專利名稱：鈦酸酯偶聯劑改性的聚氯乙烯管材及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種改性聚氯乙烯新型高分子復合材料及制造方法，具體是一種鈦酸 酯偶聯劑改性的聚氯乙烯管材及制造方法。
背景技術：
眾所周知，聚氯乙烯管材的應用起始于上個世紀30年代，至今已有70余年的歷 史，是生產技術、實驗測試、標準化、設計與施工規范都相對成熟的產品。由于其具有良好的 性價比和優良的物理機械性能，它在工程上得到了廣泛的應用，至今仍然是使用量最大的 塑料管道，約占整個塑料管道市場60%的份額。中國聚氯乙烯管道的生產起步于20世紀50年代，但是80年代以前與國際上先進 水平相比，無論是標準體系，還是加工技術都有不小的差距。80年代以后開始引進國外先 進技術，逐步建立起聚氯乙烯管道系統的完整體系。在我國的各個塑料管道系統中，聚氯乙 烯管道系統是最早形成規模生產和大量應用的。目前聚氯乙烯管道系統已經普及到建筑給 水、建筑排水、埋地給水、埋地排水、護套管、工業和農業用管等各個領域。過去50年中，中國硬聚氯乙烯管道在城鎮農村供水、農業灌溉、化工等領域得到 了廣泛應用，受到了用戶的普遍認可。但由于材料本身的性能缺陷也出現了一系列的工程 事故。一方面，不規范的搬運與施工導致聚氯乙烯壓力管道在工程試水、管網運行過程 中出現低應力、短期開裂漏水現象。在不少用戶的印象中聚氯乙烯管材就是容易碎的脆性管道。另一方面，因為聚氯乙烯管道具有高模量、高強度且價格較低，一直是全世界應用 量最大的塑料管道系統，掩蓋了聚氯乙烯低韌性的缺點。韌性不足即脆性大，抗沖擊和抗開 裂性能就差，在受到外界大力沖擊時就容易發生脆性破壞。在實際應用過程中，特別是在地 質條件復雜的地區，墜落的石塊、溝底的亂石部可能造成聚氯乙烯管道的破損。因此保持聚氯乙烯管道原有的高強度、高模量的優良性能，改善其韌性不足的缺 點，提高其抗沖擊性和抗開裂性，是突破聚氯乙烯管道局限性的關鍵。聚氯乙烯管材性能改進方式，目前，國際上聚氯乙烯管道技術創新的主要方向是 通過材料和加工工藝的技術創新，制造出比傳統聚氯乙烯管道性能更好，兼有高強度和高 韌性的管道系統。主要方式有以下三種物理共混改性、化學共聚改性和雙軸取向改姓。由于聚氯乙烯分子結構中含有高達56%的氯，分子間作用力大，分子鏈剛硬，抗開 裂性、抗沖擊性差，特別是低溫下抗沖擊性差；因此，國內外無論是樹脂生產商還是管道制 造商、專業研究部門都做過大量的研究工作。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中的不足之處，結合鈦酸酯偶聯劑的優點，提供 了一種鈦酸酯偶聯劑改性的聚氯乙烯管材及其制造方法，它復合使用鈦酸酯偶聯劑、抗沖擊改性劑、阻燃劑、復合穩定劑，能有效解決聚氯乙烯的低溫脆性、阻燃性、熱穩定性、耐候 性、潤滑性等問題。 本發明是以如下技術方案實現的一種鈦酸酯偶聯劑改性的聚氯乙烯管材，配方 具體包括聚氯乙烯樹脂、穩定劑、鈦酸酯偶聯劑、潤滑劑、抗沖擊改性劑、阻燃劑和填料，各 原料的重量份為聚氯乙烯樹脂(SG-5)100份
穩定劑4-5份
抗沖擊改性劑6-8份
潤滑劑0. 8-1. 0 份
鈦酸酯偶聯劑1. 0-1. 5 份
阻燃劑3-5份
輕質碳酸鈣填料10-40 份
顏料適量。本發明中使用了聚氯乙烯樹脂，其原料豐富，被廣泛用于多種領域，是通用塑料的 一種。本發明使用的是聚合度為1000，SG-5型聚氯乙烯粉狀樹脂。本發明中使用了抗沖擊改性劑氯化聚乙烯(CPE)或者聚丙烯酸酯類(acrylics)， 改性劑在聚氯乙烯的母體內起橡膠一樣的作用，使材料有良好的韌性，從而提高管材的韌 性和減少對于切口的敏感性。本發明中使用了鈣鋅復合穩定劑或者有機錫穩定劑，有效解決了聚氯乙烯樹脂熱 穩定性差，抗老化性差的問題，而且使用這些穩定劑不會產生毒性。本發明中使用了無鹵復合阻燃劑，能覆蓋在聚合物表面隔絕氧和可燃物，受熱分 解成水蒸氣能稀釋氧氣和可燃氣體的濃度，達到對復合材料的阻燃。本發明中使用了鈦酸酯偶聯劑，鈦酸酯偶聯劑分子結構的最大特點是分子中含有 化學性質不同的兩個基團，一個是親無機物的基團，易與無機物表面起化學反應；另一個是 親有機物的基團，能與合成樹脂或其它聚合物發生化學反應或生成氫鍵溶于其中。用以改 善無機物與有機物之間的界面作用，加入鈦酸酯偶聯劑的制品各組分較均勻分布，組分之 間界面無縫隙，填料粒子被裹復得好，體系塑化得好，凝膠化程度高。鈦酸酯偶聯劑能提高 與聚合物之間的潤濕性能，增強與聚合物的粘結性，形成特殊的界面層，有緩和聚合物和阻 燃劑之間的殘余應力的作用，從而大大提高復合材料的性能，如物理性能、電性能、阻然性 能等。應用鈦酸酯偶聯劑在聚氯乙烯管材制造中，可以減少抗沖改性劑用量2Kg、增加填充 量IOKg降低成本，提高加工流動性，加快擠出速度，降低扭矩減少用電量，達到節能降耗。本發明鈦酸酯偶聯劑的聚氯乙烯管材的制造方法為將聚氯乙烯樹脂、穩定劑、 抗沖擊改性劑、潤滑劑、鈦酸酯偶聯劑、阻燃劑、輕質碳酸鈣填料和顏料按比例稱重后一 起加入高速熱混機攪拌，高速攪拌均勻至120°C，放入冷混機冷卻至40°C，將混合料加入 全自動一體化擠出機擠出真空定型、噴碼、切割、檢驗、包裝、入庫；擠出溫度是進料段 為180-200°C，壓縮段為170-180°C，塑化段為165-175°C，均化段為160-180°C，模具溫度 為190-210°C，冷卻水溫度15-20°C ；擠出真空度是主機真空為0. 6MPa，冷卻定型真空為 0.4MPa。得到的管材其性能為拉伸屈服壓力50MPa，絕緣電阻1.33Χ10"Ω，彎曲270°無裂紋，自熄時間1S，符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》。本發明與現有改性聚氯乙烯復合材料相比，具有優異的機械性能、阻燃性能、耐候 性能、絕緣性能和加工性能，光潔度好，性價比高，節能衛生環保。鈦酸酯偶聯劑的聚氯乙烯 管材可以用于給排水管材，排灌管材、電纜管材、電線套管等，可廣泛應用于市政、建筑、電 力、通信、工業、農業等領域。
具體實施例方式實施例1 配方為聚氯乙烯樹脂(SG-5) 100份，鈣鋅復合穩定劑5份，氯化聚乙烯8份，硬 脂酸1份，鈦酸酯偶聯劑1份，阻燃劑3份，輕質碳酸鈣30份，顏料適量，按上述制造方法生 產樣管。樣管經檢測，拉伸屈服應力50MPa，絕緣電阻1. 33Χ10"Ω，氧指數40%，自熄時間 IS,管材符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》。實施例2 配方為聚氯乙烯樹脂(SG-5) 100份，有機錫穩定劑3份，丙烯酸酯6份，硬脂酸 0. 8份，鈦酸酯偶聯劑1. 5份，阻燃劑5份，輕質碳酸鈣40份，顏料適量，按上述制造方法生 產樣管。樣管經檢測，拉伸屈服應力50MPa,絕緣電阻1. 4X1011 Ω，氧指數60%,自熄時間 1S，270°彎曲無裂紋，管材符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》。實施例3 配方為聚氯乙烯樹脂(SG-5) 100份，有機錫穩定劑3份，丙烯酸酯8份，潤滑劑 0. 8份，鈦酸酯偶聯劑1. 5份，阻燃劑5份，輕質碳酸鈣40份，顏料適量，按上述制造方法生 產樣管。樣管經檢測，拉伸屈服應力51MPa，絕緣電阻1. 38Χ10"Ω，氧指數62%，自熄時間 1S，270°彎曲無裂紋，管材符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》。實施例4 配方為聚氯乙烯樹脂(SG-5) 100份，鈣鋅復合穩定劑5份，氯化聚乙烯8份，氧化 聚乙烯蠟1份，鈦酸酯偶聯劑1份，阻燃劑3份，輕質碳酸鈣40份，顏料適量，按上述制造方 法生產樣管。樣管經檢測，拉伸屈服應力50MPa，絕緣電阻1.33Χ10"Ω，氧指數50%，自熄 時間1S，270°彎曲無裂紋，管材符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》。實施例5 配方為聚氯乙烯樹脂(SG-5) 100份，鈣鋅復合穩定劑4. 5份，氯化聚乙烯7份，氧 化聚乙烯蠟0. 8份，鈦酸酯偶聯劑1. 5份，阻燃劑5份，輕質碳酸鈣35份，顏料適量，按上述 制造方法生產樣管。樣管經檢測，拉伸屈服應力50MPa，絕緣電阻1. 4X IO11 Ω，氧指數60%， 自熄時間1S，270°彎曲無裂紋，管材符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評 價標準》。實施例6 配方為聚氯乙烯樹脂(SG-5) 100份，有機錫穩定劑3份，丙烯酸酯8份，氧化聚乙 烯蠟1. 0份，鈦酸酯偶聯劑1. 5份，阻燃劑3份，輕質碳酸鈣30份，顏料適量，按上述制造方 法生產樣管。樣管經檢測，拉伸屈服應力52MPa，絕緣電阻1.4Χ10"Ω，氧指數58%，自熄時 間1S，270°彎曲無裂紋，管材符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》。
權利要求
1. 一種鈦酸酯偶聯劑改性的聚氯乙烯管材，其特征在于它使用了鈦酸酯偶聯劑改性 聚氯乙烯復合材料，所述的復合材料的組分質量份為聚氯乙烯樹脂SG-5100份穩定劑4-5份抗沖擊改性劑6-8份潤滑劑0. 8-1. 0 份鈦酸酯偶聯劑1. 0-1. 5 份阻燃劑3-5份輕質碳酸鈣填料10-40 份顏料適量。
2.按權利要求1所述的鈦酸酯偶聯劑改性的聚氯乙烯管材，其特征在于所述的鈦酸酯 偶聯劑為單烷氧基型鈦酸酯偶聯劑。
3.按權利要求1所述的鈦酸酯偶聯劑改性的聚氯乙烯管材，其特征在于所述的聚氯乙 烯樹脂為SG-5型，其聚合度為1000。
4.按權利要求1所述的鈦酸酯偶聯劑改性的聚氯乙烯管材，其特征在于所述的穩定劑 為鈣鋅復合穩定劑、有機錫穩定劑中的一種。
5.按權利要求1所述的鈦酸酯偶聯劑改性的聚氯乙烯管材，其特征在于所述的抗沖擊 改性劑為丙烯酸酯抗沖改性劑、氯化聚乙烯、粉末丁晴橡膠中的一種。
6.按權利要求1所述的鈦酸酯偶聯劑改性的聚氯乙烯管材，其特征在于所述的潤滑劑 為硬脂酸或氧化聚乙烯蠟。
7.按權利要求1所述的鈦酸酯偶聯劑改性的聚氯乙烯管材，其特征在于所述的阻燃劑 為無鹵復合阻燃劑。
8.—種權利要求1所述的鈦酸酯偶聯劑改性的聚氯乙烯管材的制造方法，其特征在于 將聚氯乙烯樹脂、穩定劑、抗沖擊改性劑、潤滑劑、鈦酸酯偶聯劑、阻燃劑、輕質碳酸鈣填料、 顏料按權利要求1所述的比例稱重后一起加入高速熱混機攪拌，高速攪拌均勻至120°C，放 入冷混機冷卻至40°C得混合料，將混合料加入全自動一體化擠出機擠出真空定型、噴碼、切 割、檢驗、包裝、入庫。
9.根據權利要求8所述的鈦酸酯偶聯劑改性的聚氯乙烯管材的制造方法，其特征在 于擠出溫度是進料段為180-200°C，壓縮段為170-180°C，塑化段為165-175°C，均化段 為160-180°C，模具溫度為190-210°C，冷卻水溫度15_20°C ；擠出真空度是主機真空為 0. 6MPa，冷卻定型真空為0. 4MPa。
全文摘要
本發明公開了一種鈦酸酯偶聯劑改性的聚氯乙烯管材及其制造方法，屬改性聚氯乙烯新型高分子復合材料。使用了鈦酸酯偶聯劑改性聚氯乙烯復合材料，各組分質量份為聚氯乙烯樹脂SG-5100份、穩定劑4-5份、抗沖擊改性劑6-8份、潤滑劑0.8-1.0份、鈦酸酯偶聯劑1.0-1.5份、阻燃劑3-5份、輕質碳酸鈣填料10-40份、顏料適量。管材性能拉伸屈服壓力50MPa，絕緣電阻1.33×1011Ω，彎曲270°無裂紋，自熄時間1S，符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》。有益效果是具有優異的機械性能、阻燃性能、耐候性能、絕緣性能和加工性能，光潔度好，性價比高，節能衛生環保。
文檔編號F16L9/12GK102002198SQ20101053699
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月2日 優先權日2010年11月2日
發明者岳喜東, 程全山 申請人:徐州百安居建材科技有限公司