CN110577692A - 一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子，包括以下重量份的原料：生物质碳酸钙贝壳粉100份；高密度聚乙烯8～15份；针状硅灰石1～3份；叶腊石微细粉1～2份；抗氧化剂1～2份；抗冲击改性剂1～5份；硬脂酸0.1～0.5份；石蜡2～8份；分散剂0.5～2份。其优点在于：生物质碳酸钙贝壳粉为生物成因碳酸钙，该无机成分在有机质的调控下经生物矿化形成，与有机较好的共生。增强填料中硅灰石、叶腊石微细粉为功能性粘土矿物，无毒、无害，在较大程度上提高波纹管产品的力学、热学化学稳定性能与延长其使用周期。

Description

一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子及制备方法
技术领域
本发明属于有机与无机复合的材料加工制备及相应的应用领域，具体涉及利用生物质固废资源即贝壳制备一种高强度、耐磨、耐腐的应用于制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子及制备方法。
背景技术
当前，环境与资源是当今社会关注的两大热点问题，节能、降耗等绿色环保理念逐渐深入人们日常的生产与生活中，“五水共制”、“空气净化” “垃圾分类”、“固废资源绿色处置与处理”等环保课题逐渐成为科研工作者趋之若鹜的研究焦点。就传统的塑料产业而言，鉴于传统塑料较难降解，其产生的“白色污染”问题给生态环境带来了不可估量的负面影响。另一方面，因传统的聚合物其源头物料主要为石油，而石油为一类不可再生资源，随着大量的开发及经过复杂的反应产生系列的衍生产物，石油资源在日渐减少的同时并产生大量的有害产物，同样给我们赖以生存的自然环境带来不可估量的危害，以致“温室效应”、“雾霾”等环境问题逐渐困扰着人们的生活。
高密度聚乙烯(HDPE)波纹管简称PE波纹管，因其波纹结构及PE材质的设计等，使其具有较强的抗压能力、良好的化学稳定性、耐低温性能、抗弯曲性与抗冲击性及便捷的施工性，因此被广泛应用于市政工程、住宅小区地下埋设排水排污、高速公路预埋管道、农田水利灌溉输水、排涝、化工与矿山用于流体的输送等。HDPE双壁波纹管是一种具有环状结构外壁和平滑内壁的管材，80年代初在德国首先研制成功。在生产工艺和使用技术上已经十分成熟，且由于其优异的性能和相对经济的造价，在欧美等发达国家已经得到了极大的推广和应用。然而当前，随着地下水体污染严重、特别是盐碱地地区对地下管道材质的耐酸碱性能要求的提升，因此波纹管在其制作工艺中多辅以功能性填充粒子作为填料以提高其终端产品的应用性能。与此同时，因成本较低的功能性填充粒子的加入，波纹管单位体积中的价值较高的聚乙烯原料的使用量较大程度降低，因此在实现终端产品优异性能的同时，实现了减塑、降塑、资源节约型的环保、绿色工业要求，因此具有明显的经济与社会效益。
贝壳，其物质组成主体为生物碳酸钙，且主要表现为方解石或文石或两者的结合形态。然而目前，事实上贝壳特别是用于养殖珍珠的母蚌，在其中的珍珠被采集后，脏臭的贝壳则被随意倾倒，占用大量的土地资源，影响美观，同时还给环境带来了较严重的负面影响。在国家针对固废资源绿色处理与处置要求日益升级的今天，特别是从贝壳固废资源的资源化、绿色利用，基于环境保护与提升波纹管材料应用性能并实现减塑、降塑的角度出发，以生物质碳酸钙贝壳粉、叶腊石微细粉、硅灰石等为复合填料对PE载体进行物化补强，上述复合材料被应用于制备PE波纹管外套层，以提升其力学、耐化学腐蚀等性能。
发明内容
本发明针对生物贝壳固废的处置现状，提供了一种高强度、耐磨、耐腐的应用于制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子及制备方法。
发明目的通过以下方案实现：一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子，包括以下重量份的原料：
生物质碳酸钙贝壳粉 100份
高密度聚乙烯 8～15份
针状硅灰石 1～3份
叶腊石微细粉 1～2份
抗氧化剂 1～2份
抗冲击改性剂 1～5份
硬脂酸 0.1～0.5份
石蜡 2～8份
分散剂 0.5～2份。
进一步的，包括以下优选的重量份的原料：
生物质碳酸钙贝壳粉 100份
高密度聚乙烯 8～10份
针状硅灰石 1～3份
叶腊石微细粉 1～2份
抗氧化剂 1～2份
抗冲击改性剂 3～5份
硬脂酸 0.3～0.5份
石蜡 5～8份
分散剂 1～2份。
进一步的，分散剂为PE蜡。
一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子的制备方法，包括以下制备工序：
第一步：生物贝壳在经清洗以除去外层泥垢、晾干，再经机械力粉碎、深度研磨制备成一定颗粒粒径的生物质碳酸钙贝壳粉，且粉体粒径为1000～1250目；
第二步：将上述生物质碳酸钙贝壳粉、针状硅灰石、短切碳纤维、叶腊石微细粉置于高速混合机中进行高速混合、分散, 高速混合物料体系温度需达到120～150℃，并得到复合粉体；
第三步：将步骤二所得的复合粉体与硬脂酸、硅烷偶联剂按配比置于高速混合机进行高速混合、改性，得到改性粉体；
第四步：将步骤三中所得的改性粉体与高密度聚乙烯、PE蜡、抗氧化剂、抗冲击改性剂按照一定的配比置于高速混合机进行高速混合，直至混合物充分塑化并呈半浆糊状，再通过双螺杆挤出造粒，即得到制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子。
进一步的，在步骤一中，首先，贝壳仅仅采用水清洗除去外层表面的残留污垢，无需进行贝壳表面的褐色或黑色的角质层的机械抛光除去或碱液除去,保留贝壳表面的褐色或黑色的角质层。
进一步的，步骤二中，高速混合的时间为20～50 min，温度为120～150℃，搅拌速度为600～800 r/min。
进一步的，步骤三中，高速混合的时间为15～30 min，温度为110～160℃，速度为600～800 r/min。
进一步的，步骤四中，高速混合的时间为10～40 min，温度为130～170℃，速度为600～800 r/min。
本发明的有益效果在于：
1、本发明采用复合型增强填料，并经过分散和改性处理，可均匀分布在填充粒子中。
2、本发明生物质碳酸钙贝壳粉为生物成因碳酸钙，该无机成分在有机质的调控下经生物矿化形成，与有机较好的共生。增强填料体系中择优选用的硅灰石、叶腊石微细粉为功能性粘土矿物，无毒、无害，在较大程度上提高波纹管产品的力学、热学化学稳定性能，并最终延长波纹管的使用周期。
3、本发明的复合填充粒子，可以用作地下埋设排水排污、高速公路预埋管道、农田水利灌溉输水、排涝管道制品的复合填充粒子，用以提高终端波纹管道材料的使用性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1，本发明的一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子，包括以下重量份的原料：
生物质碳酸钙贝壳粉 100份
高密度聚乙烯 8～15份
针状硅灰石 1～3份
叶腊石微细粉 1～2份
抗氧化剂 1～2份
抗冲击改性剂 1～5份
硬脂酸 0.1～0.5份
石蜡 2～8份
分散剂 0.5～2份。
一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子，包括以下优选的重量份的原料：
生物质碳酸钙贝壳粉 100份
高密度聚乙烯 8～10份
针状硅灰石 1～3份
叶腊石微细粉 1～2份
抗氧化剂 1～2份
抗冲击改性剂 3～5份
硬脂酸 0.3～0.5份
石蜡 5～8份
分散剂 1～2份。
一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子，分散剂为PE蜡。
一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子的制备方法，包括以下制备工序：
第一步：生物贝壳在经清洗以除去外层泥垢、晾干，再经机械力粉碎、深度研磨制备成一定颗粒粒径的生物质碳酸钙贝壳粉，且粉体粒径为1000～1250目；
第二步：将上述生物质碳酸钙贝壳粉、针状硅灰石、短切碳纤维、叶腊石微细粉置于高速混合机中进行高速混合、分散, 高速混合物料体系温度需达到120～150℃，并得到复合粉体；
第三步：将步骤二所得的复合粉体与硬脂酸、硅烷偶联剂按配比置于高速混合机进行高速混合、改性，得到改性粉体；
第四步：将步骤三中所得的改性粉体与高密度聚乙烯、PE蜡、抗氧化剂、抗冲击改性剂按照一定的配比置于高速混合机进行高速混合，直至混合物充分塑化并呈半浆糊状，再通过双螺杆挤出造粒，即得到制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子。
一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子的制备方法，步骤一中，首先，贝壳采用水清洗除去外层表面的残留污垢，无需进行贝壳表面的褐色或黑色的角质层的机械抛光除去或碱液除去,保留贝壳表面的褐色或黑色的角质层。
一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子的制备方法，步骤二中，高速混合的时间为20～50 min，温度为120～150 ℃，搅拌速度为600～800 r/min。
一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子的制备方法，步骤三中，高速混合的时间为15～30 min，温度为110～160 ℃，速度为600～800 r/min。
一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子的制备方法，步骤四中，高速混合的时间为10～40 min，温度为130～170 ℃，速度为600～800 r/min。
实施例2，一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子的制备方法，（1）分别称取2份针状硅灰石、3份叶腊石微细粉、100份生物质碳酸钙贝壳粉置于高速混合机进行高速混合，分散，混合时间为40 min，混合速度为 800 r/min、混合温度为120 ℃，得到分散粉体；
（2）将步骤（1）所得的分散粉体与0.3份硬脂酸置于高速混合机进行高速混合、改性，混合时间为30 min，混合速度为800 r/min、混合温度为120～130℃，得到改性粉体；
（3）将步骤（2）中所得的改性粉体与10份高密度聚乙烯和8份石蜡、0.8份PE蜡、0.5份抗氧化剂、1份抗冲击剂置于高速混合机进行高速混合，混合时间为20 min，混合速度为800r/min，混合温度为140～150 ℃，混合均匀后通过双螺杆挤出造粒，即得到波纹管外套层填充粒子。
实施例3，一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子的制备方法，
（1）分别称取3份针状硅灰石、4份叶腊石微细粉、100份生物质碳酸钙贝壳粉置于高速混合机进行高速混合，分散，混合时间为40 min，混合速度为 800 r/min、混合温度为120℃，得到分散粉体；
（2）将步骤（1）所得的分散粉体与0.5份硬脂酸置于高速混合机进行高速混合、改性，混合时间为30 min，混合速度为800 r/min、混合温度为120～130℃，得到改性粉体；
（3）将步骤（2）中所得的改性粉体与15份高密度聚乙烯和2份石蜡、0.5份PE蜡、1份抗氧化剂、0.5份抗冲击剂置于高速混合机进行高速混合，混合时间为20 min，混合速度为800r/min，混合温度为140～150 ℃，混合均匀后通过双螺杆挤出造粒，即得到波纹管外套层填充粒子。
实施例4，一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子的制备方法
（1）分别称取1份针状硅灰石、5份叶腊石微细粉、100份生物质碳酸钙贝壳粉置于高速混合机进行高速混合，分散，混合时间为40 min，混合速度为 800 r/min、混合温度为120℃，得到分散粉体；
（2）将步骤（1）所得的分散粉体与0.3份硬脂酸置于高速混合机进行高速混合、改性，混合时间为30 min，混合速度为800 r/min、混合温度为120～130℃，得到改性粉体；
（3）将步骤（2）中所得的改性粉体与8份高密度聚乙烯和8份石蜡、1份PE蜡、0.8份抗氧化剂、2份抗冲击剂置于高速混合机进行高速混合，混合时间为20 min，混合速度为800 r/min，混合温度为140～150 ℃，混合均匀后通过双螺杆挤出造粒，即得到波纹管外套层填充粒子。
拉伸性能测试实验 将制备好的波纹管外套层填充粒子进行注塑成型，制成待检测的样条，按照国家标准GB/TI040塑料拉伸试验方法测试样条的拉伸性能。测试结果如表1所示。
表1 实施例2～4和市售对比例样品的检测分析结果
样品名称 拉伸强度（MPa）
实施例2 32.5
实施例3 34.9
实施例4 31.8
对比例 24.4
通过表1中实施例2～4及对比例样品的拉伸性能检测结果可知，实施例2～4的拉伸性能明显优于对比例，说明实施例2～4样品具有较优的拉伸强度。本发明以具有纤维状的填料作为复合型补强成分，上述与同作为补强作用的碳酸钙相比，应具有明显的增强波纹管外套层材料机械力学的特性。
虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了描述，但是，本领域普通技术人员应当了解，可以不限于上述实施例的描述，在权利要求书的范围内，可作出形式和细节上的各种变化。

Claims (8)

1.一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子，其特征在于：包括以下重量份的原料：
生物质碳酸钙贝壳粉 100份
高密度聚乙烯 8～15份
针状硅灰石 1～3份
叶腊石微细粉 1～2份
抗氧化剂 1～2份
抗冲击改性剂 1～5份
硬脂酸 0.1～0.5份
石蜡 2～8份
分散剂 0.5～2份。
2.根据权利要求1所述的一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子，其特征在于：包括以下优选的重量份的原料：
生物质碳酸钙贝壳粉 100份
高密度聚乙烯 8～10份
针状硅灰石 1～3份
叶腊石微细粉 1～2份
抗氧化剂 1～2份
抗冲击改性剂 3～5份
硬脂酸 0.3～0.5份
石蜡 5～8份
分散剂 1～2份。
3.根据权利要求1所述的一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子，其特征在于：分散剂为PE蜡。
4.一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子的制备方法，其特征在于：包括以下制备工序：
第一步：生物贝壳在经清洗以除去外层泥垢、晾干，再经机械力粉碎、深度研磨制备成一定颗粒粒径的生物质碳酸钙贝壳粉，且粉体粒径为1000～1250目；
第二步：将上述生物质碳酸钙贝壳粉、针状硅灰石、短切碳纤维、叶腊石微细粉置于高速混合机中进行高速混合、分散, 高速混合物料体系温度需达到120～150℃，并得到复合粉体；
第三步：将步骤二所得的复合粉体与硬脂酸、硅烷偶联剂按配比置于高速混合机进行高速混合、改性，得到改性粉体；
第四步：将步骤三中所得的改性粉体与高密度聚乙烯、PE蜡、抗氧化剂、抗冲击改性剂按照一定的配比置于高速混合机进行高速混合，直至混合物充分塑化并呈半浆糊状，再通过双螺杆挤出造粒，即得到制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子。
5.根据权利要求4所述的一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子的制备方法，其特征在于：步骤一中，首先，贝壳采用水清洗除去外层表面的残留污垢，无需进行贝壳表面的褐色或黑色的角质层的机械抛光除去或碱液除去,保留贝壳表面的褐色或黑色的角质层。
6.根据权利要求4所述的一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子的制备方法，其特征在于：步骤二中，高速混合的时间为20～50 min，温度为120～150℃，搅拌速度为600～800 r/min。
7.根据权利要求4所述的一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子的制备方法，其特征在于：步骤三中，高速混合的时间为15～30 min，温度为110～160℃，速度为600～800 r/min。
8.根据权利要求4所述的一种制备聚乙烯波纹管外套层的复合填充粒子的制备方法，其特征在于：步骤四中，高速混合的时间为10～40 min，温度为130～170℃，速度为600～800 r/min。
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