一种防老化PE给水管的生产工艺的制作方法

一种防老化pe给水管的生产工艺
技术领域
1.本发明属于pe给水管技术领域，具体地，涉及一种防老化pe给水管的生产工艺。


背景技术：

2.给水管作为供水管道，其性能的好坏直接关乎到水质的好坏。例如，传统的镀锌管易生锈、易腐蚀、易结垢，容易滋生微生物，产生二次污染，威胁人体健康。塑料给水管不易生锈，抗渗漏、抗爆裂，且其成本相对于金属或镀金给水管成本低，且随着塑料及其改性技术的不断发展，塑料给水管的性能将不断完善，发展出新型塑料给水管。这些因素使得塑料水管越来越受市场欢迎。
3.塑料给水管主要有pvc、pe和pp
‑
r管道三大类，其中，pe给水管主要以卫生级别的聚乙烯为原料，添加定量的稳定剂、润滑剂、填充剂、增色剂等，经塑料挤出机挤出成型和注塑机注塑成型，通过冷却、固化、定型、检验、包装等工序生产出的一种给水用管材。且pe给水管具有优异的耐腐蚀性、耐低温性、柔韧性和断裂韧性，但是pe给水管在温差变化大的环境中容易老化，使用期限会大大缩短。
4.因此，本发明提供了一种防老化pe给水管的生产工艺


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种防老化pe给水管的生产工艺。
6.本发明要解决的技术问题：解决pe给水管在温差较大的环境中易老化的问题。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
8.一种防老化pe给水管的生产工艺，包括以下步骤：
9.步骤一、将低密度聚乙烯加入搅拌机中，当温度达到在100
‑
120℃下加入偶联剂，搅拌10
‑
18min，然后加入填料、防老化助剂、抗氧化剂和润滑剂，并在130
‑
140℃下，搅拌混合30
‑
50min，冷却，得混料；
10.步骤二、将混料送入造粒机中进行造粒，造粒机料筒的温度控制在170
‑
190℃，得到粒料；将粒料送入挤出机中挤出成型、定径、牵引、切割后，得一种防老化pe给水管，其中，机头出料温度为190
‑
200℃，挤出压力为42mpa。
11.进一步地，步骤一中低密度聚乙烯、偶联剂、填料、防老化助剂、抗氧化剂、润滑剂的质量比为85
‑
95：0.1
‑
1.5：6
‑
13、0.5
‑
2.5：0.5
‑
1.5：0.5
‑
3。
12.进一步地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种。
13.进一步地，所述填料为碳酸钙晶须、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土、玻璃纤维中的一种。
14.进一步地，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂1076按照质量比1：1
‑
1.5：1进行混合组成。
15.进一步地，润滑剂为硬脂酸、石蜡油中的一种。
16.进一步地，所述防老化助剂通过以下步骤制成：
17.s1、将对羟基甲基苯甲醛、苯胺、苯胺盐酸盐加入带有搅拌磁子、通氮装置的四口烧瓶中，搅拌均匀后，用油浴锅将反应体系加热至113℃，并恒温反应2h，然后将反应体系升温至152℃，继续恒温反应1.5h，反应完毕，待体系降至55℃时，减压蒸馏30min，然后加入2mol/l的稀盐酸将剩余物质溶解，过滤，取滤液用2mol/l的稀氢氧化钠溶液中和至ph为7
‑
8，此时产生沉淀，待沉淀完全后过滤，取滤饼反复洗涤3
‑
5次，得粗产品用乙醇/水重结晶两次，最后在60℃真空干燥24h，得苯胺衍生物，其中，对羟基甲基苯甲醛、苯胺、苯胺盐酸盐的用量比为0.1mol：0.21
‑
0.23mol：4
‑
6ml；
18.反应如下所示：
[0019][0020]
s2、将苯胺衍生物、(boc)2o、三乙胺和二氯甲烷加入带有搅拌器和冷凝装置的三口烧瓶中，氮气氛围下，室温下搅拌反应36h，抽滤收集滤液，浓缩后用乙酸乙酯溶解固体，再用饱和食盐水洗涤3次，无水硫酸钠干燥过夜，过滤，浓缩，真空干燥至恒重，得中间体1，利用了(boc)2o与氨基的反应，其中，苯胺衍生物、(boc)2o、三乙胺和二氯甲烷的用量比为0.01mol：0.02
‑
0.023mol：0.02mol：50
‑
100ml；将中间体1、己二酸和n,n
‑
二甲基甲酰胺加入三口烧瓶中，混合均匀后，控制反应温度为80℃，用锡纸避光处理，通入氮气保护，加入对甲苯磺酸，反应16h，减压旋蒸除去溶剂，得含羧基苯胺衍生物，利用醇羟基和羧基的反应，其中，中间体1、己二酸、n,n
‑
二甲基甲酰胺、对甲苯磺酸的用量比为0.01mol：0.01
‑
0.013mol：50
‑
150ml：1
‑
3mg；
[0021][0022][0023]
s3、将纳米二氧化硅超声分散在乙醇溶液中，然后加入氨丙基三乙氧基硅烷，室温
下超声分散40
‑
80min，得有机二氧化硅，利用氨丙基三乙氧基硅烷中的硅氧烷水解与纳米二氧化硅的羟基反应，在纳米二氧化硅表面接枝有氨丙基三乙氧基硅烷，即使纳米二氧化硅表面存在氨基，其中，纳米二氧化硅、氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为100：8
‑
17；将含羧基苯胺衍生物、有机二氧化硅和冰醋酸加入三口烧瓶中，搅拌均匀后，加入对甲苯磺酸，在氮气保护状态下，将反应温度控制在126℃，回流反应3
‑
4h，减压旋蒸除去溶剂，得二氧化硅负载化合物，利用了有机二氧化硅表面的氨基和含羧基苯胺衍生物上的羧基的反应，使二氧化硅负载含羧基苯胺衍生物，其中，含羧基苯胺衍生物、有机二氧化硅冰醋酸、对甲苯磺酸的用量比为0.04
‑
0.08mol：0.01mol：50
‑
200ml：1
‑
5mg；将二氧化硅负载化合物溶于二氯甲烷，加入三氟乙酸，室温反应12h，减压蒸馏除去二氯甲烷，得到的残渣用水溶解，接着用1m氢氧化钠溶液调节ph至11.5，再用乙酸乙酯萃取，合并有机相，无水硫酸镁干燥，过滤，滤液浓缩，真空干燥至恒重，得防老化助剂，利用叔丁基氧羰基的脱保护反应，其中，二氧化硅负载化合物、二氯甲烷、三氟乙酸的用量比为1
‑
1.2mmol：10
‑
30ml：1
‑
2ml。
[0024]
本发明的有益效果：
[0025]
本发明在pe给水管的生产工艺当中引入了防老化助剂，从而解决了pe给水管在温差较大的环境中易老化的问题，是因为所述防老化助剂具有氨基，能够产生自由基，从而具有抗老化的作用，且所述防老化助剂为二氧化硅负载的苯胺衍生物，是通过在纳米二氧化硅的表面接枝含端氨基链，再利用氨基和含羧基苯胺衍生物中的羧基反应，从而通过化学键的键链使苯胺衍生物接枝到纳米二氧化硅颗粒的表面，一方面避免小分子的苯胺衍生物的迁移，提高其耐老化性能，进而提高pe给水管的耐老化性能，另一方面，使纳米二氧化硅在复合材料体系中均匀分散，避免了纳米二氧化硅的团聚，提高了pe给水管的耐磨性能和强度。
[0026]
因此，综上所述，本发明生产工艺获得pe给水管具有良好的耐老化性能和耐磨性能。
具体实施方式
[0027]
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]
实施例1
[0029]
防老化助剂通过以下步骤制成：
[0030]
s1、将0.1mol对羟基甲基苯甲醛、0.21mol苯胺、4ml苯胺盐酸盐加入带有搅拌磁子、通氮装置的四口烧瓶中，搅拌均匀后，用油浴锅将反应体系加热至113℃，并恒温反应2h，然后将反应体系升温至152℃，继续恒温反应1.5h，反应完毕，待体系降至55℃时，减压蒸馏30min，然后加入2mol/l的稀盐酸将剩余物质溶解，过滤，取滤液用2mol/l的稀氢氧化钠溶液中和至ph为7，此时产生沉淀，待沉淀完全后过滤，取滤饼反复洗涤3次，得粗产品用乙醇/水重结晶两次，最后在60℃真空干燥24h，得苯胺衍生物；
[0031]
s2、将0.01mol苯胺衍生物、0.02mol(boc)2o、0.02mol三乙胺和50ml二氯甲烷加入带有搅拌器和冷凝装置的三口烧瓶中，氮气氛围下，室温下搅拌反应36h，抽滤收集滤液，浓
缩后用乙酸乙酯溶解固体，再用饱和食盐水洗涤3次，无水硫酸钠干燥过夜，过滤，浓缩，真空干燥至恒重，得中间体1；将0.01mol中间体1、0.01mol己二酸和50mln,n
‑
二甲基甲酰胺加入三口烧瓶中，混合均匀后，控制反应温度为80℃，用锡纸避光处理，通入氮气保护，加入1mg对甲苯磺酸，反应16h，减压旋蒸除去溶剂，得含羧基苯胺衍生物；
[0032]
s3、将10g纳米二氧化硅超声分散在100ml乙醇溶液中，然后加入8g氨丙基三乙氧基硅烷，室温下超声分散40min，得有机二氧化硅；将0.08mol含羧基苯胺衍生物、0.01mol有机二氧化硅和50ml冰醋酸加入三口烧瓶中，搅拌均匀后，加入1mg对甲苯磺酸，在氮气保护状态下，将反应温度控制在126℃，回流反应3h，减压旋蒸除去溶剂，得二氧化硅负载化合物；将1mmol二氧化硅负载化合物溶于10ml二氯甲烷，加入1ml三氟乙酸，室温反应12h，减压蒸馏除去二氯甲烷，得到的残渣用水溶解，接着用1m氢氧化钠溶液调节ph至11.5，再用乙酸乙酯萃取，合并有机相，无水硫酸镁干燥，过滤，滤液浓缩，真空干燥至恒重，得防老化助剂。
[0033]
实施例2：
[0034]
防老化助剂通过以下步骤制成：
[0035]
s1、将0.1mol对羟基甲基苯甲醛、0.23mol苯胺、6ml苯胺盐酸盐加入带有搅拌磁子、通氮装置的四口烧瓶中，搅拌均匀后，用油浴锅将反应体系加热至113℃，并恒温反应2h，然后将反应体系升温至152℃，继续恒温反应1.5h，反应完毕，待体系降至55℃时，减压蒸馏30min，然后加入2mol/l的稀盐酸将剩余物质溶解，过滤，取滤液用2mol/l的稀氢氧化钠溶液中和至ph为8，此时产生沉淀，待沉淀完全后过滤，取滤饼反复洗涤5次，得粗产品用乙醇/水重结晶两次，最后在60℃真空干燥24h，得苯胺衍生物；
[0036]
s2、将0.01mol苯胺衍生物、0.023mol(boc)2o、0.02mol三乙胺和100ml二氯甲烷加入带有搅拌器和冷凝装置的三口烧瓶中，氮气氛围下，室温下搅拌反应36h，抽滤收集滤液，浓缩后用乙酸乙酯溶解固体，再用饱和食盐水洗涤3次，无水硫酸钠干燥过夜，过滤，浓缩，真空干燥至恒重，得中间体1；将0.01mol中间体1、0.013mol己二酸和150mln,n
‑
二甲基甲酰胺加入三口烧瓶中，混合均匀后，控制反应温度为80℃，用锡纸避光处理，通入氮气保护，加入3mg对甲苯磺酸，反应16h，减压旋蒸除去溶剂，得含羧基苯胺衍生物；
[0037]
s3、将10g纳米二氧化硅超声分散在150ml乙醇溶液中，然后加入17g氨丙基三乙氧基硅烷，室温下超声分散80min，得有机二氧化硅；将0.08mol含羧基苯胺衍生物、0.01mol有机二氧化硅和200ml冰醋酸加入三口烧瓶中，搅拌均匀后，加入5mg对甲苯磺酸，在氮气保护状态下，将反应温度控制在126℃，回流反应4h，减压旋蒸除去溶剂，得二氧化硅负载化合物；将1.2mmol二氧化硅负载化合物溶于30ml二氯甲烷，加入2ml三氟乙酸，室温反应12h，减压蒸馏除去二氯甲烷，得到的残渣用水溶解，接着用1m氢氧化钠溶液调节ph至11.5，再用乙酸乙酯萃取，合并有机相，无水硫酸镁干燥，过滤，滤液浓缩，真空干燥至恒重，得防老化助剂。
[0038]
实施例3：
[0039]
一种防老化pe给水管的生产工艺，包括以下步骤：
[0040]
步骤一、将低密度聚乙烯加入搅拌机中，当温度达到在100℃下加入偶联剂，搅拌10min，然后加入填料、实施例1中制备的防老化助剂、抗氧化剂和润滑剂，并在130℃下，搅拌混合30min，冷却，得混料，其中，步骤一中低密度聚乙烯、偶联剂、填料、防老化助剂、抗氧化剂、润滑剂的质量比为85：0.1：6：0.5：0.5：0.5；
[0041]
步骤二、将混料送入造粒机中进行造粒，造粒机料筒的温度控制在170℃，得到粒料；将粒料送入挤出机中挤出成型、定径、牵引、切割后，得一种防老化pe给水管，其中，机头出料温度为190℃，挤出压力为42mpa；
[0042]
其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂；填料为碳酸钙晶须、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土；抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂1076按照质量比1：1：1进行混合组成；润滑剂为硬脂酸。
[0043]
实施例4：
[0044]
一种防老化pe给水管的生产工艺，包括以下步骤：
[0045]
步骤一、将低密度聚乙烯加入搅拌机中，当温度达到在110℃下加入偶联剂，搅拌15min，然后加入填料、实施例2制备的防老化助剂、抗氧化剂和润滑剂，并在134℃下，搅拌混合40min，冷却，得混料，其中，步骤一中低密度聚乙烯、偶联剂、填料、防老化助剂、抗氧化剂、润滑剂的质量比为90：0.7：9：1：1：1；
[0046]
步骤二、将混料送入造粒机中进行造粒，造粒机料筒的温度控制在180℃，得到粒料；将粒料送入挤出机中挤出成型、定径、牵引、切割后，得一种防老化pe给水管，其中，机头出料温度为195℃，挤出压力为42mpa；
[0047]
其中，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂；填料为碳酸钙晶须维；抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂1076按照质量比1：1.2：1进行混合组成；润滑剂为石蜡油。
[0048]
实施例5：
[0049]
一种防老化pe给水管的生产工艺，包括以下步骤：
[0050]
步骤一、将低密度聚乙烯加入搅拌机中，当温度达到在120℃下加入偶联剂，搅拌18min，然后加入填料、实施例1制备的防老化助剂、抗氧化剂和润滑剂，并在140℃下，搅拌混合50min，冷却，得混料，其中，步骤一中低密度聚乙烯、偶联剂、填料、防老化助剂、抗氧化剂、润滑剂的质量比为95：1.5：13：2.5：1.5：3；
[0051]
步骤二、将混料送入造粒机中进行造粒，造粒机料筒的温度控制在190℃，得到粒料；将粒料送入挤出机中挤出成型、定径、牵引、切割后，得一种防老化pe给水管，其中，机头出料温度为200℃，挤出压力为42mpa；
[0052]
其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂；填料为碳酸钙晶须、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土；抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂1076按照质量比1：1：1进行混合组成；润滑剂为硬脂酸。
[0053]
对比例1：
[0054]
防老化助剂通过以下步骤制成：
[0055]
得含羧基苯胺衍生物溶于10ml二氯甲烷，加入1ml三氟乙酸，室温反应12h，减压蒸馏除去二氯甲烷，得到的残渣用水溶解，接着用1m氢氧化钠溶液调节ph至11.5，再用乙酸乙酯萃取，合并有机相，无水硫酸镁干燥，过滤，滤液浓缩，真空干燥至恒重，得防老化助剂。
[0056]
对比例2：
[0057]
一种pe给水管的生产工艺与实施例3相比，不同之处在于不加入防老化助剂，其余相同。
[0058]
对比例3：
[0059]
一种防老化pe给水管的生产工艺与实施例4相比，不同之处在于不加入防老化助
剂为对比例1中制备的，其余相同。
[0060]
实施例6：
[0061]
将实施例3
‑
5和对比例2
‑
3获得的pe给水管进行以下性能测试：
[0062]
耐磨性能测试：采用阿克隆磨耗机进行测试，测试标准参照gb/t1689－2014；
[0063]
耐老化性能测试：参照橡胶热空气加速老化和耐热实验的标准gb/t3512
‑
2001，将待测样品裁成哑铃状样条，老化箱调至120℃后将测试样条置于老化箱中进行实验，72h后取出试样，将老化后的样条置于空气中进行环境调节48h，用电子万能试验机(zwick，德国)测试老化前和老化后聚氨酯样条的拉伸强度，观察其力学性能变化率，公式如下：
[0064][0065]
p：力学性能变化率，％；
[0066]
xa：试样老化后测试的拉伸强度测定值；
[0067]
x0：试样老化前测试的拉伸强度测定值。
[0068]
测得的数据如表1所示。
[0069]
表1
[0070][0071]
从耐老化数据中可以看出，实施例3
‑
5获得的pe给水管的耐老化性优于对比例2
‑
3获得的pe给水管的对应性能，从磨损数据中可以看出，实施例3
‑
5获得的pe给水管的耐磨性能优于对比例2
‑
3获得的pe给水管的对应性能。
[0072]
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0073]
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。