一种高抗压的PVC引排水管材及其制备方法和应用与流程

一种高抗压的pvc引排水管材及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于pvc管材技术领域，具体涉及一种高抗压的pvc引排水管材及其制备方法和应用。


背景技术：

2.现如今管道灌溉技术正逐步取代明渠输水灌溉，农用pvc引排水管在其中起到了重要作用，但是农用pvc引排水管在灌溉管路中要进行埋地，埋地暗管在农业机具和车辆等高外荷载的作用下容易发生变形破损，因此开发出一种高抗压、环刚度优越的的农用pvc引排水管是现在pvc引排水管发展重要方向。
3.碳酸钙在热塑性塑料中具有高白度、对机械部件磨损小、降低收缩、增加韧性及弹性模量、冲击强度和改进稳定性和抗老化性等优点，且价格便宜，使用范围广泛。目前市场上pvc引排水管还是以添加碳酸钙来作为管道的常规无机填料，或者选用价格昂贵的填料来增强管道力学性能。但是碳酸钙表面亲水疏油、表面能高、颗粒间极易团聚，常用的方法是对碳酸钙进行表面活化，使其性质从亲水性向疏水性转变，但是常规的硅烷偶联剂表面处理碳酸钙的效果不理想，导致管材抗压性能下降。过多填充价格昂贵的填料又会导致产品成本过高，难以有效的推广。
4.因此，开发一种力学性能特别是抗压性能优异，成本低，易于推广应用的pvc管材具有重要的研究意义和应用价值。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中的pvc引排水管抗压性能不佳，成本高，不利于推广应用的缺陷或不足，提供一种高抗压的pvc引排水管材。本发明选用脂环族环氧基硅烷偶联剂和纳米二氧化硅对碳酸钙进行混合法改性处理，大大增强了pvc管的力学性能(冲击强度、拉伸强度、环刚度、断裂伸长率等)，特别是抗压性能，且成本低，利于推广应用。
6.本发明的另一目的在于提供上述高抗压的pvc引排水管材的制备方法。
7.本发明的另一目的在于提供上述高抗压的pvc引排水管材在管道灌溉方面中的应用。
8.为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
9.一种高抗压的pvc引排水管材，由如下重量份数的组分组成：
[0010][0011]
纳米二氧化硅可以使塑料变得更加致密，能提高其强度、韧性、防水性能和抗老化性能，但如果大量填充纳米二氧化硅，则成本较高，无法广泛应用在pvc引排水管上。
[0012]
本发明的发明人尝试利用碳酸钙和纳米二氧化硅来作为填料，但研究发现，如直接选用纳米二氧化硅，二氧化硅因为其目数高易团聚，无法实现较均匀的分散，同时碳酸钙表面亲水疏油也无法避免的团聚，对管材抗压性能的改善效果不大。如选用常规的硅烷偶联剂(例如a
‑
150乙稀基三氯硅烷、a
‑
171乙稀基三甲氧基硅烷等)对纳米二氧化硅和碳酸钙进行改性处理，虽然硅烷偶联剂能够有效的表面处理纳米二氧化硅，使其分散均匀。但对于一般的硅烷偶联剂，羟基数过少，和碳酸钙表面作用较小，仍无法避免碳酸钙的团聚，管材的抗压性能也不佳。
[0013]
经过多次试验发现，选用脂环族环氧基硅烷偶联剂和纳米二氧化硅对碳酸钙进行混合法改性处理，可以使得纳米二氧化硅、碳酸钙分散均匀，大大提高了抗压性能，其主要原因可能是：脂环族环氧基硅烷偶联剂与纳米二氧化硅表面结合效果好，并且脂环族环氧基硅烷偶联剂的环氧基是直接连接在环己基上，环氧基开环后能与pvc树脂能形成更紧密的刚性分子结构，可提高三者脂环族环氧基硅烷偶联剂、纳米二氧化硅和pvc树脂之间的结合、粘接和相容程度，最终形成空间网状结构，在高温混炼过程中，碳酸钙颗粒在空间网状结构内剧烈活动，减少了碳酸钙颗粒间团聚的现象，当受到外力冲击时，能形成更微小的空穴吸收能量，增强pvc管的抗压性能。
[0014]
本发明提供的pvc引排水管材利用碳酸钙、纳米二氧化硅和脂环族环氧基硅烷偶联剂的协同作用，大大增强了pvc管的抗压性能，且成本低，利于推广应用。
[0015]
优选地，高抗压的pvc引排水管材由如下重量份数的组分组成：
[0016][0017]
优选地，所述脂环族环氧基硅烷偶联剂为kh
‑
566、a
‑
186或kh
‑
1771中的一种或几种。
[0018]
优选地，所述稳定剂为钙锌类稳定剂。
[0019]
钙锌类稳定剂具有良好的热稳定性、光稳定性、透明性和着色力。
[0020]
更为优选地，所述钙锌类稳定剂为jcs
‑
108a、jcs
‑
108b、jcs
‑
315a中的一种或几种。
[0021]
优选地，所述润滑剂为聚乙烯蜡、石蜡或硬脂酸中的一种或几种。
[0022]
润滑剂能够降低pvc加工过程中分子之间及其与加工设备之间的摩擦，从而改善树脂的流动性，提高制品的透明度及光洁度。
[0023]
优选地，所述抗冲改性剂为甲基丙烯酸甲酯、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物(mbs类)或氯化聚乙烯(cpe)中的一种或几种。
[0024]
更为优选地，所述甲基丙烯酸甲酯、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物为lb
‑
564、b
‑
564或mbs
‑
66中的一种或几种。
[0025]
更为优选地，所述氯化聚乙烯为cpe
‑
135a、cpe
‑
135b或cpe
‑
140b中的一种或几种。
[0026]
优选地，钛白粉为金红石型钛白粉或锐钛型钛白粉。
[0027]
金红石型钛白粉或锐钛型钛白粉结构致密，比较稳定，光学活性小，有较高的遮盖力和消色力，提高管材的白度和耐候性。
[0028]
优选地，所述加工助剂为丙烯酸酯类化合物。
[0029]
更为优选地，所述丙烯酸酯类化合物为lpa40、pa20或k400p中的一种或几种。
[0030]
上述高抗压的pvc引排水管材的制备方法，包括如下步骤：将pvc树脂、碳酸钙、纳米二氧化硅、脂环族环氧基硅烷偶联剂、稳定剂、润滑剂、抗冲改性剂、钛白粉和加工助剂混合，干燥后热混，冷混，造粒，成型。
[0031]
具体地，包括如下步骤：将pvc树脂、碳酸钙、纳米二氧化硅、脂环族环氧基硅烷偶联剂、稳定剂、润滑剂、抗冲改性剂、钛白粉和加工助剂于105～110℃下进行干燥处理，烘干水分，再经高速混合机(热混机)进行混合，热混至120～130℃，然后排入低速混合机(冷混机)中冷却，冷混到40～45℃出料，最后在挤出机中进行造粒，所得粒料再挤出成型。
[0032]
上述高抗压的pvc引排水管材在管道灌溉方面中的应用也在本发明的保护范围
内。
[0033]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0034]
本发明选用脂环族环氧基硅烷偶联剂和纳米二氧化硅对碳酸钙进行混合法改性处理，大大增强了pvc管的力学性能(冲击强度、拉伸强度、环刚度、断裂伸长率等)，特别是抗压性能，且成本低，利于推广应用。
具体实施方式
[0035]
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
[0036]
实施例1
[0037]
本实施例提供一种pvc引排水管，其配方如下。
[0038]
pvc树脂100份、碳酸钙20份、纳米二氧化硅1份、脂环族环氧基硅烷偶联剂(a
‑
186)1份、石蜡1份、pe蜡1份、硬脂酸1份、钛白粉(金红石型)5份、钙锌稳定剂(jcs
‑
108a)8份、加工助剂lpa40 0.5份、抗冲改性剂cpe
‑
135a0.5份。
[0039]
将上述各组分于105～110℃下进行干燥处理，烘干水分，在经热混机进行高速热混处理，热混至130℃，然后排入冷混机中将混好的物料进行冷却，冷混到45℃出料，在挤出机中进行造粒，所得粒料再挤出成型得pvc引排水管。
[0040]
实施例2
[0041]
本实施例提供一种pvc引排水管，其配方如下。
[0042]
pvc树脂100份、碳酸钙20份、纳米二氧化硅2份、脂环族环氧基硅烷偶联剂(a
‑
186)1份、石蜡1份、pe蜡1份、硬脂酸1份、钛白粉(金红石型)5份、钙锌稳定剂(jcs
‑
108a)8份、加工助剂lpa40 0.8份、抗冲改性剂cpe
‑
135a0.8份。
[0043]
按照实施例1相同的方法制备得到pvc引排水管。
[0044]
实施例3
[0045]
本实施例提供一种pvc引排水管，其配方如下。
[0046]
pvc树脂100份、碳酸钙20份、纳米二氧化硅3份、脂环族环氧基硅烷偶联剂(a
‑
186)1份、石蜡1份、pe蜡1份、硬脂酸1份、钛白粉(金红石型)5份、钙锌稳定剂(jcs
‑
108a)8份、加工助剂lpa40 0.2份、抗冲改性剂cpe
‑
135a0.2份。
[0047]
按照实施例1相同的方法制备得到pvc引排水管。
[0048]
实施例4
[0049]
本实施例提供一种pvc引排水管，其配方如下。
[0050]
pvc树脂100份、碳酸钙20份、纳米二氧化硅5份、脂环族环氧基硅烷偶联剂(a
‑
186)1份、石蜡1份、pe蜡1份、硬脂酸1份、钛白粉(锐钛型)5份、钙锌稳定剂(jcs
‑
108a)8份、加工助剂lpa40 0.5份、抗冲改性剂cpe
‑
135a0.5份。
[0051]
按照实施例1相同的方法制备得到pvc引排水管。
[0052]
实施例5
[0053]
本实施例提供一种pvc引排水管，其配方如下。
[0054]
pvc树脂100份、碳酸钙10份、纳米二氧化硅5份、脂环族环氧基硅烷偶联剂(a
‑
186)2份、石蜡0.5份、pe蜡0.5份、硬脂酸1份、钛白粉(金红石型)5份、钙锌稳定剂(jcs
‑
108a)5份、加工助剂lpa40 0.8份、抗冲改性剂cpe
‑
135a 0.8份。
[0055]
按照实施例1相同的方法制备得到pvc引排水管。
[0056]
实施例6
[0057]
本实施例提供一种pvc引排水管，其配方如下。
[0058]
pvc树脂100份、碳酸钙15份、纳米二氧化硅3份、脂环族环氧基硅烷偶联剂(a
‑
186)2份、石蜡0.5份、pe蜡0.5份、硬脂酸1份、钛白粉(锐钛型)5份、钙锌稳定剂(jcs
‑
315a)8份、加工助剂k400p 0.5份、抗冲改性剂cpe
‑
135b0.5份。
[0059]
按照实施例1相同的方法制备得到pvc引排水管。
[0060]
实施例7
[0061]
本实施例提供一种pvc引排水管，其配方中除选用的脂环族环氧基硅烷偶联剂为kh
‑
1771外，其余均与实施例2一致。
[0062]
对比例1
[0063]
本对比例提供一种pvc引排水管，其配方中除不选用纳米二氧化硅和脂环族环氧基硅烷偶联剂外，其余均与实施例2一致。
[0064]
对比例2
[0065]
本对比例提供一种pvc引排水管，其配方中除不选用脂环族环氧基硅烷偶联剂外，其余均与实施例2一致。
[0066]
对比例3
[0067]
本对比例提供一种pvc引排水管，其配方中除选用的偶联剂为a
‑
150，而不为脂环族环氧基硅烷偶联剂外，其余均与实施例2一致。
[0068]
对各实施例和对比例得到的管材进行如下测试，测试结果如表1。
[0069]
(1)拉伸强度测试：gb/t 1040.2
‑
2006塑料拉伸性能的测定第二部分。
[0070]
(2)断裂伸长率测试：gb/t 1040.2
‑
2006塑料拉伸性能的测定第二部分。
[0071]
(3)冲击强度测试：gb/t 1843塑料悬臂梁冲击强度的测定。
[0072]
(4)纵向回缩率测试：gb/t 6671热塑性管材回缩率的测定。
[0073]
(5)环刚度(5％内径形变)测试：gb/t 9467
‑
2015热塑性塑料管材环刚度的测定。
[0074]
表1各实施例和对比例提供的管材的性能测试结果
[0075][0076]
从表1可知，本发明各实施例的管材均具有较好的抗冲击抗压力学性能，其中实施例2的管材的冲击强度和拉伸强度、环刚度等力学性能最佳，断裂伸长率也保持在高水平上，表明碳酸钙、纳米二氧化硅和脂环族环氧基硅烷偶联剂的质量比为20:2:1时，三者协同增强效果最为优异。未添加纳米二氧化硅、硅烷偶联剂的对比例1的管材力学性能比相较于实施例1～7较差；仅添加碳酸钙和纳米二氧化硅的对比例2的管材比相较于实施例1～7、对比例1性能更低，未添加偶联剂处理的管材性能下降明显；添加了其它常规的硅烷偶联剂的对比例3的管材比相较于实施例1～7较差，和对比例2相近，表明普通硅烷偶联剂的处理效果和未添加偶联剂对对管材力学性能提升较差。
[0077]
本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。