CN116218065A - 一种高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料及其制备方法、应用 - Google Patents

一种高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料及其制备方法、应用 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料及其制备方法、应用，按质量份数计，各组分如下：主料：聚乙烯破碎料50份，滑石粉10‑20份，碳酸钙5‑15份，超高分子量聚乙烯料10‑20份；辅料：硬脂酸锌1‑3份，硬脂酸2‑4份，偶联剂2‑4份，相容剂1‑3份，分散剂1‑3份，抗氧剂0.5‑1份，色母料0.5‑1份。本申请提供的功能母料能够增强聚乙烯类塑料的耐磨性，提高市政排污管的使用寿命，用于降低聚乙烯类塑料的内壁摩擦系数，降低摩阻，减少排污沉淀及结垢，提高实际排污效率。

Description

一种高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料及其制备方法、应用
技术领域
本申请涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料及其制备方法、应用。
背景技术
市政公路两边，工厂、单位，居民小区里的排污管道主要有水泥管、PVC(聚氯乙烯)，PE(聚乙烯)，PPR(聚丙烯)，UPVC(硬聚氯乙烯)波纹管，直径在0.05-2米之间，包含排雨管道，排污管道，生活，生产管道，管道都是圆形的管道。目前，对于聚乙烯类排污管道更多集中于其刚性和韧性的提升。
然而，在实际应用时，管道内污水含有的杂质，泥沙等形成泥浆，对管道内壁形成冲刷磨损，影响管道使用寿命。管道内压力不大，流速不大时，管道水流小，由于管道摩阻较大，容易在管道产生沉淀，堵塞管道，导致管道无法正常使用，影响排污效果。加之市政公路两边的排污管道，很难及时及时疏通，导致污水外溢，尤其是雨季时，市政公路两边的排污管道，堵塞，小区路面，公路地面，积水严重，导致居民楼房地下室渗水，路面一片积水，因这个原因，发生的人员财产损失很大。
因此，如何解决现有聚乙烯排污管耐磨性低、摩擦阻力大的问题，增强聚乙烯类排污管的应用功能，具有广泛的应用前景。
发明内容
本申请实施例提供一种高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料及其制备方法、应用，以解决相关技术中聚乙烯类排污管存在耐磨性低、摩擦阻力大的问题。
本申请提供的技术方案具体如下：
第一方面，本申请提供了一种高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料，按质量份数计，各组分如下：
主料：
聚乙烯破碎料50份，
滑石粉10-20份，
碳酸钙5-15份，
超高分子量聚乙烯料10-20份；
辅料：
硬脂酸锌1-3份，
硬脂酸2-4份，
偶联剂2-4份，
相容剂1-3份，
分散剂1-3份，
抗氧剂0.5-1份，
色母料0.5-1份。
一些实施例中，所述聚乙烯破碎料包括废旧再生高密度聚乙烯、废旧再生低密度聚乙烯中的一种或多种。
一些实施例中，所述超高分子量聚乙烯料的粘均分子量为150-300万，粒径为3-5mm，黏数为1200-1600ml/g；
所述聚乙烯破碎料的粘均分子量为10-20万。
一些实施例中，所述偶联剂包括铝酸酯类偶联剂、钛酸酯类偶联剂中的一种或多种；
和/或，所述相容剂包括丙烯酸酯类相容剂。
和/或，所述分散剂包括聚乙烯蜡。
和/或，所述抗氧剂包括亚磷酸三苯酯。
一些实施例中，所述色母料包括无机类镉红、镉黄、钛白粉、炭黑、氧化铁红、氧化铁黄中的一种或多种。
第二方面，本申请还提供了如上所述的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料的制备方法，包括如下步骤：
将主料组分与辅料组分混炼均匀，得到混料；
将混料依次经挤出机挤出、冷却、切粒，即得高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料。
一些实施例中，“将主料组分与辅料组分混炼均匀”包括如下步骤：
将硬脂酸锌、硬脂酸、偶联剂、相容剂、分散剂、抗氧剂、色母料混合形成辅料包；
将聚乙烯破碎料、滑石粉、碳酸钙、超高分子量聚乙烯料与所述辅料包经密闭式混炼机密炼，密炼温度为200-210℃，密炼时间为20-30min。
一些实施例中，“将主料组分与辅料组分混炼均匀”包括如下步骤：
将硬脂酸锌、硬脂酸、偶联剂、抗氧剂、色母料混合形成辅料包；
将滑石粉和碳酸钙预混3-4min，加入所述辅料包混合至温度为100-110℃，加入聚乙烯破碎料、超高分子量聚乙烯料、相容剂和分散剂混均，冷却至45-55℃。
一些实施例中，所述挤出机的机筒温度设定为200-220℃，模具温度设定为190-200℃。
第三方面，本申请提供了如上所述的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料在制备聚乙烯塑料中的应用。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
(1)通过普通分子量聚乙烯破碎料中混入一定量超高分子量聚乙烯，并以相容剂及硬脂酸锌减少熔融温度差异的影响，促进两种不同分子量材料的熔融相容，实现普通低分子量聚乙烯中“植入”超高分子量聚乙烯的高耐磨、自润滑性能，从而宏观提高材料制品耐磨性，降低动摩擦系数，减少材料制品摩阻；
(2)滑石粉和碳酸钙价格较低、硬度较高，增强了材料制品的耐磨性和刚性，降低生产成本，加入偶联剂作为滑石粉和碳酸钙的表面处理剂，提高其与有机物聚乙烯材料的界面结合力，形成应力集中点，改变聚乙烯树脂的结晶度和结晶区域分布，提高了材料制品的强度和韧性；
(3)使用硬脂酸对滑石粉和碳酸钙进行表面活化处理，降低无机物的吸油值，促使无机粉体充分均匀的分散于聚乙烯基体中。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
第一方面，本申请实施例提供了一种高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料，按质量份数计，各组分如下：
主料：
聚乙烯破碎料50份，
滑石粉10-20份，
碳酸钙5-15份，
超高分子量聚乙烯料10-20份；
辅料：
硬脂酸锌1-3份，
硬脂酸2-4份，
偶联剂2-4份，
相容剂1-3份，
分散剂1-3份，
抗氧剂0.5-1份，
色母料0.5-1份。
本申请通过普通分子量聚乙烯破碎料中混入一定量超高分子量聚乙烯，并以相容剂及硬脂酸锌减少熔融温度差异的影响，促进两种不同分子量材料的熔融相容，实现普通低分子量聚乙烯中“植入”超高分子量聚乙烯的高耐磨、自润滑性能，从而宏观提高材料制品耐磨性，降低动摩擦系数，减少材料制品摩阻；
滑石粉和碳酸钙价格较低、硬度较高，增强了材料制品的耐磨性和刚性，降低生产成本，加入偶联剂作为滑石粉和碳酸钙的表面处理剂，提高其与有机物聚乙烯材料的界面结合力，形成应力集中点，改变聚乙烯树脂的结晶度和结晶区域分布，并随着分子量的增大，晶粒尺寸减小，晶粒密度增加，直接影响了非晶区的尺寸变化。在结晶度相近的情况下，非结晶层的厚度主要承载外部的能量吸收与转化，即非晶层的厚度增加提高了材料制品的强度和韧性，同时无机滑石粉和碳酸钙的硬度较高，提高了材料制品的强度和韧性；
使用硬脂酸对滑石粉和碳酸钙进行表面活化处理，降低无机物的吸油值，促使无机粉体充分均匀的分散于聚乙烯基体中。
在一些实施例中，所述聚乙烯破碎料包括废旧再生高密度聚乙烯、废旧再生低密度聚乙烯中的一种或多种。
通过采用洁净再生聚乙烯料作为功能母料的基本载体料，环保的同时具有良好的外观和凝结度，进一步的，优选所述聚乙烯破碎料的熔体质量流动速率为5-10g/10min，作为聚乙烯破碎料的一个示例，例如线性低密度聚乙烯再生料。
在一些实施例中，所述超高分子量聚乙烯料的粘均分子量为150-300万，粒径为3-5mm，黏数为1200-1600ml/g；
所述聚乙烯破碎料的粘均分子量为10-20万。
进一步的，优选所述超高分子量聚乙烯料为洁净再生料，进一步提高功能母料的经济环保效益。
本申请以低分子量聚乙烯掺和高分子量聚乙烯，确保聚乙烯塑料具有足够刚性和韧性的同时提高其耐磨性，降低摩擦阻力。
在一些实施例中，所述滑石粉是未经活化处理的滑石粉，进一步的，所述滑石粉为800-1000目，粒径均匀。
在一些实施例中，所述碳酸钙是重质未经活化处理的碳酸钙，进一步的，所述碳酸钙为1000-1200目，粒径均匀；
在一些实施例中，所述偶联剂包括铝酸酯类偶联剂、钛酸酯类偶联剂中的一种或多种；
和/或，所述相容剂包括丙烯酸酯类相容剂。
和/或，所述分散剂包括聚乙烯蜡。
和/或，所述抗氧剂包括亚磷酸三苯酯。
偶联剂用于滑石粉和碳酸钙的表面处理，提高其与有机物聚乙烯的界面结合力；
相容剂用于促进聚乙烯破碎料与超高分子量聚乙烯料的熔融相容，作为相容剂的示例，例如：甲基丙烯酸甲酯、ACR树脂(丙烯酸类单体乳化接枝物)等；
分散剂用于提高各组分的分散均匀性，进一步的，所述聚乙烯蜡采用裂解法制取，熔点为100-120℃；
抗氧剂用于提高聚乙烯材料的耐候性，延长使用寿命；
在一些实施例中，所述色母料包括无机类镉红、镉黄、钛白粉、炭黑、氧化铁红、氧化铁黄中的一种或多种。
在一些实施例中，所述功能母料也可不添加硬脂酸锌，通过增大硬脂酸的添加量能够达到同样的效果，例如可使用硬脂酸锌两倍量的硬脂酸来替代硬脂酸锌。
在一些实施例中，还可使用工业白油20#来替代硬脂酸，能够达到同样的效果。
第二方面，本申请还提供了如上所述的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料的制备方法，包括如下步骤：
将主料组分与辅料组分混炼均匀，得到混料；
将混料依次经挤出机挤出、冷却、切粒，即得高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料。
在一些实施例中，所述冷却的方式包括但不限于：履带式风冷冷却、浸水冷却鼓风干燥等。
在一些实施例中，所述切粒的方式包括但不限于：切粒机切粒、水环式切粒离心干燥等。
在一些实施例中，“挤出机挤出”的操作步骤包括：
将混料加入同向双螺杆挤出机下料口，经塑化挤出形成直径3-5mm熔融拉条。
在一些实施例中，“将主料组分与辅料组分混炼均匀”包括如下步骤：
将硬脂酸锌、硬脂酸、偶联剂、相容剂、分散剂、抗氧剂、色母料混合形成辅料包；
将聚乙烯破碎料、滑石粉、碳酸钙、超高分子量聚乙烯料与所述辅料包经密闭式混炼机密炼，密炼温度为200-210℃，密炼时间为20-30min。
在一些实施例中，“将主料组分与辅料组分混炼均匀”包括如下步骤：
将硬脂酸锌、硬脂酸、偶联剂、抗氧剂、色母料混合形成辅料包；
将滑石粉和碳酸钙预混3-4min，加入所述辅料包混合至温度为100-110℃，加入聚乙烯破碎料、超高分子量聚乙烯料、相容剂和分散剂混均，冷却至45-55℃。
在一些实施例中，所述挤出机的机筒温度设定为200-220℃，模具温度设定为190-200℃。
本申请提供的制备方法，能够充分促进主料之间的相容和分散性提高产品质量。
第三方面，本申请提供了如上所述的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料在制备聚乙烯塑料中的应用。
本申请提供的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料可与普通聚乙烯生产料配合使用，制备出的聚乙烯塑料具有良好的刚性、韧性、耐磨性和低摩阻性，提高聚乙烯排污管的使用寿命和使用效果。
以下通过具体实施例对本申请进行进一步的说明。
原料说明：
聚乙烯破碎料：高密度聚乙烯和低密度聚乙烯共混再生洁净料，熔体质量流动速率为8-10g/10min；
滑石粉：辽宁海城牌楼镇守信矿产品加工厂A型800-1000目；
碳酸钙：杭州正和纳米科技有限公司1000-1200目天然重质碳酸钙；
超高分子量聚乙烯料：超高分子聚乙烯再生洁净料，分子量150万-300万；
硬脂酸锌：中山华明泰化工股份有限公司牌号BT2818；
硬脂酸：马来西亚1803型；
偶联剂：东莞鼎海塑胶有限公司DL411；
抗氧剂：张家港雅瑞化工有限公司亚磷酸三苯酯TPPi；
色母料：重庆澳彩新材料股份有限公司T09294黑色母料；
聚乙烯生产料：HDPE高密度聚乙烯PE100级，中石油牌号7260。
实施例1
本实施例提供了一种高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料及其制备方法、应用。
(1)高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料制备过程如下：
101：将1.5份硬脂酸锌、2份硬脂酸、2份偶联剂、0.5份抗氧剂、0.5份色母料混合形成辅料包；
102：将15份滑石粉和10份碳酸钙加入高速混料机中预混3min，加入辅料包继续高速混合直至高混温度为110℃后，排入低速混料机，加入50份聚乙烯破碎料、15份超高分子量聚乙烯料、1.5份相容剂和2份分散剂，低混冷却至55℃排料；
103：将混料加入同向双螺杆挤出机下料口，经再塑化挤出形成直径3-5mm熔融拉条，同向双螺杆挤出机机筒温度设定为200-220℃，模具温度设定为190-200℃；
104：挤出料经履带式风冷冷却、切粒机切粒，即得高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料。
(2)高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料的应用：
将步骤104制得的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料与聚乙烯生产料分别按质量比1:1和1:3共混，经硫化压片机制样，得到聚乙烯塑料，其中压片工艺为180℃预热3min，200℃高压15min，190℃低压10min。
实施例2
本实施例提供了一种高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料及其制备方法、应用。
(1)高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料制备过程如下：
101：将1.5份硬脂酸锌、2份硬脂酸、2份偶联剂、0.5份抗氧剂、0.5份色母料混合形成辅料包；
102：将10份滑石粉和15份碳酸钙加入高速混料机中预混3min，加入辅料包继续高速混合直至高混温度为110℃后，排入低速混料机，加入50份聚乙烯破碎料、15份超高分子量聚乙烯料、1.5份相容剂和2份分散剂，低混冷却至55℃排料；
103：将混料加入同向双螺杆挤出机下料口，经再塑化挤出形成直径3-5mm熔融拉条，同向双螺杆挤出机机筒温度设定为200-220℃，模具温度设定为190-200℃；
104：挤出料经履带式风冷冷却、切粒机切粒，即得高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料。
(2)高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料的应用：
将步骤104制得的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料与聚乙烯生产料分别按质量比1:1和1:3共混，经硫化压片机制样，得到聚乙烯塑料，其中压片工艺为180℃预热3min，200℃高压15min，190℃低压10min。
实施例3
本实施例提供了一种高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料及其制备方法、应用。
(1)高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料制备过程如下：
101：将1份硬脂酸锌、2份硬脂酸、2.5份偶联剂、0.5份抗氧剂、0.5份色母料混合形成辅料包；
102：将15份滑石粉和15份碳酸钙加入高速混料机中预混3min，加入辅料包继续高速混合直至高混温度为110℃后，排入低速混料机，加入50份聚乙烯破碎料、10份超高分子量聚乙烯料、1份相容剂和2.5份分散剂，低混冷却至55℃排料；
103：将混料加入同向双螺杆挤出机下料口，经再塑化挤出形成直径3-5mm熔融拉条，同向双螺杆挤出机机筒温度设定为200-220℃，模具温度设定为190-200℃；
104：挤出料经履带式风冷冷却、切粒机切粒，即得高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料。
(2)高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料的应用：
将步骤104制得的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料与聚乙烯生产料分别按质量比1:1和1:3共混，经硫化压片机制样，得到聚乙烯塑料，其中压片工艺为180℃预热3min，200℃高压15min，190℃低压10min。
实施例4
本实施例提供了一种高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料及其制备方法、应用。
(1)高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料制备过程如下：
101：将2.5份硬脂酸锌、1份硬脂酸、3份偶联剂、0.5份抗氧剂、0.5份色母料混合形成辅料包；
102：将10份滑石粉和10份碳酸钙加入高速混料机中预混3min，加入辅料包继续高速混合直至高混温度为110℃后，排入低速混料机，加入50份聚乙烯破碎料、20份超高分子量聚乙烯料、1份相容剂和1.5份分散剂，低混冷却至55℃排料；
103：将混料加入同向双螺杆挤出机下料口，经再塑化挤出形成直径3-5mm熔融拉条，同向双螺杆挤出机机筒温度设定为200-220℃，模具温度设定为190-200℃；
104：挤出料经履带式风冷冷却、切粒机切粒，即得高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料。
(2)高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料的应用：
将步骤104制得的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料与聚乙烯生产料分别按质量比1:1和1:3共混，经硫化压片机制样，得到聚乙烯塑料，其中压片工艺为180℃预热3min，200℃高压15min，190℃低压10min。
对比例1
本对比例提供了一种聚乙烯功能母料及其制备方法、应用。
其包括实施例1的大部分操作步骤，不同之处仅在于：
不添加滑石粉。
对比例2
本对比例提供了一种聚乙烯功能母料及其制备方法、应用。
其包括实施例1的大部分操作，不同之处仅在于：
不添加碳酸钙。
对比例3
本对比例提供了一种聚乙烯功能母料及其制备方法、应用。
其包括实施例1的大部分操作，不同之处仅在于：
不添加超高分子量聚乙烯料。
表1：各实施例和对比例中聚乙烯功能母料配方成分。(单位：份)
Figure BDA0004020522910000121
注：表1和表2中的“S”代表“实施例”，例如：S1指的是实施例1；“D”代表“对比例”，例如：D1指的是对比例1。
性能测试
将实施例1-4和对比例1-3各制得的聚乙烯塑料进行如下性能测试：
磨损率：参照SH/T 1818-2017规定进行；
动摩擦系数：GB10006-88规定，结果填入表2。
表2
Figure BDA0004020522910000131
表2中，磨损率越小，耐磨性越优，动摩擦系数越小，摩阻越小，结合实施例1-4与空白组的数据可以看出，添加有本申请提供的功能母料的聚乙烯塑料，相比于现有的普通聚乙烯生产料，磨损率由0.646％降至0.5％以下，动摩擦系数由0.545降至0.4以下，说明本申请提供的功能母料能够有效提高聚乙烯塑料的耐磨性、降低摩擦阻力；
结合实施例1、对比例3和空白组的测试结果，对比例3与实施例1相比，不添加超高分子量聚乙烯料，其磨损率在0.6％以上，动摩擦系数在0.5以上，与普通生产料的性能差别不大，而实施例1中通过添加一定量的超高分子量聚乙烯料，能够将磨损率降至0.5％以下，动摩擦系数降至0.4以下，说明本申请方案通过添加超高分子量聚乙烯料，能够有效提高聚乙烯塑料耐磨性、降低摩阻。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料，其特征在于，按质量份数计，各组分如下：
主料：
聚乙烯破碎料50份，
滑石粉10-20份，
碳酸钙5-15份，
超高分子量聚乙烯料10-20份；
辅料：
硬脂酸锌1-3份，
硬脂酸2-4份，
偶联剂2-4份，
相容剂1-3份，
分散剂1-3份，
抗氧剂0.5-1份，
色母料0.5-1份。
2.如权利要求1所述的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料，其特征在于，所述聚乙烯破碎料包括废旧再生高密度聚乙烯、废旧再生低密度聚乙烯中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯料的粘均分子量为150-300万，粒径为3-5mm，黏数为1200-1600ml/g；
所述聚乙烯破碎料的粘均分子量为10-20万。
4.如权利要求1所述的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料，其特征在于，所述偶联剂包括铝酸酯类偶联剂、钛酸酯类偶联剂中的一种或多种；
和/或，所述相容剂包括丙烯酸酯类相容剂。
和/或，所述分散剂包括聚乙烯蜡。
和/或，所述抗氧剂包括亚磷酸三苯酯。
5.如权利要求1所述的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料，其特征在于，所述色母料包括无机类镉红、镉黄、钛白粉、炭黑、氧化铁红、氧化铁黄中的一种或多种。
6.如权利要求1-5任一所述的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将主料组分与辅料组分混炼均匀，得到混料；
将混料依次经挤出机挤出、冷却、切粒，即得高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料。
7.如权利要求6所述的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料的制备方法，其特征在于，“将主料组分与辅料组分混炼均匀”包括如下步骤：
将硬脂酸锌、硬脂酸、偶联剂、相容剂、分散剂、抗氧剂、色母料混合形成辅料包；
将聚乙烯破碎料、滑石粉、碳酸钙、超高分子量聚乙烯料与所述辅料包经密闭式混炼机密炼，密炼温度为200-210℃，密炼时间为20-30min。
8.如权利要求6所述的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料的制备方法，其特征在于，“将主料组分与辅料组分混炼均匀”包括如下步骤：
将硬脂酸锌、硬脂酸、偶联剂、抗氧剂、色母料混合形成辅料包；
将滑石粉和碳酸钙预混3-4min，加入所述辅料包混合至温度为100-110℃，加入聚乙烯破碎料、超高分子量聚乙烯料、相容剂和分散剂混均，冷却至45-55℃。
9.如权利要求6所述的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料的制备方法，其特征在于，所述挤出机的机筒温度设定为200-220℃，模具温度设定为190-200℃。
10.如权利要求1-5任一所述的高耐磨低摩阻聚乙烯功能母料在制备聚乙烯塑料中的应用。
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