一种硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒及其制备方法和用途

摘要

一种硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒及其制备方法和用途，属于工程塑料用母粒技术领域。它由100份高密度聚乙烯、25-35份吸附剂、5-10份润滑剂、2-5份抗氧剂、2-5份光稳定剂及3-6份交联促进剂经高搅机搅拌、双螺杆挤出、造粒等得到该功能母粒，并用于大口径硅烷交联聚乙烯管材的挤出成型。本发明的功能母粒制备方法简单、适于工业化生产，而且将其用于大口径硅烷交联聚乙烯管材的挤出成型，管材加工稳定性好，得到的管材伸长率及自交联度速度均远远优于普通管材，本功能母粒给管道生产厂家带来了便利，可以根据不同的设备和管材规格进行添加，可直接在普通硅烷交联料中添加2-5%该母粒，搅拌均匀后便可挤出管材。

说明书

技术领域

本发明属于工程塑料用母粒技术领域，具体涉及一种应用于硅烷交联聚乙烯管材，能加快交联速度和改善挤出加工性能的硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒及其制备方法和用途。

背景技术

PEX材料有较好的耐热性、耐蠕变性能，目前市面上普通的硅烷交联料主要是用来生产小口径的管材（D20-25），大口径PEX管材（D110-315）的生产、应用在国内还是空白。普通两步法硅烷交联AB料生产管材，在生产过程中，会存在凝胶和设备积料的问题，因此设备需要定期的清理，连续性生产周期较短；从设备上改进成本较大而且不能与普通的PE管材挤出设备通用，因此给生产厂家增加了成本；另外普通的硅烷交联管材挤出后需要水煮，才能在短时间内完成交联，该工序增加了场地投入和能源消耗。尤其是在挤出生产大口径、壁厚交联管材过程中，上述两个问题更加突出，限制了PEX管材在大口径管道领域的应用和推广。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒，改善普通硅烷交联料的交联速度和加工性能，实现大口径PEX管材的硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒及其制备方法和用途。

所述的一种硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒，其特征在于其组份及重量份数如下：

高密度聚乙烯 100份    吸附剂 25-35份

润滑剂       5-10份   抗氧剂 2-5份

光稳定剂     2-5份    交联促进剂 3-6份。

其中高密度聚乙烯选用PE80管材级，作为母粒载体、吸附剂用于吸附低分子物质、润滑剂改善普通硅烷料加工性能和管材的表观、抗氧剂为了防止聚乙烯材料在加工过程和使用过程中氧化降解、光稳定剂提高管材在露天使用的抗老化性能、交联促进剂用于加速管材的交联速度。

所述的一种硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒，其特征在于其组份及重量份数如下：

高密度聚乙烯 100份    吸附剂 30份

润滑剂       8份      抗氧剂 4份

光稳定剂     4份      交联促进剂 5份。

所述的一种硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒，其特征在于所述的吸附剂为多孔状结构的铝硅酸盐矿物，其粒径为1000-3000目。

所述的一种硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒，其特征在于所述的润滑剂质量比为1:1的 N,N-已撑双硬脂酰胺和高分子量聚二甲基硅氧烷的混合物。

所述的一种硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒，其特征在于所述的高分子量聚二甲基硅氧烷分子量为40-80万。 

    所述的一种硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒，其特征在于所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168或抗氧剂330中的任意一种或一种以上的混合物。

    所述的一种硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒，其特征在于所述的光稳定剂为2-(3’,5’- 二特丁基-2’-羟基苯基)5氯苯并三唑、双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯或质量比为1：1的上述两者的混合物。

所述的一种硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒，其特征在于所述的交联促进剂为对叔丁基苯甲酸。

所述的硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒的制备方法，其特征在于：（1）将25-35份吸附剂在80℃的条件下，在高混机中按转速为700转/分下搅拌5分钟，静置冷却至室温；（2）接着将100份高密度聚乙烯、3-8份润滑剂、2-5份抗氧剂、2-5份光稳定剂和3-6份交联促进剂加入高混机中，在转速为400转/分的工艺下搅拌3分钟；(3)搅拌好后的料，再经双螺杆熔融挤出造粒，造粒工艺为温度180-200℃，双螺杆转速300-400转/分，造粒好后，同步进行干燥，在80℃下干燥4小时候后真空包装，得到成品硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒。

所述的硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒在大口径硅烷交联聚乙烯管材的挤出成型中的应用。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）本发明添加粒径1000-3000目的多孔状结构的铝硅酸盐矿物作为吸附剂，用于在管材加工过程中吸附残留的硅烷，减少凝胶，而且在管材挤出后继续吸附空气中的水分，提供硅烷交联所需的水分，加速管材的交联，管材无需水煮，这对大口径壁厚管材的生产尤为重要；

2）本发明通过添加质量比为1:1的N,N-已撑双硬脂酰胺和高分子量（40-80万）聚二甲基硅氧烷的作为润滑剂，不但可以节约成本，而且能产生协同效果，在塑料与金属间形成润滑层，提高管材内外表面的光洁度，减轻了口芯模的积料的问题，延长了管材生产的稳定周期；

3）本发明的功能母粒能缩短成品的交联时间，无需热水池或蒸汽房工序，无需更换现有管材挤出设备，且能大大改善挤出成品管的表观及加工性能，给管道生产厂家带来了很大的便利; 

    4）本发明的功能母粒制备方法简单、适于工业化生产，而且将其用于大口径硅烷交联聚乙烯管材的挤出成型，管材加工稳定性好，得到的管材伸长率及交联度速度均远远优于普通硅烷交联管材，且对其拉伸强度并无影响，而且可以根据不同的设备和管材规格进行添加，可直接在普通硅烷交联料中添加2-5%该母粒，搅拌均匀后便可挤出管材。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案及效果作进一步的描述。但是，所使用的具体方法、配方和说明并不是对本发明的限制。 

     实施例子1：将高密度聚乙烯(PE80)100份，多孔状结构的铝硅酸盐矿物1250目 25份， 质量比为1:1的N,N-已撑双硬脂酰胺和高分子量（50万）聚二甲基硅氧烷的混合物5份， 抗氧剂1010和抗氧剂168各1份 ，光稳定剂2-(3’,5’- 二特丁基-2’-羟基苯基)5氯苯并三唑和双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯各1份，交联促进剂对叔丁基苯甲酸3份。

其制备方法如下：将25份1250目多孔状结构的铝硅酸盐矿物在80℃的条件下，在高混机中按转速为700转/分下搅拌5分钟，静置冷却至室温；接着将100份高密度聚乙烯(PE80)、5份质量比为1:1的N,N-已撑双硬脂酰胺和高分子量（50万）聚二甲基硅氧烷的混合物、各1份的抗氧剂1010和抗氧剂168、各1份的2-(3’,5’- 二特丁基-2’-羟基苯基)5氯苯并三唑和双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯各1份和3份对叔丁基苯甲酸加入上述高混机中，在转速为400转/分的工艺下搅拌3分钟；再用双螺杆挤出机熔融挤出，造粒工艺为温度180℃，双螺杆转速400转/分，造粒好后，同步进行干燥，在80℃下干燥4小时候后真空包装，得到成品硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒，并将该母粒用于大口径硅烷交联聚乙烯管材的挤出成型，即在普通的硅烷交联接枝料中添加3.5%该功能母粒，搅拌均匀后直接挤出管材，连续挤出口径为160mm，SDR17管材并观察内外表观质量，记录稳定生产时间，结果列于表1。挤出管材在环境温度23度、相对湿度为50%的条件下，放置30天后测试管材交联度和力学性能，结果列于表2。

上述实施例中吸附剂选用粒径为1000-3000目的任意粒径代替粒径为1250目的的多孔状结构的铝硅酸盐矿物、所述的润滑剂中选用分子量50万高分子量聚二甲基硅氧烷替代 ；抗氧剂用抗氧剂1010、抗氧剂168或抗氧剂330中的任意一种或一种以上的混合物代替抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物、光稳定剂用2-(3’,5’- 二特丁基-2’-羟基苯基)5氯苯并三唑或双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯代替其混合物均能取得同样的技术效果。

实施例2：将高密度聚乙烯(PE80)100份，多孔状结构的铝硅酸盐矿物1000目 35份， 质量比为1:1的N,N-已撑双硬脂酰胺和高分子量（40万）聚二甲基硅氧烷的混合物10份，抗氧剂330 5份 ，光稳定剂2-(3’,5’- 二特丁基-2’-羟基苯基)5氯苯并三唑5份，交联促进剂对叔丁基苯甲酸6份。

其制备方法及应用同实施例1，其中双螺杆熔融挤出造粒温度200℃，双螺杆转速300转/分。

实施例3：将高密度聚乙烯(PE80)100份，多孔状结构的铝硅酸盐矿物3000目 30份， 质量比为1:1的N,N-已撑双硬脂酰胺和高分子量（80万）聚二甲基硅氧烷的混合物8份，抗氧剂1010 4份 ，光稳定剂双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯4份，交联促进剂对叔丁基苯甲酸5份。

其制备方法及应用同实施例1，其中双螺杆熔融挤出造粒温度190℃，双螺杆转速280转/分。

实施例4：同实施例1，其中多孔状结构的铝硅酸盐矿物的粒径为2000目，用量为30份，应用挤出的管材性能测试结果见表1、2。

实施例5：同实施例1，其中多孔状结构的铝硅酸盐矿物粒径为2500目，用量为35份，应用挤出的管材性能测试结果见表1、2。

实施例6：同实施例1，其中润滑剂1:1的N,N-已撑双硬脂酰胺和高分子量（50万）聚二甲基硅氧烷的混合物的添加量各增加到5份，应用挤出的管材性能测试结果见表1、2。

实施例7：在例1中提高功能母粒的添加比例至5%，其他工艺相同，结果列于表1、2：

表1为实施例1-7的管材加工稳定性

从上表中可以看出，加入本发明的硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒后，得到的大口径管材其连续生产时间比普通硅烷交联料长很多，说明其加工稳定性好。

表2为实施例1-7D160管材性能指标

实施例拉伸强度/MPa伸长率/%交联度/%普通硅烷交联料20-22300-45030-35121.848067222.549068323.053070421.537068520.531065622.845068721.352063

从上表中可以看出，加入本发明的硅烷交联聚乙烯管材用功能母粒后，得到的大口径管材的伸长率和交联度远远强于普通硅烷交联料，而且拉伸强度并不受影响。通过实施例说明，加入该母粒管材的交联速度大大加快，柔韧性较普通硅烷交联料有改善。