低能耗高挤出产量PVC-M管材组合物

摘要

本发明属于高分子加工材料领域，主要涉及一种低能耗高挤出产量PVC-M管材组合物，是由以下重量份的组分制成的：PVC树脂100份，加工改性树脂3～7份，热稳定剂4.5～8.0份，增韧剂6～12份，受阻酚类抗氧剂0.5～1.0份，润滑剂1.0～2.0份，填充剂1～5份，着色剂0～2份。采用本发明的低能耗高挤出产量PVC-M管材组合物生产的大口径管材和小口径管材，均具有较低的挤出机电流和较高的牵引速度，解决了PVC-M管材生产过程中挤出困难产量低能耗高的问题。

说明书

技术领域

本发明属于一种低能耗高挤出产量PVC-M管材组合物，属于高分子加工材料领域。 

背景技术

随PVC-U管的大量使用，其脆性的缺点也暴露无遗，在很多对冲击有一定要求的领域极大地限制了它的应用。因而近年来国内PVC生产企业陆续开始生产高抗冲的聚氯乙烯管材(即PVC-M管材)，PVC-M管材在具有PVC-U强度的同时又具有优异的抗冲击性能。目前国内用于PVC-M管材抗冲改性剂为MBS、CPE、抗冲型ACR等。但是大量抗冲改性剂的加入增大了材料体系的粘度，使PVC-M管材挤出变得较为困难，挤出时电流较高，能耗增大。尤其是MBS、CPE改性的PVC-M管材挤出黏度很大，过高的挤出电流造成很难进行正常加工生产。而且由于大量MBS增韧剂的使用降低了材料的力学性能。尤其是对于直径小于160的小口径PVC-M管材，由于20米高速落锤冲击对韧性要求较为苛刻，需要添加较多的抗冲改性剂，这就造成了体系粘度大，管材挤出时机头压力高，挤出电流大，挤出困难，产量降低，生产不稳定。专利CN1060663公开了一种低聚合度聚氯乙烯树脂与苯乙烯共聚物(丙烯腈-苯乙烯AS或者苯乙烯-马来酸酐SAM)的一种或两种的混合物，具有极高的流动性，但是并没有涉及到AS与增韧剂之间量的协同关系，如果AS使用量太少起不到很好的改善效果，而使用量太多则造成体系韧性的急剧下降，不能满足PVC-M管材对冲击性能的要求，只有AS用量一定范围内，才能使PVC-M管材料达到较好的刚韧平衡。 

发明内容：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种低能耗高挤出产量PVC-M管材组合物，使用该组合物生产管材具有良好的韧性和抗冲击性能，在生产过程中解决了PVC-M管材挤出困难能耗高的问题。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种低能耗高挤出产量PVC-M管材组合物，其特征在于，由下列重量份的组分制成：PVC树脂100份，加工改性树脂3～7份，热稳定剂4.5～8.0份，增韧剂6～12份，受阻酚类抗氧剂0.5～1.0份，润滑剂1.0～2.0份，填充剂1～5份，着色剂0～2份。 

优选的，由下列重量份的组分制成：PVC树脂100份，加工改性树脂3～4份，热稳定剂5～6份，增韧剂7～8份，受阻酚类抗氧剂0.7～0.8份，润滑剂1.4～1.8份，填充剂2～4份，着色剂1～2份。 

所述的PVC树脂为聚合度900～1200的PVC树脂。 

所述的加工改性树脂为丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS树脂)，其中丙烯腈所占质量分数为20～30％。AS树脂在高温下是一种假塑性流体，随着温度的升高，其粘度下降，流动性提高。AS树脂与PVC树脂的相容性受到共聚物组分含量的影响。AS树脂中丙烯腈含量越大，共聚物与PVC越发生相分离，且粘度越大，起不到流动改性效果；当共聚物组分中苯乙烯含量超过80％以后，共聚材料主要成分为苯乙烯，由于苯乙烯与PVC树脂不相容，不能满足PVC-M管材的性能要求。因此，本发明选用的AS树脂中丙烯腈所占质量分数为20～30％。 

所述的热稳定剂为复合铅稳定剂。复合铅稳定剂优选熊牌SMS318。 

所述的增韧剂为MBS B-561，或者MBS B-561和MBS B-22的复配物。MBS-561中丁二烯相含量高达80％以上，丁二烯橡胶颗粒平均粒径可达150nm。MBS-561在PVC-M管材组合物中添加量6～12份之间时，在PVC树脂中形成海岛结构，当PVC-M管材受到外面施加的拉伸应力时，海岛结构中大而多的丁二烯橡胶颗粒将被迫发生形变，阻止PVC树脂基体的破坏，保证PVC-M管材基体具有较高的抗冲击性能和延伸率。MBS B-561与AS树脂协同使用，能够改善PVC-M管材加工流动性能和塑化性能，提高挤出速度、降低加工挤出电流，并且不降低改性体系的冲击韧性。当MBS B-561和MBS B-22复配使用时，MBS B-22可起到体系增强改性的作用。 

所述的受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1076。 

所述的润滑剂为硬脂酸、微晶蜡的混合物。 

所述的填充剂为纳米碳酸钙、超细活性钙中的一种或两种。相较于普通碳酸钙填充料，选择粒径较小的纳米碳酸钙或超细活性钙，可以减小在PVC-M管材挤出过程中碳酸钙颗粒与挤出设备之间的摩擦力，改善PVC-M管材组合物的流变性，提高其成型性，从而达到加快PVC-M管材挤出速度，降低能耗的效果。 

所述的着色剂为金红石型钛白粉，其目数为2500～5000目。 

本发明的制备方法，按如下工序进行： 

a)将PVC树脂、加工改性树脂、热稳定剂、增韧剂、受阻酚类抗氧剂、润滑剂、填充剂、着色剂放入高速混合机搅拌混合，高速混合机搅拌转速为1000～2000转/分，搅拌时间10～15分钟，搅拌温度在110～120℃之间； 

b)将上述混合物放入低速冷却混合机搅拌混合。低速冷却混合机搅拌转速为50～200转/分，搅拌温度为40～45℃； 

c)搅拌完成放料即得低能耗高挤出产量PVC-M管材组合物。 

与现有技术相比，本发明的低能耗高挤出产量PVC-M管材组合物所具有的有益效果是：本发明的低能耗高挤出产量PVC-M管材组合物通过配方中各组分间的比例关系，使管材组合 物达到刚韧平衡，用本发明生产的硬质聚氯乙烯管材具有良好的韧性和较高的强度，冲击性能优异，物理机械性能较高。体系的平衡扭矩较低，具有较好的塑化性能，且力学性能方面有所提高，耐热性达到了PVC-M管材的要求；并且，在本发明生产大口径管材和小口径管材时，均可取得较高的挤出速度和较低的挤出机电流，生产口径为160mm管材时，牵引速度可达1.13～1.23m/s，挤出机电流可达44～47A；生产口径为400mm管材时，牵引速度可达0.8～0.9m/s，挤出机电流可达52～55A，明显提高了PVC-M管材生产效率。并且，本发明管材组合物在保证生产过程中低能耗高挤出的同时，可保持较高的力学性能，拉伸强度44.3～46.9MPa，冲击强度66.1～80.3kJ/m²，并且具有较好的塑化性能，塑化时间41.4～46s，平衡扭矩44.1～46.5Nm。本发明的制备方法简单，有利于应用于实际生产，市场前景广阔。 

具体实施方式

实施例1～12 

实施例1～12为本发明低能耗高挤出产量PVC-M管材组合物的配比组分见表1和表2。 

实施例1～12选用的PVC树脂为齐鲁石化公司生产的PVC QS-1050P管材专用树脂，其聚合度为1000。其中实施例3为最佳实施方式。 

表1实施例1～6低能耗高挤出产量PVC-M管材组合物(以重量份计) 

表2实施例7～12低能耗高挤出产量PVC-M管材组合物(以重量份计) 

实施例1～12的制备方法，按如下工序进行： 

a)将PVC树脂、加工改性树脂、热稳定剂、增韧剂、受阻酚类抗氧剂、润滑剂、填充剂、着色剂放入高速混合机搅拌混合，高速混合机搅拌转速为1000～2000转/分，搅拌时间10～15分钟，搅拌温度在110～120℃之间； 

b)将上述混合物放入低速冷却混合机搅拌混合。低速冷却混合机搅拌转速为50～200转/分，搅拌温度为40～45℃； 

c)搅拌完成放料即得低能耗高挤出产量PVC-M管材组合物。 

对比例1～6 

对比例1～6为比较本发明组合物的各项性能设计的对比管材组合物。对比例1～6选用的PVC树脂与实施例1～12所选用的PVC树脂相同。对比例5所用AS树脂中丙烯腈含量为50％，对比例6所用AS树脂中丙烯腈含量为10％，对比管材组合物的配比组分见表3。 

表3对比例1～6管材组合物的组份(以重量份计) 

性能测试实验： 

将实施例1～12和对比例1～6分别按表1～3中所示原料配比称取物料，将PVC树脂、加工改性树脂、热稳定剂、增韧剂、受阻酚类抗氧剂、润滑剂、填充剂、着色剂投入高速混合机混合，混合时间10～15分钟，至混合温度110～120℃时将物料放到低速混合机，待物料温度降到40～45℃左右时出料，得到混合好的组合物物料，对照实施例1～12和对比例1～6对混合好的组合物物料进行标号。 

将混合好的组合物物料在布拉本达转矩流变仪上做流变性能试验，起始温度为160℃，转子转速为60转/分钟，加料量为65g，其扭矩变化情况见表4～6，将混合好的物料在180℃的双辊上开片，在180℃的压机上压片，样片预热5分钟，保压5分钟，通过仿形切削制成标准样条，进行性能测试，结果见表4～6。将实施例和对比例用平行双螺杆挤出同一规格口径为 管材时，在满足管材标准要求的条件下，挤出主机电流及挤出速度见表7～9。将实施例和对比例用平行双螺杆挤出同一规格口径为 管材时，在满足管材标准要求的条件下，挤出主机电流及挤出速度见表10～12。 

表4实施例1～6力学及塑化性能测试结果 

表5实施例7～12力学及塑化性能测试结果 

表6对比例1～6力学及塑化性能测试结果 

表7实施例1～6制备 管材时挤出机电流及牵引速度 

表8实施例7～12制备 管材时挤出机电流及牵引速度 

表9对比例1～6制备 管材时挤出机电流及牵引速度 

表10实施例1～6制备 管材时挤出机电流及牵引速度 

表11实施例7～12制备 管材时挤出机电流及牵引速度 

表12对比例1～6制备 管材时挤出机电流及牵引速度 

从表4～6中实施例和对比例性能对比可看出，由于改性树脂AS的使用，本发明组合物的平衡扭矩和塑化时间明显低于对比例3和对比例4，说明丙烯腈含量为20％～30％的改性树脂苯乙烯-丙烯腈共聚物与MBS的协同使用有效改善体系的塑化性能。当AS用量为1份时， 体系塑化性能有所改善但效果不明显，当AS用量为8份时，体系的冲击性能损失严重，不能满足PVC-M管材对冲击的要求。从拉伸和冲击性能结果来看，当AS树脂用量为3～4份时，实施例的力学性能较好，5份以上时材料的冲击性能下降。从对比例5和6可以看出，当采用丙烯腈含量为50％和10％的AS树脂改性时，改性材料的力学性能较差或者塑化性能改善效果不明显。 

从表7～9和表10～12中数据可看出，与相应的对比例相比，在挤出同一口径规格管材时，AS树脂的加入明显提高了管材挤出速度，当改性树脂加入量为1份时，管材挤出速度虽有改善但改善效果不大，超过7份以后，体系的冲击性能下降严重。表中数据显示AS用量以3～4份材料综合性能为最佳。可见在满足管材标准要求的条件下，一定量改性树脂AS的加入提高了管材挤出速度，降低了挤出电流，从而降低了生产能耗，提高了PVC-M管材的生产效率。从表7～9和表10～12中数据可看出，采用本发明的低能耗高挤出产量PVC-M管材组合物生产大口径管材和小口径管材过程中，均可获得较低的挤出机电流和较高的牵引速度。 

采用本发明制得的口径160mm的PVC-M管材经检测性能满足建设部标准CJ/T272-2008《给水用抗冲改性聚氯乙烯管材》的要求，用本发明低能耗高挤出产量PVC-M管材组合物实施例2挤出的 管材典型值见表13。 

表13实施例2 性能测试典型值 

  项目   技术指标   检测结果   0℃落锤冲击试验，TIR   ≤5％   1％   液压试验(20℃环应力38MPa，1h)   无破裂，无渗漏   无破裂，无渗漏   液压试验(60℃环应力10MPa，1000h)   无破裂，无渗漏   无破裂，无渗漏   维卡软化点   80℃   82℃   纵向回缩率   ≤5％   2％

表14为本发明实施例2生产的 的PVC-M管材与对比例3生产的 的PVC-M管材纵向回缩率对比结果，可以看出，本发明组合物管材挤出速度提高，但纵向回缩率并没有增大，各项性能均满足管材标准要求。

表14抗冲PVC-M管材纵向回缩率 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。