β-PPR管材及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種β?PPR管材及其制備方法，該β?PPR管材由如下質(zhì)量份數(shù)的原料制備而成：PP?R樹脂100份；β成核母粒1?5份；所述β成核母粒由如下質(zhì)量份數(shù)的原料制備而成：PP?R樹脂100份；偶聯(lián)劑0.1?1份；β成核劑10?30份。本發(fā)明β?PPR管材提高了管材的低溫抗沖擊性能，大大降低了管材脆性開裂的問題；制備方法工藝簡單，降低了原材料成本，有利于普通推廣使用。
【專利說明】
β-PPR管材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及塑料管材技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種β-PPR管材及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無規(guī)共聚聚丙烯(PP-R)具有密度小、力學(xué)性能優(yōu)良、耐應(yīng)力開裂、環(huán)保無毒和易加 工成型等優(yōu)點，通過擠出加工制成PP-R管，主要用于建筑給水中。聚丙烯因結(jié)晶條件不同通 ?？缮搔?、β、γ、δ和擬六方晶等五種晶型結(jié)構(gòu)，其中α晶型是最常見的也是最穩(wěn)定的晶型。 但α結(jié)構(gòu)的晶型，表現(xiàn)為PP-R具有低溫脆性的特點。特別是在北方使用PP-R管，低溫條件下 施工，如防護不當(dāng)受到外力損傷容易造成脆性開裂，因漏水的問題給用戶帶來較大的麻煩。 目前對于PP-R的冷脆性問題，依然沒有一個很好的解決方案。北歐化工通過合成工藝，改變 PP-R的晶型結(jié)構(gòu)，將α晶型轉(zhuǎn)變?yōu)棣戮汀?br>[0003] β晶型的聚丙烯結(jié)構(gòu)疏松，結(jié)晶不完全，晶體中徑向?qū)雍洼S向?qū)咏徊媾帕械慕Y(jié)構(gòu)很 少，主要以簡單的層形捆束狀存在。在β晶的多孔結(jié)晶區(qū)域中存在大量的連續(xù)分子鏈連接形 成的擴展型鏈段，這使得β晶的聚丙烯材料在受到破壞時可吸收較多能量，顯示出較好的韌 性。
[0004] 但β晶的聚丙烯材料合成工藝比較復(fù)雜，只有石化廠可以完成，且該種β-PPR原材 料價格昂貴，難以普遍推廣使用。因此急需開發(fā)一種價格便宜易于推廣使用的β-PPR管材及 其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于此，本發(fā)明的目的是提供一種價格便宜易于推廣使用的β-PPR管材。
[0006] 具體的技術(shù)方案如下：
[0007] 一種β-PPR管材，其由如下質(zhì)量份數(shù)的原料制備而成：
[0008] PP-R 樹脂 100 份；
[0009] β成核母粒 1-5份；
[0010] 所述β成核母粒由如下質(zhì)量份數(shù)的原料制備而成：
[0011] PP-R 樹脂 100 份；
[0012] 偶聯(lián)劑 0.1-1份；
[0013] β 成核劑 10-30 份。
[0014] 在其中一些實施例中，所述β成核劑選自芳香胺類化合物和/或混配型稀土類化合 物。
[0015] 在其中一些實施例中，所述偶聯(lián)劑選自硅烷偶聯(lián)劑ΚΗ-550和/或鈦酸酯偶聯(lián)劑KR-TTSo
[0016] 在其中一些實施例中，所述β成核劑為芳香胺類化合物和混配型稀土類化合物按 1:0.1~0.5的重量比復(fù)配而成，β成核劑的目數(shù)為1500-10000。
[0017] 在其中一些實施例中，所述芳香胺類化合物為ΤΜΒ4和/或ΤΜΒ5;所述混配型稀土類 化合物為廣東煒林納功能材料有限公司的WBG。
[0018]本發(fā)明的另一目的是提供上述β-PPR管材的制備方法。
[0019]具體的技術(shù)方案如下：
[0020]上述β-PPR管材的制備方法，包括如下步驟：
[0021] (1)β成核劑表面處理
[0022] 將偶聯(lián)劑和β成核劑按質(zhì)量份數(shù)比例混合，通過高速混料機混合均勻，混料機轉(zhuǎn)速 500-1 OOOrpm，混合時間 10-20min;
[0023] (2)制備β成核母粒
[0024] 將PP-R樹脂和表面處理過的β成核劑按質(zhì)量份數(shù)比例混合后通過雙螺桿擠出機擠 出造粒，其中料筒段溫度范圍：170-200°C，模具段溫度范圍：200-230°C，其中口模溫度為 220-230 °C，得β成核母粒；
[0025] (3)制備β-PPR 管材
[0026]將PP-R樹脂和β成核母粒按質(zhì)量份數(shù)比例混合后通過單螺桿擠出機擠出，其中料 筒段溫度范圍：170-220°C，轉(zhuǎn)速50-100r/min，模具段溫度范圍：200-230°C，其中口模溫度 為220-230°C ;管材分三段冷卻，冷卻水溫依次為40-60°C、30-50 °C和10-30°C，生產(chǎn)速度為 10-30m/min，即得所述β-PPR管材。
[0027]在其中一些實施例中，步驟(2)中，單螺桿擠出機擠出后的β-PPR管材還進行了高 溫處理，所述高溫處理的工藝參數(shù)為:處理溫度80-120 °C，處理時間為I_4h。
[0028]本發(fā)明的有益效果如下：
[0029] 1、本發(fā)明β-PPR管材提高了管材的低溫抗沖擊性能，大大降低了管材脆性開裂的 問題。
[0030] PP-R的晶型結(jié)構(gòu)主要為α晶型，但α結(jié)構(gòu)的晶型表現(xiàn)為PP-R具有低溫脆性的特點。 通過在配方中添加 β成核劑，改變PP-R的晶型結(jié)構(gòu)，使α晶型變?yōu)棣戮?。β晶型的聚丙烯結(jié)構(gòu) 疏松，結(jié)晶不完全，晶體中徑向?qū)雍洼S向?qū)咏徊媾帕械慕Y(jié)構(gòu)很少，主要以簡單的層形捆束狀 存在。在β晶的多孔結(jié)晶區(qū)域中存在大量的連續(xù)分子鏈連接形成的擴展型鏈段，這使得β晶 的聚丙烯材料在受到破壞時可吸收較多能量，顯示出較好的韌性。
[0031] 特別地，本發(fā)明采用復(fù)配的β成核劑(芳香胺類化合物和混配型稀土類化合物按1: 0.1~0.5的重量比復(fù)配而成），單一的β成核劑對β晶的轉(zhuǎn)化率低，本發(fā)明采用復(fù)配的β成核 劑，能提高β晶的轉(zhuǎn)化率。β晶的尺寸較相同條件下的α晶小，晶體細(xì)化后，晶相與非晶相的界 面增大，吸收沖擊能增大而使韌性提高。β晶的聚丙烯材料在受到破壞時可吸收較多能量， 顯示出較好的韌性。
[0032] 2、本發(fā)明β-PPR管材的制備方法工藝簡單，降低了原材料成本，有利于普通推廣使 用。
[0033] 3、本發(fā)明β-PPR管材下線后，還進行了高溫處理步驟，能夠提高管材的耐低溫沖擊 性能，有利于在低溫條件下施工和安裝。
[0034] β-PPR管材在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)速度快，管材定型過程中為冷凍水急冷，結(jié)晶不完 善，球晶較大，導(dǎo)致管材內(nèi)應(yīng)力大，低溫脆性差。通過高溫處理后，可以讓結(jié)晶更完善，晶粒 細(xì)化，消除管材內(nèi)應(yīng)力，提高沖擊性能。
【具體實施方式】
[0035] 以下通過實施例對本申請做進一步闡述。
[0036] 本發(fā)明實施例所使用的原料如下：
[0037] PP-R樹脂為無規(guī)共聚聚丙烯，原料豐富，牌號較多，性能優(yōu)越，為PP-R管的主要生 產(chǎn)原材料。
[0038] β成核劑為芳香胺類化合物(TMB4和/或TMB5,購自山西化工研究所)和混配型稀土 類化合物(WBG，購自廣東煒林納功能材料有限公司）。
[0039] 偶聯(lián)劑選自日本信越的硅烷偶聯(lián)劑ΚΗ-550和/或美國肯瑞奇公司的鈦酸酯偶聯(lián)劑 KR-TTS0
[0040] 實施例1
[0041 ]本實施例一種β-PPR管材的制備方法，包括如下步驟：
[0042] (1)β成核劑表面處理
[0043] 將偶聯(lián)劑(ΚΗ-550)和β成核劑按1:100質(zhì)量份數(shù)比例混合，通過高速混料機混合均 勻，混料機轉(zhuǎn)速500-1000印111，混合時間10-2011^11;
[0044] (2)制備β成核母粒
[0045] 將無規(guī)共聚聚丙烯樹脂(PP-R)與步驟(1)得到的β成核劑按質(zhì)量份數(shù)100:20混合， 用高速攪拌機充分?jǐn)嚢?-10min，投入到雙螺桿擠出機擠出造粒，料筒段溫度范圍：170-200 °C，模具段溫度范圍：200-230°C，得到β成核母粒；
[0046] β成核劑為重量比為1:0.2的ΤΜΒ4和WBG
[0047] (3)制備β-PPR 管材
[0048] 將無規(guī)共聚聚丙烯樹脂(PP-R)、β成核母粒和色母粒子按質(zhì)量份數(shù)100:2:2混合， 用高速攪拌機充分?jǐn)嚢?-lOmin，隨后投入到單螺桿擠出機中，料筒段溫度范圍：170-200 °(：，模具段溫度范圍：200-230°(：，其中口模溫度為220-230°(：;擠出機轉(zhuǎn)速50-100印111，生產(chǎn) 速度15-30m/min，管材分三段冷卻，冷卻水溫依次為40-60°C、30-50 °C和10-30°C，再經(jīng)定 型、打印、切割；
[0049] (4)將步驟(3)的得到的β-PPR管材進行高溫處理，所述高溫處理的工藝參數(shù)為:處 理溫度8〇-12〇°(：，處理時間為1-411，得到規(guī)格為33.22〇*2.8的0^^1?管。
[0050] 實施例2
[00511本實施例一種β-PPR管材的制備方法，包括如下步驟：
[0052] (1)β成核劑表面處理
[0053] 將偶聯(lián)劑(KR-TTS)和β成核劑按1:50質(zhì)量份數(shù)比例混合，通過高速混料機混合均 勻，混料機轉(zhuǎn)速500-1000印111，混合時間10-2011^11;
[0054] (2)制備β成核母粒
[0055] 將無規(guī)共聚聚丙烯樹脂(PP-R)與步驟（1)表面處理后的β成核劑按質(zhì)量份數(shù)100: 20混合，用高速攪拌機充分?jǐn)嚢?-10min，投入到雙螺桿擠出機擠出造粒，料筒段溫度范圍： 170-200°C，模具段溫度范圍：200-230°C，其中口模溫度為220-230°C，得到β成核母粒；
[0056] β成核劑為重量比為1:0.5的了]\?5和冊6。
[0057] (3)制備β-PPR 管材
[0058] 將無規(guī)共聚聚丙烯樹脂(PP-R)、β成核母粒和色母粒子按質(zhì)量份數(shù)100:2:2混合， 用高速攪拌機充分?jǐn)嚢?-10min，隨后投入到單螺桿擠出機中，料筒段溫度范圍：170-200 °(：，模具段溫度范圍：200-230°(：，其中口模溫度為220-230°(：;擠出機轉(zhuǎn)速50-100印111，生產(chǎn) 速度15-30m/min，管材分三段冷卻，冷卻水溫依次為40-60°C、30-50 °C和10-30°C，再經(jīng)定 型、打印、切割，得到規(guī)格為S3.220*2.8的β-PPR管。
[0059] 對比例1
[0060] 本對比例一種β-PPR管材的制備方法與實施例1相同，僅成核劑不同，本對比例的 成核劑為TMB5。
[0061 ] 對比例2
[0062]本對比例一種β-PPR管材的制備方法與實施例1相同，僅成核劑不同，本對比例的 成核劑為WBG。
[0063] 成本對比如下：
[0066]自產(chǎn)β-PPR料相比購買的北歐化工β-PPR料，成本降低了20%。
[0067]性能實驗數(shù)據(jù)如下：
[0068] (1)晶型及結(jié)晶度
[0073] 從晶型和結(jié)晶度結(jié)果來看，未改性的PP-R沒有β晶型，而經(jīng)β成核劑改性的PP-R管 有明顯的β晶型，且β晶比α晶多，轉(zhuǎn)化率較高。與北歐化工RA7050的晶型結(jié)構(gòu)接近。對比例1 和對比例2,為單一的β成核劑改性，β晶的轉(zhuǎn)化率低于復(fù)配的β成核劑(實施例1和實施例2)。
[0074] 從沖擊試驗結(jié)果來看，同種規(guī)格的管材，試驗條件相同的情況下，PP-R管材在1.0m 高度下10個樣品破裂了4個，1.2m高度下10個樣品破裂了8個。而實施例1和實施例2為β-PPR 管，開裂數(shù)量明顯少于PP-R管，開裂數(shù)量與北歐化工RA7050生產(chǎn)的管材接近。說明經(jīng)β成核 劑改性的PP-R管低溫沖擊性能達到了北歐化工RA7050的要求。對比例1和對比例2,為單一 的β成核劑改性，低溫沖擊性能低于復(fù)配的β成核劑改性的PP-R管(實施例1和實施例2)。 [0075] (3)本發(fā)明實施例產(chǎn)品的性能，符合標(biāo)準(zhǔn)（ISO 15874.2-2013)要求。
[0078]以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實 施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存 在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。
[0079]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并 不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來 說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護 范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種β-PPR管材，其特征在于，其由如下質(zhì)量份數(shù)的原料制備而成： PP-R樹脂 1〇〇份； β成核母粒 1-5份； 所述β成核母粒由如下質(zhì)量份數(shù)的原料制備而成： PP-R樹脂 1〇〇份； 偶聯(lián)劑 0.1-1份； β成核劑 10-30份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的β-PPR管材，其特征在于，所述β成核劑選自芳香胺類化合物 和/或混配型稀土類化合物，β成核劑的目數(shù)為1500-10000。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的β-PPR管材，其特征在于，所述的偶聯(lián)劑為硅烷類和/或酞酸酯 類。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的β-PPR管材，其特征在于，所述β成核劑為芳香胺類化 合物和混配型稀土類化合物按1 :〇. 1~0.5的重量比復(fù)配而成。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的β-PPR管材，其特征在于，所述偶聯(lián)劑選自硅烷偶聯(lián) 劑ΚΗ-550和/或鈦酸酯偶聯(lián)劑KR-TTS。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的β-PPR管材，其特征在于，所述芳香胺類化合物為ΤΜΒ4和/或 ΤΜΒ5;所述混配型稀土類化合物為廣東煒林納功能材料有限公司的WBG。7. 權(quán)利要求1-6任一項所述的β-PPR管材的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) β成核劑表面處理 將偶聯(lián)劑和β成核劑按質(zhì)量份數(shù)比例混合，通過高速混料機混合均勻，混料機轉(zhuǎn)速500-lOOOrpm，混合時間 10_20min; (2) 制備β成核母粒 將PP-R樹脂和表面處理過的β成核劑按質(zhì)量份數(shù)比例混合后通過雙螺桿擠出機擠出造 粒，其中料筒段溫度范圍：170-200°C，模具段溫度范圍：200-230°C，其中口模溫度為220-230 °C，得β成核母粒； (3) 制備β-PPR管材 將PP-R樹脂和β成核母粒按質(zhì)量份數(shù)比例混合后通過單螺桿擠出機擠出，其中料筒段 溫度范圍：170-220°C，轉(zhuǎn)速50-100r/min，模具段溫度范圍：200-230°C，其中口模溫度為 220-230 °C ;管材分三段冷卻，冷卻水溫依次為40-60 °C、30-50 °C和10-30 °C，生產(chǎn)速度為10-30m/min，即得所述β-PPR管材。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，單螺桿擠出機擠出后的β-PPR管材還進行了高溫處理，所述高溫處理的工藝參數(shù)為:處理溫度80-120°C，處理時間為 l-4h〇
【文檔編號】C08L23/14GK105860275SQ201610206771
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】王軍, 彭曉翊, 李白千, 李超浪
【申請人】日豐科技有限公司, 日豐企業(yè)集團有限公司