時高順式順丁橡膠處于彈性態，增韌效果良好，使制備得到 的改性聚氯乙烯塑料管材的低溫脆性有大幅改善效果；
[0033] 3.本發明采用鈦酸酯作為偶聯劑，能夠從分子結構角度將PVC樹脂和順丁橡膠進 行穩定可靠交聯，從基礎層面優化了聚氯乙烯塑料管材的結構，全面提高了聚氯乙烯塑料 管材的彈塑性、韌性和耐溫性能。
【具體實施方式】
[0034] 以下對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的 多種不同方式實施。
[0035] 實施例1
[0036] -種增韌改性PVC塑料管材，制備增韌改性PVC塑料管材的原料及其重量份為：聚 氯乙烯樹脂100份，高順式順丁橡膠15份，偶聯劑0.5份，無機填料0.2份;其中聚氯乙烯樹脂 的分子量為:60000;高順式順丁橡膠的分子量為:45000;偶聯劑為:鈦酸酯偶聯劑;無機填 料為粒度為〇. lwn的娃酸鹽。其中娃酸鹽為ZrSi〇4。
[0037] 實施例2
[0038] -種增韌改性PVC塑料管材，制備增韌改性PVC塑料管材的原料及其重量份為：聚 氯乙烯樹脂100份，高順式順丁橡膠35份，偶聯劑1.5份，無機填料0.6份;其中聚氯乙烯樹脂 的分子量為：120000;高順式順丁橡膠的分子量為:90000;偶聯劑為:鈦酸酯偶聯劑;無機填 料為粒度為〇.5μηι的磷酸鹽。其中磷酸鹽為Ca3(P〇4)2。
[0039] 實施例3
[0040] -種增韌改性PVC塑料管材，制備增韌改性PVC塑料管材的原料及其重量份為：聚 氯乙烯樹脂100份，高順式順丁橡膠25份，偶聯劑1.0份，無機填料0.4份;其中聚氯乙烯樹脂 的分子量為:90000;高順式順丁橡膠的分子量為:68000;偶聯劑為:鈦酸酯偶聯劑;無機填 料為粒度為〇. 3μηι的磷酸鹽。其中磷酸鹽為A1P04。
[0041 ] 實施例4
[0042] -種增韌改性PVC塑料管材的制備工藝，采用擠出成型得到增韌改性PVC塑料管 材，包括以下步驟：
[0043]步驟S01，將所述重量份的聚氯乙烯樹脂投入混煉機中，加熱至45°C，在轉速為 60r/min的條件下混煉lh;
[0044] 步驟S02,將所述重量份的高順式順丁橡膠也投入混煉機中，在溫度為50°C，轉速 為200r/min的條件下混煉2h;
[0045] 步驟S03,降低混煉機轉速至60r/min，將所述重量份的偶聯劑和無機填料投入混 煉機中，提高轉速至350r/min，混煉熔融1.5h，得到混合均勻的熔融態原料；
[0046] 步驟S04,將混合均勻的熔融態原料轉移至螺桿擠出機的料斗，降溫至40°C出料， 熔體在機頭口模處成型后成連續體被螺桿擠至機外，經水浸式冷卻凝固，冷卻至40°C，即得 所制增韌改性PVC塑料管材。其中工作狀態下螺桿擠出機輸送區溫度為125°C，塑化區溫度 為150°C，輸送段溫度為145°C，擠出速度為10m/min。
[0047] 實施例5
[0048] -種增韌改性PVC塑料管材的制備工藝，采用擠出成型得到增韌改性PVC塑料管 材，包括以下步驟：
[0049]步驟SOI，將所述重量份的聚氯乙烯樹脂投入混煉機中，加熱至50°C，在轉速為 80r/min的條件下混煉3h;
[0050] 步驟S02,將所述重量份的高順式順丁橡膠也投入混煉機中，在溫度為55 °C，轉速 為3 50r/m i η的條件下混煉4h;
[0051] 步驟S03,降低混煉機轉速至80r/min，將所述重量份的偶聯劑和無機填料投入混 煉機中，提高轉速至600r/min，混煉熔融3h，得到混合均勻的熔融態原料；
[0052]步驟S04,將混合均勻的熔融態原料轉移至螺桿擠出機的料斗，降溫至45°C出料， 熔體在機頭口模處成型后成連續體被螺桿擠至機外，經噴灑式冷卻凝固，冷卻至25°C，即得 所制增韌改性PVC塑料管材。其中工作狀態下螺桿擠出機輸送區溫度為135°C，塑化區溫度 為168°C，輸送段溫度為160°C，擠出速度為15m/min。
[0053] 實施例6
[0054] 一種增韌改性PVC塑料管材的制備工藝，采用擠出成型得到增韌改性PVC塑料管 材，包括以下步驟：
[0055]步驟S01，將所述重量份的聚氯乙烯樹脂投入混煉機中，加熱至47°C，在轉速為 70r/m i η的條件下混煉2h;
[0056] 步驟S02,將所述重量份的高順式順丁橡膠也投入混煉機中，在溫度為53 °C，轉速 為270r/min的條件下混煉3h;
[0057] 步驟S03,降低混煉機轉速至70r/min，將所述重量份的偶聯劑和無機填料投入混 煉機中，提高轉速至450r/min，混煉熔融2.2h，得到混合均勻的熔融態原料；
[0058]步驟S04,將混合均勻的熔融態原料轉移至螺桿擠出機的料斗，降溫至42°C出料， 熔體在機頭口模處成型后成連續體被螺桿擠至機外，經噴灑式冷卻凝固，冷卻至35°C，即得 所制增韌改性PVC塑料管材。其中工作狀態下螺桿擠出機輸送區溫度為130°C，塑化區溫度 為160°C，輸送段溫度為153°C，擠出速度為12m/min。
[0059] 實施例7
[0060] 一種增韌改性PVC塑料管材的制備工藝，采用注塑成型得到增韌改性PVC塑料管 材，包括以下步驟：
[0061]步驟Y01，將所述重量份的聚氯乙烯樹脂，高順式順丁橡膠，偶聯劑，無機填料混合 后，在轉速為200r/min的條件下攪拌2h，得到均勻物料；
[0062]步驟Y02，將均勻物料經捏合、擠出造粒，粒度為Ιμπι，得到預料；
[0063]步驟Υ03，將預料經柱塞式螺桿施壓，使預料在0.1 MPa的壓力下快速注入45°C的模 具內，控制料筒溫度為140°C，噴嘴溫度為136°C，擠出物料經保壓處理5min，然后經冷卻、退 火處理，即得所制增韌改性PVC塑料管材。
[0064] 實施例8
[0065] -種增韌改性PVC塑料管材的制備工藝，采用注塑成型得到增韌改性PVC塑料管 材，包括以下步驟：
[0066]步驟Y01，將所述重量份的聚氯乙烯樹脂，高順式順丁橡膠，偶聯劑，無機填料混合 后，在轉速為500r/min的條件下攪拌5h，得到均勾物料；
[0067]步驟Y02，將均勻物料經捏合、擠出造粒，粒度為4μπι，得到預料；
[0068]步驟Υ03，將預料經柱塞式螺桿施壓，使預料在0.3MPa的壓力下快速注入50 °C的模 具內，控制料筒溫度為168°C，噴嘴溫度為165°C，擠出物料經保壓處理lOmin，然后經冷卻、 退火處理，即得所制增韌改性PVC塑料管材。
[0069] 實施例9
[0070] -種增韌改性PVC塑料管材的制備工藝，采用注塑成型得到增韌改性PVC塑料管 材，包括以下步驟：
[0071] 步驟Y01，將所述重量份的聚氯乙烯樹脂，高順式順丁橡膠，偶聯劑，無機填料混合 后，在轉速為350r/min的條件下攪拌3.5h，得到均勻物料；
[0072]步驟Y02，將均勻物料經捏合、擠出造粒，粒度為2.5μπι，得到預料；
[0073]步驟Υ03，將預料經柱塞式螺桿施壓，使預料在0.2MPa的壓力下快速注入47 °C的模 具內，控制料筒溫度為154°C，噴嘴溫度為150°C，擠出物料經保壓處理8min，然后經冷卻、退 火處理，即得所制增韌改性PVC塑料管材。
[0074] 實驗例1
[0075] 對實施例1~9所制的增韌改性PVC塑料管材的抗沖擊性能、彈塑性、韌性、熱穩定 性和耐低溫性能進行測試，測試結果如表1所示。
[0076] 其中抗沖擊性能根據GB/T15142-2001測試。其中彈塑性根據IS0527-2測試。
[0077]其中熱穩定性采用差熱分析法，測試塑料管材樣品在210°C的高溫氧氣中的加速 老化，以氧化誘導期(〇IT)(min)為指標。
[0078]其中耐低溫性能根據GB5470-2008測試塑料管材的脆化溫度。
[0079]表1增韌改性PVC塑料管材的性能測試結果
[0080]
[0081]以上僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人 員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、 等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種增韌改性PVC塑料管材，其特征在于，制備所述增韌改性PVC塑料管材的原料及 其重量份為:聚氯乙烯樹脂100份，高順式順丁橡膠15份~35份，偶聯劑0.5份~1.5份，無機 填料0.2份~0.6份； 其中所述聚氯乙烯樹脂的分子量為:60000~120000;所述高順式順丁橡膠的分子量 為:45000~90000;所述偶聯劑為:鈦酸酯偶聯劑;所述無機填料的粒度為:0. Ιμπι~0.5μπι。2. 根據權利要求1所述的增韌改性PVC塑料管材，其特征在于，所述無機填料為:硅酸鹽 或磷酸鹽。3. 根據權利要求2所述的增韌改性PVC塑料管材，其特征在于，所述硅酸鹽優選為： ZrSi〇4 或 Y2Si2〇7。4. 根據權利要求2所述的增韌改性PVC塑料管材，其特征在于，所述磷酸鹽優選為:Ca3 (Ρ〇4)2、Κ3Ρ〇4、Α1Ρ〇4 中的任一種。5. -種如權利要求1~4中任一項所述的增韌改性PVC塑料管材的制備工藝，其特征在 于，采用擠出成型或注塑成型得到增韌改性PVC塑料管材。6. 根據權利要求5所述的制備工藝，其特征在于，所述擠出成型，包括以下步驟： 步驟S01，將所述重量份的聚氯乙烯樹脂投入混煉機中，加熱至45°C~50°C，在轉速為 60r/min~80r/min的條件下混煉lh~3h; 步驟S02,將所述重量份的高順式順丁橡膠也投入混煉機中，在溫度為50°C~55°C，轉 速為200r/min~350r/min的條件下混煉2h~4h; 步驟S03,降低混煉機轉速至60r/min~80r/min，將所述重量份的偶聯劑和無機填料投 入混煉機中，提高轉速至350r/min~600r/min，混煉熔融1.5h~3h，得到混合均勻的熔融態 原料； 步驟S04,將混合均勻的熔融態原料轉移至螺桿擠出機的料斗，降溫至40 °C~45°C出 料，熔體在機頭口模處成型后成連續體被螺桿擠至機外，經冷卻凝固，即得所制增韌改性 PVC塑料管材。 擠出速度為l〇m/min~15m/min，冷卻凝固：水浸式冷卻或者噴灑式冷卻，冷卻至40°C以 下，平擠垂拉法，平擠平拉法。7. 根據權利要求6所述的制備工藝，其特征在于，步驟S04中，所述螺桿擠出機輸送區溫 度為125°C~135°C，塑化區溫度為150 °C~168 °C，輸送段溫度為145 °C~160 °C。8. 根據權利要求5所述的制備工藝，其特征在于，所述注塑成型，包括以下步驟： 步驟Y01，將所述重量份的聚氯乙烯樹脂，高順式順丁橡膠，偶聯劑，無機填料混合后， 在轉速為200r/min~500r/min的條件下攪拌2h~5h，得到均勾物料； 步驟Y02，將均勻物料經捏合、擠出造粒，得到預料； 步驟Y03，將預料經柱塞式螺桿施壓，使預料在0.1 MPa~0.3MPa的壓力下快速注入45°C ~50°C的模具內，控制料筒溫度為140°C~168°C，噴嘴溫度為136°C~165°C，擠出物料經保 壓處理5min~lOmin，然后經冷卻，即得所制增韌改性PVC塑料管材。9. 根據權利要求8所述的制備工藝，其特征在于，步驟Y02中，所述造粒的粒度為Ιμπι~4 μηι〇10. 根據權利要求8所述的制備工藝，其特征在于，步驟Υ03中，冷卻后，還包括對塑料管 材進行退火處理的步驟。
【文檔編號】C08L27/06GK105837996SQ201610423461
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月15日
【發明人】潘海云
【申請人】潘海云