一种氯化聚氯乙烯材料及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于塑料管道技术领域。更具体地，涉及一种氯化聚氯乙烯材料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.消防管道是指用于消防方面，连接消防设备、器材，输送消防灭火用水，气体或者其他介质的管道材料。由于特殊需求，消防管道的厚度与材质都有特殊要求，并喷红色油漆，输送消防用水。目前消防管道主要是镀锌钢管，镀锌钢管的内壁容易锈蚀，脱落的锈渣会堵塞消防系统中的管路和酒水喷头，影响消防灭火的效率，严重时甚至会出现“喷不出水”的现象，且镀锌钢管本身自重大，重量重，安装不方便。研究发现，采用pvc-c管可有效解决镀锌钢管存在的问题，pvc-c管的含氯量高，能达到60％以上，具有很好的阻燃性、消烟性、耐腐蚀性和良好的机械性能，管内壁不结垢，自身重量轻，安装方便简捷，单位成本低，广泛应用于酒店、旅馆、医院、住宅和商用大厦的湿式消防系统中。但是pvc-c管的维卡软化温度低，达不到标准要求110℃，如中国专利申请公开了一种易加工cpvc组合物及其制备方法和应用，其组合物制备得到的cpvc管材具有较好耐热性、易加工和力学性能，但其维卡软化温度最高仅为107℃不能满足110℃的标准要求。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是克服现有cpvc管材维卡软化温度不能满足标准要求的缺陷和不足，提供一种氯化聚氯乙烯材料，该材料制备得到的管材维卡软化温度高、拉伸强度好、水压强度好、抗压强度好、抗冲击性能好、耐低温性能优异。
4.本发明的目的是提供一种氯化聚氯乙烯管材。
5.本发明的另一目的是提供一种氯化聚氯乙烯管材的制备方法。
6.本发明的另一目的是提供一种氯化聚氯乙烯材料或氯化聚氯乙烯管材在制备消防管道中的应用。
7.本发明的上述目通过以下技术方案实现：
8.一种氯化聚氯乙烯材料，包括下列按重量份计算的组分：
9.10.所述cpvc树脂粉含氯量为67％～70％；所述丁腈橡胶中的丙稀腈含量为25％～28％；所述改性纳米活性碳酸钙由纳米活性碳酸钙和r改性剂在90～120℃下反应得到；
11.所述r改性剂是硬脂酸、木质素、甲基丙烯酸甲酯和硅烷偶联剂按质量比为1:0.6～0.8:0.3～0.6:0.5～0.8混合得到。木质素结构中含有大量的羟基、羧基以及双键，内部结合力大、强度较高，具有良好的分散性和表面活性，在和纳米活性碳酸钙混合后能增加纳米活性碳酸钙表面活性，并出现协效补强作用，还能够提高纳米活性碳酸钙在复合材料中的力学性能。硅烷偶联剂可预先对纳米活性碳酸钙进行表面处理，也可直接加入树脂中。能改善纳米活性碳酸钙在树脂中的分散性及粘合力，改善纳米活性碳酸钙与树脂之间的相容性，改善工艺性能和提高填充塑料性能。
12.本发明丙稀腈含量为25％～28％的丁腈橡胶、纳米sio2、改性纳米活性碳酸钙、mbs抗冲改性剂四者发挥协同作用可以显著提高氯化聚氯乙烯管材的维卡软化温度大大提高，拉伸强度、水压强度、抗压强度、抗冲击性能、耐低温性能等性能，缺少其中一种、改变丁腈橡胶中丙烯腈的含量或改变抗冲改性剂的种类，都会影响所得氯化聚氯乙烯管材的性能。
13.优选地，所述丁腈橡胶的径《1.0mm，门尼粘度为40～60。
14.优选地，所述阻燃剂为八钼酸铵、氢氧化铝或氢氧化镁。
15.更优选地，所述阻燃剂为八钼酸铵。
16.优选地，所述纳米sio2的型号为hl-380。
17.优选地，所述纳米活性碳酸钙的粒径为3000～4000目。
18.优选地，所述r改性剂的添加量为纳米活性碳酸钙的4～6％。
19.优选地，所述反应的时间为10～20min。
20.优选地，所述助剂包括下列按重量份计算的组分：
[0021][0022]
优选地，所述稳定剂为有机锡稳定剂。
[0023]
优选地，所述外润滑剂为高温石蜡或pe蜡。
[0024]
优选地，所述内润滑剂为脂肪酸酯、金属皂或氧化聚乙烯蜡(ope)。
[0025]
更优选地，所述金属皂为硬脂酸钙或硬脂酸锌。
[0026]
更优选地，所述脂肪酸酯为单甘酯或邻苯二甲酸双十八醇酯(g60)。
[0027]
优选地，所述颜料为橘红色色粉。
[0028]
更优选地，所述内润滑剂为氧化聚乙烯蜡(ope)。
[0029]
本发明进一步保护一种氯化聚氯乙烯管材，由上述氯化聚氯乙烯材料制备得到。
[0030]
本发明进一步保护上述氯化聚氯乙烯管材的制备方法，包括如下步骤：
[0031]
将各组分按照用量加热搅拌混合，待达到100～120℃时搅拌冷却，搅拌冷却至40～60℃时停止搅拌得到混配料，将混配料在150～200℃塑化、模塑成型即得。
[0032]
本发明进一步保护上述氯化聚氯乙烯材料或氯化聚氯乙烯管材在制备消防管道
中的应用。
[0033]
本发明具有以下有益效果：
[0034]
本发明采用在配方中添加丙稀腈含量为25％～28％的丁腈橡胶、纳米sio2、由r改性的改性纳米活性碳酸钙、mbs抗冲改性剂，通过四者的协同作用使本发明氯化聚氯乙烯材料制备得到的氯化聚氯乙烯管材的维卡软化温度大大提高，拉伸强度、水压强度、抗压强度、抗冲击性能、耐低温性能等性能也均具有显著提高除此之外，本发明所用的原料均为无毒、无害，对环境友好，不会产生污染及二次污染，适合大规模生产。
具体实施方式
[0035]
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
[0036]
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
[0037]
改性纳米活性碳酸钙的制备：将3500目的纳米活性碳酸钙和5％ r改性剂在1000℃下高速混合15min即得，r改性剂是硬脂酸、木质素、甲基丙烯酸甲酯和硅烷偶联剂按质量比为1:0.7:0.5:0.6在100℃下混合得到。
[0038]
实施例1氯化聚氯乙烯管材的制备
[0039]
按重量份数计，将以下原料加入到高混机中，混合到100～120℃时转入冷混，降温至40～60℃，得到基本均匀的混配料，冷混好的混配料加入锥形双螺杆挤出机进行挤出，将锥形双螺杆挤出机的机筒温度设置为160～200℃进行塑化，模具的温度设置为150～200℃进行模塑成型并挤出管材。
[0040][0041]
实施例2氯化聚氯乙烯管材的制备
[0042]
按重量份数计，将以下原料加入到高混机中，混合到100～120℃时转入冷混，降温至40～60℃，得到基本均匀的混配料，冷混好的混配料加入锥形双螺杆挤出机进行挤出，将锥形双螺杆挤出机的机筒温度设置为160～200℃进行塑化，模具的温度设置为150～200℃进行模塑成型并挤出管材。
[0043][0044][0045]
实施例3氯化聚氯乙烯管材的制备
[0046]
按重量份数计，将以下原料加入到高混机中，混合到100～120℃时转入冷混，降温至40～60℃，得到基本均匀的混配料，冷混好的混配料加入锥形双螺杆挤出机进行挤出，将锥形双螺杆挤出机的机筒温度设置为160～200℃进行塑化，模具的温度设置为150～200℃进行模塑成型并挤出管材。
[0047][0048]
实施例4氯化聚氯乙烯管材的制备
[0049]
按重量份数计，将以下原料加入到高混机中，混合到100～120℃时转入冷混，降温至40～60℃，得到基本均匀的混配料，冷混好的混配料加入锥形双螺杆挤出机进行挤出，将锥形双螺杆挤出机的机筒温度设置为160～200℃进行塑化，模具的温度设置为150～200℃进行模塑成型并挤出管材。
[0050][0051][0052]
实施例5氯化聚氯乙烯管材的制备
[0053]
按重量份数计，将以下原料加入到高混机中，混合到100～120℃时转入冷混，降温至40～60℃，得到基本均匀的混配料，冷混好的混配料加入锥形双螺杆挤出机进行挤出，将锥形双螺杆挤出机的机筒温度设置为160～200℃进行塑化，模具的温度设置为150～200℃进行模塑成型并挤出管材。
[0054][0055]
对比例1氯化聚氯乙烯管材的制备
[0056]
按重量份数计，将以下原料加入到高混机中，混合到100～120℃时转入冷混，降温至40～60℃，得到基本均匀的混配料，冷混好的混配料加入锥形双螺杆挤出机进行挤出，将锥形双螺杆挤出机的机筒温度设置为160～200℃进行塑化，模具的温度设置为150～200℃进行模塑成型并挤出管材。
[0057][0058]
与实施例1的区别仅在于，在配方中不添加丁腈橡胶粉末。
[0059]
对比例2氯化聚氯乙烯管材的制备
[0060]
按重量份数计，将以下原料加入到高混机中，混合到100～120℃时转入冷混，降温至40～60℃，得到基本均匀的混配料，冷混好的混配料加入锥形双螺杆挤出机进行挤出，将锥形双螺杆挤出机的机筒温度设置为160～200℃进行塑化，模具的温度设置为150～200℃进行模塑成型并挤出管材。
[0061][0062]
与实施例1的区别仅在于，在配方中不添加纳米sio2。
[0063]
对比例3氯化聚氯乙烯管材的制备
[0064]
按重量份数计，将以下原料加入到高混机中，混合到100～120℃时转入冷混，降温至40～60℃，得到基本均匀的混配料，冷混好的混配料加入锥形双螺杆挤出机进行挤出，将锥形双螺杆挤出机的机筒温度设置为160～200℃进行塑化，模具的温度设置为150～200℃进行模塑成型并挤出管材。
[0065][0066]
与实施例1的区别仅在于，在配方中不添加八钼酸铵。
[0067]
对比例4氯化聚氯乙烯管材的制备
[0068]
按重量份数计，将以下原料加入到高混机中，混合到100～120℃时转入冷混，降温至40～60℃，得到基本均匀的混配料，冷混好的混配料加入锥形双螺杆挤出机进行挤出，将锥形双螺杆挤出机的机筒温度设置为160～200℃进行塑化，模具的温度设置为150～200℃进行模塑成型并挤出管材。
[0069][0070]
与实施例1的区别仅在于，在配方中添加丙稀腈含量为20％的丁腈橡胶粉末。
[0071]
对比例5氯化聚氯乙烯管材的制备
[0072]
按重量份数计，将以下原料加入到高混机中，混合到100～120℃时转入冷混，降温至40～60℃，得到基本均匀的混配料，冷混好的混配料加入锥形双螺杆挤出机进行挤出，将锥形双螺杆挤出机的机筒温度设置为160～200℃进行塑化，模具的温度设置为150～200℃进行模塑成型并挤出管材。
[0073][0074]
与实施例1的区别仅在于，在配方中添加丙稀腈含量为33％的丁腈橡胶粉末。
[0075]
对比例6氯化聚氯乙烯管材的制备
[0076]
按重量份数计，将以下原料加入到高混机中，混合到100～120℃时转入冷混，降温至40～60℃，得到基本均匀的混配料，冷混好的混配料加入锥形双螺杆挤出机进行挤出，将锥形双螺杆挤出机的机筒温度设置为160～200℃进行塑化，模具的温度设置为150～200℃进行模塑成型并挤出管材。
[0077][0078][0079]
与实施例1的区别仅在于，在配方中不添加改性纳米活性碳酸钙。
[0080]
对比例7氯化聚氯乙烯管材的制备
[0081]
按重量份数计，将以下原料加入到高混机中，混合到100～120℃时转入冷混，降温至40～60℃，得到基本均匀的混配料，冷混好的混配料加入锥形双螺杆挤出机进行挤出，将锥形双螺杆挤出机的机筒温度设置为160～200℃进行塑化，模具的温度设置为150～200℃进行模塑成型并挤出管材。
[0082][0083]
与实施例1的区别仅在于，在配方中抗冲改性剂选用cpe抗冲改性剂。
[0084]
对比例8氯化聚氯乙烯管材的制备
[0085]
按重量份数计，将以下原料加入到高混机中，混合到100～120℃时转入冷混，降温至40～60℃，得到基本均匀的混配料，冷混好的混配料加入锥形双螺杆挤出机进行挤出，将锥形双螺杆挤出机的机筒温度设置为160～200℃进行塑化，模具的温度设置为150～200℃进行模塑成型并挤出管材。
[0086][0087][0088]
与实施例1的区别仅在于，在配方中添加不经r改性剂改性的纳米活性碳酸钙。对比例9氯化聚氯乙烯管材的制备
[0089]
按重量份数计，将以下原料加入到高混机中，混合到100～120℃时转入冷混，降温至40～60℃，得到基本均匀的混配料，冷混好的混配料加入锥形双螺杆挤出机进行挤出，将锥形双螺杆挤出机的机筒温度设置为160～200℃进行塑化，模具的温度设置为150～200℃进行模塑成型并挤出管材。
[0090][0091]
与实施例1的区别仅在于，将改性纳米活性碳酸钙替换成改性纳米碳酸钙，改性纳米碳酸钙的制备方法为：将3500目的纳米活性碳酸钙和5％改性剂在1000℃下高速混合15min即得，改性剂是硬脂酸、甲基丙烯酸甲酯和硅烷偶联剂按质量比为1:0.5:0.6在100℃下混合得到(即与实施例1的区别在于，纳米活性碳酸钙的改性剂中不添加木质素)。
[0092]
对比例10氯化聚氯乙烯管材的制备
[0093]
按重量份数计，将以下原料加入到高混机中，混合到100～120℃时转入冷混，降温至40～60℃，得到基本均匀的混配料，冷混好的混配料加入锥形双螺杆挤出机进行挤出，将锥形双螺杆挤出机的机筒温度设置为160～200℃进行塑化，模具的温度设置为150～200℃进行模塑成型并挤出管材。
[0094][0095][0096]
与实施例1的区别仅在于，将改性纳米活性碳酸钙替换成改性纳米碳酸钙，改性纳米碳酸钙的制备方法为：将3500目的纳米活性碳酸钙和5％改性剂在1000℃下高速混合15min即得，改性剂是硬脂酸、木质素和甲基丙烯酸甲酯按质量比为1:0.7:0.5在100℃下混合得到(即与实施例1的区别在于，纳米活性碳酸钙的改性剂中不添加硅烷偶联剂)。
[0097]
实验例：实施例1～5及对比例1～10制备所得氯化聚氯乙烯管材的性能测试
[0098]
实施例1～5及对比例1～10制备所得氯化聚氯乙烯管材按(gbt 5135.19-2010自动喷水灭火系统第19部分：塑料管道及管件)进行检测，测试结果见表1～表2。
[0099]
表1实施例1～5制备所得氯化聚氯乙烯管材的性能结果
[0100][0101][0102]
表2对比例1～10制备所得氯化聚氯乙烯管材的性能结果
[0103]
[0104][0105]
由表1可以看出，采用本发明的配方制备得到的氯化聚氯乙烯管材得维卡软化温度均大于110℃，最高可达116.3℃，符合标准要求，除此之外，所制备得到的管材还具有优异的动态热稳定性，抗拉伸强度、水压强度、抗压强度、抗冲击性能、氧指数和耐低温性能。
[0106]
由表2可以看出：不加丁腈橡胶或改变丁腈橡胶中丙烯腈的含量，均会降低管材的维卡软化温度；不加纳米sio2、改性纳米活性碳酸钙抗冲性能大大降低，且维卡软化温度也较低；纳米活性碳酸钙的改性剂中不添加木质素或者硅烷偶联剂也会使所得管材的维卡软化温度降低，抗冲击性能变差；将抗冲剂改为cpe会降低其维卡性软化温度和抗冲击性能。
[0107]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。