CN110240755A - 一种具有抗低温冲击韧性的ppr管材 - Google Patents

一种具有抗低温冲击韧性的ppr管材 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材，按质量份数计包括以下组分：无规共聚聚丙烯100份、增韧剂1‑20份、色母粒0.1‑5份、抗氧剂0.1‑1份、硅烷偶联剂1‑2份、静电纺丝纤维负载β成核剂0.1‑2份。所述静电纺丝纤维负载β成核剂通过以下方法制备：在高压静电纺丝机中加入纺丝溶液纺丝出静电纺丝纤维，将静电纺丝纤维和β成核剂加入高速搅拌机中搅拌均匀，室温干燥后研磨成粉。本发明通过制备静电纺丝纤维负载β成核剂与加入增韧剂的协同作用来提高PPR管材在低温下的抗冲击性能，制备的PPR管材不仅保持了原料PPR的优异的抗压性能，而且提高了其低温环境下的安全使用性能。

Description

一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材
技术领域
本发明涉及高分子抗低温冲击韧性领域，具体涉及一种具有抗低温冲击韧性的PPR 管材。
背景技术
无规共聚聚丙烯(PPR)由于其优异的综合性能在工业领域得到了广泛的应用，尤其是室内外冷热水管的应用方面尤为突出。这就要求除其良好的耐热性和耐压性以外，还具有良好的抗低温冲击韧性。在我国北方大部分地区冬季温度在-20℃左右，普通的 PPR管材已经不能正常满足该区域的使用要求。
目前获得抗低温冲击强度的PPR材料主要是通过改性技术和相容性技术改善树脂增强相的界面相容性与聚集态结构来提高材料的抗低温冲击性能或退火技术来提高PPR材料分子链的流动性及结晶能力，降低晶球尺寸，诱导α晶向β晶的转变来提高其力学性能。国内外的研究主要是以直接加入以β成核剂型的填料来增强低温下的抗冲击性能，以上的这些主要方法都存在第二相分布不均、颗粒团聚以及相容性差等问题，这会使得材料在低温下更加加速裂纹产生及扩散。
发明内容
针对现有PPR管材在低温下抗冲击性能不足的问题，本发明提供了一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材，其特征在于，按质量份数计包括以下组分：无规共聚聚丙烯100份、增韧剂1-20份、色母粒0.1-5份、抗氧剂0.1-1份、硅烷偶联剂 1-2份、静电纺丝纤维负载β成核剂0.1-2份。
优选地，所述静电纺丝纤维负载β成核剂通过以下方法制备：在高压静电纺丝机中加入纺丝溶液纺丝出静电纺丝纤维，将静电纺丝纤维和β成核剂加入高速搅拌机中搅拌均匀，室温干燥后研磨成粉。
优选地，所述纺丝溶液的溶质选自聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚碳酸酯中的一种或多种。
优选地，所述纺丝溶液的溶剂选自甲酸、二硫化碳、二甲基甲酰胺中的一种或多种。
优选地，所述β成核剂选自酰胺类成核剂、金属配合物成核剂中的一种或两种。
优选地，所述酰胺类成核剂选自均苯三甲酸酰胺类衍生物、己二酸与庚二酸的二元复合体系中的一种或两种，所述金属配合物成核剂为辛二酸钙。
优选地，所述静电纺丝纤维负载β成核剂中静电纺丝纤维与β成核剂的质量比为100:1～40。
优选地，所述静电纺丝纤维与β成核剂的质量比为100:10～20。
优选地，所述增韧剂为TPR弹性体2008A、TPR弹性体2095、TPR弹性体2096或者乙烯-辛烯共聚物与高密度聚乙烯的混合物，所述乙烯-辛烯共聚物与高密度聚乙烯的质量比为2:1。
优选地，所述抗氧剂包括质量比为1：0.1的主抗氧剂和辅抗氧剂，所述地主抗氧剂为2、8-二叔丁基4-甲基苯酚，所述辅抗氧剂为亚磷酸季戊四醇脂。
本发明的原理：本发明采用静电纺丝纤维负载β成核剂和增韧剂来协同增加PPR材料抗低温冲击性能，三者分散均匀，解决二相分布不均、颗粒团聚以及相容性差问题以此来提高β成核剂成核能力。静电纺丝纤维即是高分子流体静电雾化的特别方式，此时雾化***出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。它的比表面大、长径比大，均一性高。纳米构造的β成核剂颗粒简单聚会，静电纺丝材料可作为模板起到均匀涣散的结果，一起可表现为聚合物载体的柔韧性和易操作性，可以使用成核剂材料和聚合物微纳米尺度的外表复合发生较强的协同效应。
本发明的有益效果为：本发明通过制备静电纺丝纤维负载β成核剂与加入增韧剂的协同作用来提高PPR管材在低温下的抗冲击性能，制备的PPR管材不仅保持了原料PPR的优异的抗压性能，而且提高了其低温环境下的安全使用性能。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明(以下组份全部以质量份数计)。
实施例一
制备静电纺丝纤维负载β成核剂：取100份的聚乙烯醇充分溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中，再加入高压静电纺丝机中制备静电纺丝纤维，其中电纺电压U＝20kv,两级电板极距为12cm。制备的静电纺丝纤维与1份的均苯三甲酸酰胺类衍生物(TATA)β成核剂同时加入高速搅拌机中搅拌均匀，室温(室温通常指15℃到26℃的温度，一般定义为25℃)自然干燥，经研磨机研磨成粉，得到质量比为100:1的静电纺丝纤维负载β成核剂。
一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材的制备：取无规共聚聚丙烯100份、TPR弹性体2008A 10份、色母粒0.1份、抗氧剂0.5份(抗氧剂包括质量比为1：0.1的主抗氧剂和辅抗氧剂，所述地主抗氧剂为2、8-二叔丁基4-甲基苯酚，所述辅抗氧剂为亚磷酸季戊四醇脂)、硅烷偶联剂1.5份、静电纺丝纤维负载β成核剂0.1份在混合机中混合均匀，得到预混料，预混料采用双螺杆挤出机熔融共混挤出制备，第一段挤出温度为185℃，第二段挤出温度为190℃，第三段挤出温度为195℃，第四段挤出温度为200℃，模头温度200℃，螺杆转速75rpm；再冷却，切割，得到一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材。
实施例二
制备静电纺丝纤维负载β成核剂：取100份的聚苯乙烯充分溶解在二硫化碳中，再加入高压静电纺丝机中制备静电纺丝纤维，其中电纺电压U＝20kv,两级电板极距为12 cm。制备的静电纺丝纤维与10份的均苯三甲酸酰胺类衍生物(TATA)β成核剂同时加入高速搅拌机中搅拌均匀，室温(室温通常指15℃到26℃的温度，一般定义为25℃) 自然干燥，经研磨机研磨成粉，得到质量比为100:10的静电纺丝纤维负载β成核剂。
一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材的制备：取无规共聚聚丙烯100份、TPR弹性体2095 1份、色母粒1.5份、抗氧剂0.1份(抗氧剂包括质量比为1：0.1的主抗氧剂和辅抗氧剂，所述地主抗氧剂为2、8-二叔丁基4-甲基苯酚，所述辅抗氧剂为亚磷酸季戊四醇脂)、硅烷偶联剂1份、静电纺丝纤维负载β成核剂0.2份在混合机中混合均匀，得到预混料，预混料采用双螺杆挤出机熔融共混挤出制备，第一段挤出温度为185℃，第二段挤出温度为190℃，第三段挤出温度为195℃，第四段挤出温度为200℃，模头温度200℃，螺杆转速75rpm；再冷却，切割，得到一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材。
实施例三
制备静电纺丝纤维负载β成核剂：取100份的聚碳酸酯充分溶解在甲酸中，再加入高压静电纺丝机中制备静电纺丝纤维，其中电纺电压U＝20kv,两级电板极距为12cm。制备的静电纺丝纤维与15份的己二酸与庚二酸的二元复合体系β成核剂同时加入高速搅拌机中搅拌均匀，室温(室温通常指15℃到26℃的温度，一般定义为25℃)自然干燥，经研磨机研磨成粉，得到质量比为100:15的静电纺丝纤维负载β成核剂。
一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材的制备：取无规共聚聚丙烯100份、TPR弹性体2095 20份、色母粒5份、抗氧剂1份(抗氧剂包括质量比为1：0.1的主抗氧剂和辅抗氧剂，所述地主抗氧剂为2、8-二叔丁基4-甲基苯酚，所述辅抗氧剂为亚磷酸季戊四醇脂)、硅烷偶联剂2份、静电纺丝纤维负载β成核剂1份在混合机中混合均匀，得到预混料，预混料采用双螺杆挤出机熔融共混挤出制备，第一段挤出温度为185℃，第二段挤出温度为190℃，第三段挤出温度为195℃，第四段挤出温度为200℃，模头温度 200℃，螺杆转速75rpm；再冷却，切割，得到一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材。
实施例四
制备静电纺丝纤维负载β成核剂：取100份的聚乙烯醇充分溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中，再加入高压静电纺丝机中制备静电纺丝纤维，其中电纺电压U＝20kv,两级电板极距为12cm。制备的静电纺丝纤维与20份的辛二酸钙β成核剂同时加入高速搅拌机中搅拌均匀，室温(室温通常指15℃到26℃的温度，一般定义为25℃)自然干燥，经研磨机研磨成粉，得到质量比为100:20的静电纺丝纤维负载β成核剂。
一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材的制备：取无规共聚聚丙烯100份、TPR弹性体2095 15份、色母粒3份、抗氧剂0.5份(抗氧剂包括质量比为1：0.1的主抗氧剂和辅抗氧剂，所述地主抗氧剂为2、8-二叔丁基4-甲基苯酚，所述辅抗氧剂为亚磷酸季戊四醇脂)、硅烷偶联剂1.5份、静电纺丝纤维负载β成核剂0.3份在混合机中混合均匀，得到预混料，预混料采用双螺杆挤出机熔融共混挤出制备，第一段挤出温度为185℃，第二段挤出温度为190℃，第三段挤出温度为195℃，第四段挤出温度为200℃，模头温度200℃，螺杆转速75rpm；再冷却，切割，得到一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材。
实施例五
制备静电纺丝纤维负载β成核剂：取100份的聚乙烯醇充分溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中，再加入高压静电纺丝机中制备静电纺丝纤维，其中电纺电压U＝20kv,两级电板极距为12cm。制备的静电纺丝纤维与30份的均苯三甲酸酰胺类衍生物(TATA)β成核剂同时加入高速搅拌机中搅拌均匀，室温(室温通常指15℃到26℃的温度，一般定义为25℃)自然干燥，经研磨机研磨成粉，得到质量比为100:30的静电纺丝纤维负载β成核剂。
一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材的制备：取无规共聚聚丙烯100份、TPR弹性体2096 10份、色母粒1.5份、抗氧剂1份(抗氧剂包括质量比为1：0.1的主抗氧剂和辅抗氧剂，所述地主抗氧剂为2、8-二叔丁基4-甲基苯酚，所述辅抗氧剂为亚磷酸季戊四醇脂)、硅烷偶联剂1.5份、静电纺丝纤维负载β成核剂0.5份在混合机中混合均匀，得到预混料，预混料采用双螺杆挤出机熔融共混挤出制备，第一段挤出温度为185℃，第二段挤出温度为190℃，第三段挤出温度为195℃，第四段挤出温度为200℃，模头温度200℃，螺杆转速75rpm；再冷却，切割，得到一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材。
实施例六
制备静电纺丝纤维负载β成核剂：取100份的聚乙烯醇充分溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中，再加入高压静电纺丝机中制备静电纺丝纤维，其中电纺电压U＝20kv,两级电板极距为12cm。制备的静电纺丝纤维与40份的均苯三甲酸酰胺类衍生物(TATA)β成核剂同时加入高速搅拌机中搅拌均匀，室温(室温通常指15℃到26℃的温度，一般定义为25℃)自然干燥，经研磨机研磨成粉，得到质量比为100:40的静电纺丝纤维负载β成核剂。
一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材的制备：取无规共聚聚丙烯100份、乙烯-辛烯共聚物与高密度聚乙烯的混合物(混合质量比为2:1)10份、色母粒1.5份、抗氧剂1 份(抗氧剂包括质量比为1：0.1的主抗氧剂和辅抗氧剂，所述地主抗氧剂为2、8-二叔丁基4-甲基苯酚，所述辅抗氧剂为亚磷酸季戊四醇脂)、硅烷偶联剂1.5份、静电纺丝纤维负载β成核剂1份在混合机中混合均匀，得到预混料，预混料采用双螺杆挤出机熔融共混挤出制备，第一段挤出温度为185℃，第二段挤出温度为190℃，第三段挤出温度为195℃，第四段挤出温度为200℃，模头温度200℃，螺杆转速75rpm；再冷却，切割，得到一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材。
实施例七
制备静电纺丝纤维负载β成核剂：取100份的聚苯乙烯充分溶解在二硫化碳中，再加入高压静电纺丝机中制备静电纺丝纤维，其中电纺电压U＝20kv,两级电板极距为12 cm。制备的静电纺丝纤维与20份的均苯三甲酸酰胺类衍生物(TATA)β成核剂同时加入高速搅拌机中搅拌均匀，室温(室温通常指15℃到26℃的温度，一般定义为25℃) 自然干燥，经研磨机研磨成粉，得到质量比为100:20的静电纺丝纤维负载β成核剂。
一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材的制备：取无规共聚聚丙烯100份、乙烯-辛烯共聚物与高密度聚乙烯的混合物(混合质量比为2:1)10份、色母粒1.5份、抗氧剂1 份(抗氧剂包括质量比为1：0.1的主抗氧剂和辅抗氧剂，所述地主抗氧剂为2、8-二叔丁基4-甲基苯酚，所述辅抗氧剂为亚磷酸季戊四醇脂)、硅烷偶联剂1.5份、静电纺丝纤维负载β成核剂2份在混合机中混合均匀，得到预混料，预混料采用双螺杆挤出机熔融共混挤出制备，第一段挤出温度为185℃，第二段挤出温度为190℃，第三段挤出温度为195℃，第四段挤出温度为200℃，模头温度200℃，螺杆转速75rpm；再冷却，切割，得到一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材。
对比例一
一种现有PPR管材，其配方为：100kg无规共聚聚丙烯、2kg色母粒、0.5kg抗氧剂、1.5kg硅烷类偶联剂。其中，所述抗氧剂由主抗氧剂和辅抗氧剂组成，其中，主抗氧剂和辅抗氧剂重量比为1：0.1，所述主抗氧剂为2、8-二叔丁基4-甲基苯酚；所述辅抗氧剂为亚磷酸季戊四醇脂。
上述原料及辅料在高混机中混合均匀，用双螺杆挤出机熔融共混挤出，第一段挤出温度180℃，第二段挤出温度190℃，第三段挤出温度195℃，第四段挤出温度200℃，模头温度205℃，螺杆转速为75rpm，再冷却，切割，制备得到所述现有PPR管材。
将以上各实施例(一至七)与对比例一所制得的PPR管材按照国标GB/T1843-2008在-20℃条件下进行冲击测试，冲击强度取平均值。按GB/T-78742-2002简支梁冲击试验。按GB/T 9979-2005进行低温拉伸性能测试。试验结果如下表所示：
表1实施例一至七与对比例一不同条件下制备PPR管材性能指标
从上表中可以看出本发明中实施例提供的试验PPR管材具有较好的抗低温冲击性和拉伸强度，实施例一和二的抗低温冲击性能最强，更加适合严寒地带的大规模使用。
以上说明仅为本发明的应用实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材，其特征在于，按质量份数计包括以下组分：无规共聚聚丙烯100份、增韧剂1-20份、色母粒0.1-5份、抗氧剂0.1-1份、硅烷偶联剂1-2份、静电纺丝纤维负载β成核剂0.1-2份。
2.根据权利要求1所述的一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材，其特征在于，所述静电纺丝纤维负载β成核剂通过以下方法制备：在高压静电纺丝机中加入纺丝溶液纺丝出静电纺丝纤维，将静电纺丝纤维和β成核剂加入高速搅拌机中搅拌均匀，室温干燥后研磨成粉。
3.根据权利要求2所述的一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材，其特征在于，所述纺丝溶液的溶质选自聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚碳酸酯中的一种或多种。
4.根据权利要求2或3所述的一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材，其特征在于，所述纺丝溶液的溶剂选自甲酸、二硫化碳、二甲基甲酰胺中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材，其特征在于，所述β成核剂选自酰胺类成核剂、金属配合物成核剂中的一种或两种。
6.根据权利要求5所述的一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材，其特征在于，所述酰胺类成核剂选自均苯三甲酸酰胺类衍生物、己二酸与庚二酸的二元复合体系中的一种或两种，所述金属配合物成核剂为辛二酸钙。
7.根据权利要求2所述的一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材，其特征在于，所述静电纺丝纤维负载β成核剂中静电纺丝纤维与β成核剂的质量比为100:1～40。
8.根据权利要求7所述的一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材，其特征在于，所述静电纺丝纤维与β成核剂的质量比为100:10～20。
9.根据权利要求1所述的一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材，其特征在于，所述增韧剂为TPR弹性体2008A、TPR弹性体2095、TPR弹性体2096或者乙烯-辛烯共聚物与高密度聚乙烯的混合物，所述乙烯-辛烯共聚物与高密度聚乙烯的质量比为2:1。
10.根据权利要求1所述的一种具有抗低温冲击韧性的PPR管材，其特征在于，所述抗氧剂包括质量比为1：0.1的主抗氧剂和辅抗氧剂，所述地主抗氧剂为2、8-二叔丁基4-甲基苯酚，所述辅抗氧剂为亚磷酸季戊四醇脂。
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