一种抗静电增韧PVC管材及其制备工艺的制作方法

一种抗静电增韧pvc管材及其制备工艺
技术领域
1.本发明涉及pvc管材领域，具体涉及一种抗静电增韧pvc管材及其制备工艺。


背景技术：

2.pvc管材是指做成管材的主要原料是pvc树脂粉，pvc管材的种类一般是以管材的用途来分的，一般分为排水管、给水管、电线管和电缆护套管，是由聚氯乙烯树脂与稳定剂、润滑剂等配合后用热压法挤压成型，是最早得到开发应用的塑料材，塑料管道用于排水、废水、化学品、加热液、冷却液、食品、超纯液体、泥浆、气体、压缩空气和真空系统的应用；
3.我国pvc管材生产能力达300万吨，主要有pvc、pe和pp-r管道三大类，其中pvc管材是市场份额最大的塑料管道，目前非特殊处理过的pvc管材因为导电性能不佳从而使处于表面的或传导来的电荷不流动而积聚起来，在放电时存在着火花引爆的危险，且现有的pvc管材的韧性较差，不足以满足用户的使用需求；
4.针对此方面的技术情况，现提出一种解决方式。


技术实现要素：

5.为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供了一种抗静电增韧pvc管材及其制备工艺：
6.(1)将pvc树脂、碳纤维、白炭黑、氧化锌加入到排气式双螺杆挤出机中，经搅拌均匀后再加入黏结剂、抗静电剂、增韧剂和偶联剂，挤出得到颗粒料，将颗粒料放置到单螺杆管材挤出成型机中，冷却切割，得到该抗静电增韧pvc管材，解决了目前pvc管材存在的静电易引起火灾，且现有的pvc管材的韧性较差，不足以满足用户使用需求的问题；
7.(2)将二聚脂肪酸、1，2-环氧氯丁烷和苄基三乙基氯化铵加入到三口烧瓶中，加入氢氧化钠和氧化钙，得到中间体a，在装有温度计探头、搅拌磁子的高压反应釜中加入中间体a和苄基三乙基氯化铵，通入co2排除釜内空气，检漏后通入co2，得到该增韧剂，解决了现有的pvc管材的韧性较差，不足以满足用户使用需求的问题；
8.(3)称取1-氯壬烷溶于溶剂无水乙醇，加入三口烧瓶中，取二乙醇胺溶于无水乙醇并滴加三口烧瓶中，加入naoh粉末，得到中间体c，称二乙醇胺和戊二酸酐，分别溶于溶剂n，n-二甲基乙酰胺中，将二乙醇胺溶液加入三口烧瓶中，滴加戊二酸酐溶液，得到中间体d，将中间体c加入到中间体d的反应器中得到该抗静电剂，解决了目前非特殊处理过的pvc管材因为导电性能不佳，从而使处于表面的或传导来的电荷不流动而积聚起来，在放电时存在危险的问题。
9.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
10.一种抗静电增韧pvc管材，包括以下重量份组分：
11.pvc树脂100-120份、白炭黑1-2份、氧化锌0.1-0.5份、偶联剂4-6份、粘结剂0.1-1份、碳纤维1-5份、抗静电剂1-5份、增韧剂3-6份；
12.该抗静电增韧pvc管材由以下步骤制备得到：
13.s1：将pvc树脂、碳纤维、白炭黑、氧化锌加入到排气式双螺杆挤出机中，经搅拌均匀后再加入黏结剂、抗静电剂、增韧剂和偶联剂，挤出得到颗粒料；
14.s2：将颗粒料放置到单螺杆管材挤出成型机中，挤出成型得到管材，管材冷却切割，得到该抗静电增韧pvc管材；
15.所述增韧剂由以下步骤制备得到：
16.s11：将二聚脂肪酸、1，2-环氧氯丁烷和苄基三乙基氯化铵加入到装有机械搅拌桨、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中，升温至100-110℃后充分搅拌2-3h，然后冷却至50-60℃，加入氢氧化钠和氧化钙，搅拌3-4h然后用硅胶粉抽滤掉固体盐，再将过量的1，2-环氧氯丁烷采用旋转蒸发仪减压回收，得到中间体a，产率为95％；
17.化学反应式如下：
[0018][0019]
s12：在装有温度计探头、搅拌磁子的高压反应釜中加入中间体a和苄基三乙基氯化铵，通入co2排除釜内空气，检漏后通入co2保持压力在2-3mp，控制釜内温度为110-120℃，反应10-12h，停止加热冷却到室温后，产物用硅胶粉抽滤除去苄基三乙基氯化铵，得到该增韧剂，产率为93％。
[0020]
化学反应式如下：
[0021][0022]
作为本发明进一步的方案：步骤s11中所述二聚脂肪酸、1，2-环氧氯丁烷、苄基三乙基氯化铵、氢氧化钠与氧化钙的用量比为112.8g：30g：0.046g：0.8g：1.120g。
[0023]
作为本发明进一步的方案：步骤s12中所述中间体a与苄基三乙基氯化铵的用量比为156.8g：0.358g。
[0024]
作为本发明进一步的方案：所述抗静电剂由以下步骤制备得到：
[0025]
s41：称取1-氯壬烷溶于溶剂无水乙醇，加入三口烧瓶中，搅拌升温至70-80℃，取二乙醇胺溶于无水乙醇并滴加三口烧瓶中，控制滴加速度为1-2滴/s，搅拌均匀，加入naoh粉末，升温至有回流产生，保温反应4-6h，得到中间体c；
[0026]
s42：称二乙醇胺和戊二酸酐，分别溶于溶剂n，n-二甲基乙酰胺中，将二乙醇胺溶液加入三口烧瓶中，升温至30-40℃，滴加戊二酸酐溶液，控制滴加速度为1-2滴/s，25-30℃下反应3-4h，得到中间体d；
[0027]
s43：将中间体c加入到中间体d的反应器中，混合搅拌均匀，加入带水剂和催化剂，接上分水器，搅拌加热直至有回流产生，保温反应5-7h，直至带水剂甲苯中无水生成为止，对产物进行减压蒸馏，除去溶剂，得到该抗静电剂。
[0028]
作为本发明进一步的方案：步骤s41中所述1-氯壬烷、二乙醇胺与naoh粉末的用量比为4.1g：2.0g：0.8g。
[0029]
作为本发明进一步的方案：步骤s42中所述二乙醇胺与戊二酸酐的用量比为12.6g：12.0g。
[0030]
作为本发明进一步的方案：步骤s43中所述中间体c、中间体d、带水剂与催化剂的用量比为5.8g：23.1g：50ml：0.1g，所述带水剂为甲苯，所述催化剂为对甲苯磺酸。
[0031]
一种抗静电增韧pvc管材的制备方法，包括以下步骤：
[0032]
s1：将pvc树脂、碳纤维、白炭黑、氧化锌加入到排气式双螺杆挤出机中，经搅拌均匀后再加入黏结剂、抗静电剂、增韧剂和偶联剂，挤出得到颗粒料；
[0033]
s2、将颗粒料放置到单螺杆管材挤出成型机中，挤出成型得到管材，管材冷却切割，得到该抗静电增韧pvc管材。
[0034]
本发明的有益效果如下：
[0035]
(1)本发明是通过将pvc树脂、碳纤维、白炭黑、氧化锌加入到排气式双螺杆挤出机中，经搅拌均匀后再加入黏结剂、抗静电剂、增韧剂和偶联剂，挤出得到颗粒料，将颗粒料放置到单螺杆管材挤出成型机中，冷却切割，得到该抗静电增韧pvc管材，通过添加抗静电剂和增韧剂提高现有pvc管材的韧性和抗静电性能，使pvc管材的用途更加广泛；
[0036]
(2)将二聚脂肪酸、1，2-环氧氯丁烷和苄基三乙基氯化铵加入到三口烧瓶中，加入氢氧化钠和氧化钙，得到中间体a，在装有温度计探头、搅拌磁子的高压反应釜中加入中间体a和苄基三乙基氯化铵，通入co2排除釜内空气，检漏后通入co2，得到该增韧剂，该增韧剂是由环氧化合物和二氧化碳在催化剂的作用下合成的，利用二聚酸的长烷烃链与脂环结构，引入环氧基团，与pvc基体形成互穿网络结构，起到“强迫包容”和“协同效应”作用，从而显著增强韧性，二聚酸具有价格低廉可再生以及潜在的生物降解性，从而达到了提高pvc管材的韧性的目的；
[0037]
(3)称取1-氯壬烷溶于溶剂无水乙醇，加入三口烧瓶中，取二乙醇胺溶于无水乙醇并滴加三口烧瓶中，加入naoh粉末，得到中间体c，将二乙醇胺溶液加入三口烧瓶中，滴加戊二酸酐溶液，得到中间体d，将中间体c加入到中间体d的反应器中得到该抗静电剂，该抗静电剂以含有长链脂肪烃以及羟基的结构作为核分子，再用戊二酸酐和二乙醇胺合成的中间体d与其反应，合成端羟基超支化的抗静电剂分子，抗静电剂分子一端的脂肪烃结构能够与pvc基体很好的相容，另一端的超支化结构末端含有大量的羟基，以及较好的三维立体空间结构，分子链间无缠绕，粘度低，使该抗静电剂表现出高的抗静电活性以及稳定性和分散
性，该抗静电剂的合成在工艺上采用一锅煮的方法，操作简便，所采用的原料为市场常用化工原料，成本低，从而达到了使pvc管材抗静电的目的。
具体实施方式
[0038]
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。
[0039]
实施例1：
[0040]
本实施例为一种抗静电增韧pvc管材，包括以下重量份组分：
[0041]
pvc树脂100份、白炭黑1份、氧化锌0.1份、偶联剂4份、粘结剂0.1份、碳纤维1份、抗静电剂1份、增韧剂3份；
[0042]
该抗静电增韧pvc管材由以下步骤制备得到：
[0043]
s1：将pvc树脂、碳纤维、白炭黑、氧化锌加入到排气式双螺杆挤出机中，经搅拌均匀后再加入黏结剂、抗静电剂、增韧剂和偶联剂，挤出得到颗粒料；
[0044]
s2：将颗粒料放置到单螺杆管材挤出成型机中，挤出成型得到管材，管材冷却切割，得到该抗静电增韧pvc管材；
[0045]
增韧剂由以下步骤制备得到：
[0046]
s11：将二聚脂肪酸112.8g、1，2-环氧氯丁烷30g和苄基三乙基氯化铵0.046g加入装有机械搅拌桨、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中，升温至100℃后充分搅拌2h，然后冷却至50℃，加入0.8g氢氧化钠和1.120g氧化钙，搅拌3h然后用硅胶粉抽滤掉固体盐，再将过量的1，2-环氧氯丁烷采用旋转蒸发仪减压回收，得到中间体a，产率为95％；
[0047]
s12：在装有温度计探头、搅拌磁子的高压反应釜中加入156.8g中间体a和0.358g苄基三乙基氯化铵，通入co2排除釜内空气，检漏后通入co2保持压力在2mp，控制釜内温度为110℃，反应10h，停止加热冷却到室温后，产物用硅胶粉抽滤除去苄基三乙基氯化铵，得到该增韧剂，产率为93％；
[0048]
抗静电剂由以下步骤制备得到：
[0049]
s41：称取4.1g1-氯壬烷溶于溶剂无水乙醇，加入三口烧瓶中，搅拌升温至70℃，取2.0g二乙醇胺溶于无水乙醇并滴加三口烧瓶中，控制滴加速度为1滴/s，搅拌均匀，加入0.8g的naoh粉末，升温至有回流产生，保温反应4h，得到中间体c；
[0050]
s42：称取12.6g二乙醇胺和12.0g戊二酸酐，分别溶于溶剂n，n-二甲基乙酰胺中，将二乙醇胺溶液加入三口烧瓶中，升温至30℃，滴加戊二酸酐溶液，控制滴加速度为1滴/s，25℃下反应3h，得到中间体d；
[0051]
s43：将5.8g中间体c加入到23.1g中间体d的反应器中，混合搅拌均匀，加入50ml带水剂和0.1g催化剂，接上分水器，搅拌加热直至有回流产生，保温反应5h，直至带水剂甲苯中无水生成为止，对产物进行减压蒸馏，除去溶剂，得到该抗静电剂。
[0052]
实施例2：
[0053]
本实施例为一种抗静电增韧pvc管材，包括以下重量份组分：
[0054]
pvc树脂100份、白炭黑2份、氧化锌0.5份、偶联剂6份、粘结剂1份、碳纤维份、抗静
电剂5份、增韧剂6份；
[0055]
该抗静电增韧pvc管材由以下步骤制备得到：
[0056]
s1：将pvc树脂、碳纤维、白炭黑、氧化锌加入到排气式双螺杆挤出机中，经搅拌均匀后再加入黏结剂、抗静电剂、增韧剂和偶联剂，挤出得到颗粒料；
[0057]
s2：将颗粒料放置到单螺杆管材挤出成型机中，挤出成型得到管材，管材冷却切割，得到该抗静电增韧pvc管材；
[0058]
增韧剂由以下步骤制备得到：
[0059]
s11：将二聚脂肪酸112.8g、1，2-环氧氯丁烷30g和苄基三乙基氯化铵0.046g加入装有机械搅拌桨、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中，升温至100℃后充分搅拌3h，然后冷却至50℃，加入0.8g氢氧化钠和1.120g氧化钙，搅拌4h然后用硅胶粉抽滤掉固体盐，再将过量的1，2-环氧氯丁烷采用旋转蒸发仪减压回收，得到中间体a，产率为95％；
[0060]
s12：在装有温度计探头、搅拌磁子的高压反应釜中加入156.8g中间体a和0.358g苄基三乙基氯化铵，通入co2排除釜内空气，检漏后通入co2保持压力在3mp，控制釜内温度为120℃，反应12h，停止加热冷却到室温后，产物用硅胶粉抽滤除去苄基三乙基氯化铵，得到该增韧剂，产率为93％；
[0061]
抗静电剂由以下步骤制备得到：
[0062]
s41：称取4.1g1-氯壬烷溶于溶剂无水乙醇，加入三口烧瓶中，搅拌升温至80℃，取2.0g二乙醇胺溶于无水乙醇并滴加三口烧瓶中，控制滴加速度为2滴/s，搅拌均匀，加入0.8g的naoh粉末，升温至有回流产生，保温反应6h，得到中间体c；
[0063]
s42：称取12.6g二乙醇胺和12.0g戊二酸酐，分别溶于溶剂n，n-二甲基乙酰胺中，将二乙醇胺溶液加入三口烧瓶中，升温至40℃，滴加戊二酸酐溶液，控制滴加速度为2滴/s，30℃下反应4h，得到中间体d；
[0064]
s43：将5.8g中间体c加入到23.1g中间体d的反应器中，混合搅拌均匀，加入50ml带水剂和0.1g催化剂，接上分水器，搅拌加热直至有回流产生，保温反应5h，直至带水剂甲苯中无水生成为止，对产物进行减压蒸馏，除去溶剂，得到该抗静电剂。
[0065]
实施例3：
[0066]
本实施例为一种抗静电增韧pvc管材，包括以下重量份组分：
[0067]
pvc树脂120份、白炭黑1份、氧化锌0.2份、偶联剂6份、粘结剂1份、碳纤维5份、抗静电剂5份、增韧剂6份；
[0068]
该抗静电增韧pvc管材由以下步骤制备得到：
[0069]
s1：将pvc树脂、碳纤维、白炭黑、氧化锌加入到排气式双螺杆挤出机中，经搅拌均匀后再加入黏结剂、抗静电剂、增韧剂和偶联剂，挤出得到颗粒料；
[0070]
s2：将颗粒料放置到单螺杆管材挤出成型机中，挤出成型得到管材，管材冷却切割，得到该抗静电增韧pvc管材；
[0071]
增韧剂由以下步骤制备得到：
[0072]
s11：将二聚脂肪酸112.8g、1，2-环氧氯丁烷30g和苄基三乙基氯化铵0.046g加入装有机械搅拌桨、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中，升温至110℃后充分搅拌3h，然后冷却至60℃，加入0.8g氢氧化钠和1.120g氧化钙，搅拌4h然后用硅胶粉抽滤掉固体盐，再将过量的1，2-环氧氯丁烷采用旋转蒸发仪减压回收，得到中间体a，产率为95％；
[0073]
s12：在装有温度计探头、搅拌磁子的高压反应釜中加入156.8g中间体a和0.358g苄基三乙基氯化铵，通入co2排除釜内空气，检漏后通入co2保持压力在3mp，控制釜内温度为120℃，反应12h，停止加热冷却到室温后，产物用硅胶粉抽滤除去苄基三乙基氯化铵，得到该增韧剂，产率为93％；
[0074]
抗静电剂由以下步骤制备得到：
[0075]
s41：称取4.1g1-氯壬烷溶于溶剂无水乙醇，加入三口烧瓶中，搅拌升温至70℃，取2.0g二乙醇胺溶于无水乙醇并滴加三口烧瓶中，控制滴加速度为2滴/s，搅拌均匀，加入0.8g的naoh粉末，升温至有回流产生，保温反应6h，得到中间体c；
[0076]
s42：称取12.6g二乙醇胺和12.0g戊二酸酐，分别溶于溶剂n，n-二甲基乙酰胺中，将二乙醇胺溶液加入三口烧瓶中，升温至30℃，滴加戊二酸酐溶液，控制滴加速度为1滴/s，25℃下反应3h，得到中间体d；
[0077]
s43：将5.8g中间体c加入到23.1g中间体d的反应器中，混合搅拌均匀，加入50ml带水剂和0.1g催化剂，接上分水器，搅拌加热直至有回流产生，保温反应5h，直至带水剂甲苯中无水生成为止，对产物进行减压蒸馏，除去溶剂，得到该抗静电剂。
[0078]
实施例4：
[0079]
本实施例为一种抗静电增韧pvc管材，包括以下重量份组分：
[0080]
pvc树脂100份、白炭黑2份、氧化锌0.5份、偶联剂6份、粘结剂1份、碳纤维5份、抗静电剂5份、增韧剂6份；
[0081]
该抗静电增韧pvc管材由以下步骤制备得到：
[0082]
s1：将pvc树脂、碳纤维、白炭黑、氧化锌加入到排气式双螺杆挤出机中，经搅拌均匀后再加入黏结剂、抗静电剂、增韧剂和偶联剂，挤出得到颗粒料；
[0083]
s2：将颗粒料放置到单螺杆管材挤出成型机中，挤出成型得到管材，管材冷却切割，得到该抗静电增韧pvc管材；
[0084]
增韧剂由以下步骤制备得到：
[0085]
s11：将二聚脂肪酸112.8g、1，2-环氧氯丁烷30g和苄基三乙基氯化铵0.046g加入装有机械搅拌桨、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中，升温至110℃后充分搅拌3h，然后冷却至60℃，加入0.8g氢氧化钠和1.120g氧化钙，搅拌4h然后用硅胶粉抽滤掉固体盐，再将过量的1，2-环氧氯丁烷采用旋转蒸发仪减压回收，得到中间体a，产率为95％；
[0086]
s12：在装有温度计探头、搅拌磁子的高压反应釜中加入156.8g中间体a和0.358g苄基三乙基氯化铵，通入co2排除釜内空气，检漏后通入co2保持压力在3mp，控制釜内温度为120℃，反应12h，停止加热冷却到室温后，产物用硅胶粉抽滤除去苄基三乙基氯化铵，得到该增韧剂，产率为93％；
[0087]
抗静电剂由以下步骤制备得到：
[0088]
s41：称取4.1g1-氯壬烷溶于溶剂无水乙醇，加入三口烧瓶中，搅拌升温至80℃，取2.0g二乙醇胺溶于无水乙醇并滴加三口烧瓶中，控制滴加速度为2滴/s，搅拌均匀，加入0.8g的naoh粉末，升温至有回流产生，保温反应6h，得到中间体c；
[0089]
s42：称取12.6g二乙醇胺和12.0g戊二酸酐，分别溶于溶剂n，n-二甲基乙酰胺中，将二乙醇胺溶液加入三口烧瓶中，升温至40℃，滴加戊二酸酐溶液，控制滴加速度为2滴/s，30℃下反应4h，得到中间体d；
[0090]
s43：将5.8g中间体c加入到23.1g中间体d的反应器中，混合搅拌均匀，加入50ml带水剂和0.1g催化剂，接上分水器，搅拌加热直至有回流产生，保温反应7h，直至带水剂甲苯中无水生成为止，对产物进行减压蒸馏，除去溶剂，得到该抗静电剂。
[0091]
对比例1：
[0092]
对比例1与实施例1的区别在于不添加增韧剂。
[0093]
对比例2：
[0094]
对比例2使用市购常规性能的pvc管材。
[0095]
性能测试
[0096]
将实施例1-4以及对比例1-2的pvc管材进行检测；
[0097]
检测结果如下表所示：
[0098][0099]
由上表可知，实施例的弯曲弹性模量达到了181.9-184.1mpa，而不添加增韧剂的对比例1的弯曲弹性模量为115.6mpa，使用市购常规性能pvc管材的对比例2的弯曲弹性模量为138.6mpa，实施例的抗冲击强度达到了136.2-138.2kj
·
m2，而不添加增韧剂的对比例1的抗冲击强度为97.2kj
·
m2，使用市购常规性能pvc管材的对比例2的抗冲击强度为110.5kj
·
m2，实施例的抗拉强度达到了90.5-91.3mpa，而不添加增韧剂的对比例1的抗拉强度为35.4mpa，使用市购常规性能pvc管材的对比例2的抗拉强度为50.2mpa，实施例的各项数据均优于对比例，说明本发明所制备的增韧剂添加到pvc管材中，可以使制备得到的pvc管材具备更加优异的力学性能。
[0100]
在本说明书的描述中，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。
[0101]
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。