一种环保高耐候pvc-m给水管材及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及化学建材技术领域，具体涉及一种环保高耐候PVC-M给水管材及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 聚氯乙烯PVC管道系统已经有近70年的发展历史，因为其高模量高强度和较 低价格的特点一直是全世界应用量最大的塑料管道系统；PVC-M管材作为一种高抗冲管材 既有PE管道的优点，又有UPVC安装、维修方便的优点，同时价格不高于UPVC管材，比PE管 道每米低于30%左右，因而PVC-M比UPVC、PE管道更具有广阔的前景；但是高抗冲类聚氯乙 烯给水管材通常以有机锡作为其稳定剂体系，其管材在生产加工中由于存在有毒的锡类气 体所以会给生产操作人员的健康一定风险，并且由于其自身的加工特点在环保方面也有很 大缺陷；现有的PVC-M管材在耐候性方面更是不具备很大优势，而在使用过程中PVC-M管材 经常出现变色老化从而降低使用寿命；因此亟需研究一种环保高耐候的PVC-M管材。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种环保高耐候PVC-M给水管材， 所述环保高耐候PVC-M给水管材通过使用特定的钙锌稳定剂并优化耐候性材料的使用，在 满足PVC-M给水管材高抗冲性能的前提下还改善了管材的环保和耐候性能，从而避免了生 产和使用中给人员带来的危害并提高产品的使用寿命。
[0004] 本发明的另一目的在于提供上述环保高耐候PVC-M给水管材的制备方法. 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种环保高耐候PVC-M给水管材，所述环保高耐候PVC-M给水管材由按如下质量分数 的原料组成： PVC树脂 100份； 钙锌稳定剂 4~6份； 金红石型钛白粉 6~10份； 光稳定剂 0. 3~2份； 抗氧剂 0. 5~1份； 抗冲改性剂 4~8份； 丙烯酸酯类加工助剂 0. 5~4份； 润滑剂 0. 5~4份； 其中，所述钙锌稳定剂的熔点为100~150°C，在115°C条件下加热2小时后的加热减 量彡2%，钙的质量含量为5~6%，180°C条件下，刚果红试纸变色等于3的时间大于30min ; 所述金红石型钛白粉的平均粒径为〇. 25~0. 45 ym ;所述光稳定剂由苯并三唑类光稳定剂 和炭黑按照质量比为1:1~3:1的比例组成。
[0005] 本发明中，选用特定的钙锌稳定剂来替代现有技术中常用的有机锡稳定剂以避免 管材在生产加工中由于有毒锡类气体的释放给生产操作人员造成的健康隐患；本发明选用 特定粒径范围的金红石型钛白粉、苯并三唑类光稳定剂和炭黑按一定比例复配得到的光稳 定剂体系以及抗氧剂三者的共同作用大幅度的提高了管材的耐候性能，从而提高产品的使 用寿命。
[0006] 优选地，所述环保高耐候PVC-M给水管材由按如下质量分数的原料组成： PVC树脂 100份； 钙锌稳定剂 4. 5~5份； 金红石型钛白粉 8~10份； 光稳定剂 1~2份； 抗氧剂 0. 8~1份； 抗冲改性剂 6~8份； 丙烯酸酯类加工助剂 1. 5~3份； 润滑剂 1~1. 5份。
[0007] 优选地，所述PVC树脂为SG-5树脂。
[0008] 选用钙锌稳定剂替代有机锡稳定剂是制造环保型管材的必然趋势，但是并不是所 有的钙锌稳定剂都能在改善环保性能的同时都具有较优的稳定性，发明人经过大量尝试之 后，发现当钙锌稳定剂的熔点为1〇〇~150°C，在115°C条件下加热2小时后的加热减量 彡2%，钙的质量含量为5~6%，并且在180°C条件下，刚果红试纸变色等于3的时间大于 30min时的钙锌稳定剂具有较好的稳定性，本发明所选用的钙锌稳定剂的热稳定性较强，在 使用过程中不会因为稳定性不足而造成产品颜色发黄或者加工过程中物料的分解等现象； 若选用稳定性较差的其它类钙锌稳定剂，如果想要达到相同的稳定效果则必然会增加稳定 剂的用量，而稳定剂用量的增加又会促使PVC-M给水管材中低分子量的物质含量变多，从 而显著降低PVC-M给水管材的物理性能；本发明选用的钙锌稳定剂的热稳定性较强，在保 证PVC-M给水管材的物理性能的同时提高了管材的热稳定性。
[0009] 优选地，所述钙锌稳定剂的熔点为100~130°C，加热减量< 1. 5%，钙的质量含量 为5. 5%，刚果红试纸变色等于3的时间大于30min ;进一步优选地，所述钙锌稳定剂的商品 牌号为5096或517B。
[0010] 在本发明中，选用粒径在0. 25~0. 45 ym之内的金红石型钛白粉，金红石型钛白 粉的粒径过大或过小均无法达到最佳的效果，这是因为：当钛白粉的粒径小于0. 25 ym时， 由于粒径太小使得钛白粉无法与较大颗粒的PVC树脂很好的分散，均匀性较差，无法充分 发挥其吸收紫外光、降低光氧降解的作用，并且由于其较差的分散性造成局部钛白粉较多， 使管材的拉伸强度和断裂伸长率都显著降低，影响管材的力学性能；而当钛白粉的粒径过 大，贝 lJ会直接影响到PVC管材的冲击性能和后续的老化性能；当金红石型钛白粉的粒径在 0. 25~0. 45 y m时，其既能很好的与PVC树脂进行分散，又对PVC树脂的力学性能的影响最 小；此时将金红石型钛白粉与本发明中的光稳定剂和抗氧化剂复配具有很好的耐候效果。
[0011] 优选地，所述金红石型钛白粉的平均粒径为〇. 25~0. 35 iim ;进一步优选地，所述 金红石型钛白粉表面使用总量为5%的无机氧化物或无机锆进行一次包覆，并使用总量为 0. 5%的有机物进行二次包覆，所述无机氧化物为硅铝氧化物，所述有机物可以为二甲基硅 烷、聚乙醇、三乙醇胺；本发明中无机包覆能够有效的提高产品的耐候性，有机包覆能够提 高金红石型钛白粉和PVC树脂之间的分子相容性和分散性，进而提升产品性能；更为优选 地，所述金红石型钛白粉的商品牌号为杜邦Ti-Pure R-105。
[0012] 本发明选用苯并三唑类光稳定剂和炭黑进行复配组成光稳定剂，苯并三唑类属于 光稳定剂中的紫外线吸收剂，它的保护机理是吸收并分散有害的紫外辐射，其分子结构中 存在的羟氧基与三唑基上的氮基所形成的氢键，在吸收紫外线光能后氢键破裂或形成异构 结构，把有害的光能转化为无害的热能，从而避免紫外辐射对聚合物树脂的伤害；炭黑和苯 并三唑类光稳定剂组合使用时，首先炭黑会屏蔽部分紫外光，然后苯并三唑类再削弱和转 化部分紫外光，从而使聚合物受到的紫外光辐射明显降低；发明人反复实验之后发现当两 者的质量比为1:1~3:1时具表现出了良好的耐候效果，当两者的质量比小于1:1时，其对 产品的颜色有不良影响，并且对产品耐候效果的改善较小，而当两者的质量比大于3:1时 对产品的耐候性不会再有显著提高并且还会显著增加生产成本。
[0013] 炭黑是光稳定剂中的光屏蔽剂，其可以在聚合物树脂和光辐射之间形成一道保护 屏障，使光不能直接照射入聚合物内部，其作用机理与钛白粉类似；本发明同时引入钛白 粉和炭黑是因为两者粒径的不同对紫外光的屏蔽效果会有互补作用，两者协同增效的效果 更显著；另外钛白粉较高的价格以及其在混合料中的分散效果制约了其添加量，而炭黑在 PVC树脂中的用量少、效果好、相对成本较低；将钛白粉和炭黑结合起来使用效果最佳。
[0014] 优选地，所述光稳定剂由苯并三唑类光稳定剂和炭黑按照质量比为1:1~2:1的 比例组成；进一步优选地，所述苯并三唑类光稳定剂的吸收波长为300~350nm，吸收系数 为40~50,选取此类光稳定剂的目的是，在本发明提供的配方体系中金红石型钛白粉对于 350~400nm的紫外光有很强的吸收作用，而对于低于350nm波长的紫外光的吸收效果并 不是很理想，所以用吸收波长为300~350nm的苯并三唑类来互补，而吸收系数方面尽量选 取此波长内吸收效率较大的苯并三唑类稳定剂；更为优选地，所述苯并三唑类光稳定剂为 2 (3'_叔丁基-2' -羟基-5' -甲基苯基）-5-氯苯并三唑；最优选地，所述苯并三唑类光 稳定剂的商品牌号为Tinuvin-326。
[0015] 优选地，所述炭黑的比表面积为100~150m2/g，粒径< 20nm ;发明人发现超出此 比