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CN113265103B - 一种低透气ppr组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种低透气ppr组合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低透气性能的PPR组合物及其制备方法和应用，所述PPR组合物包括如下按重量份计算的组分：聚丙烯树脂80～100份；纳米铝颗粒5～9份；碳纤维9～22份；石墨6～13份；聚乙烯醇10～18份；润滑剂5～15份。所述PPR组合物具有较好的低透气性能，所述透气率的最大值为0.932cm3/m2 .24h.0.1MPa。

Description

一种低透气PPR组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及塑料管材技术领域，更具体地，涉及一种低透气PPR组合物及 其制备方法和应用。
背景技术
无规共聚聚丙烯(polypropylene random；PPR)，其产品特点韧性好，强度 高，加工性能优异，较高温度下抗蠕变性能好，并具有无规共聚聚丙烯特有的高 透明性特点。PPR管材与传统的铸铁管、镀锌钢管、水泥管等产品相比，具有节 能节材、环保、轻质高强、耐腐蚀、内壁光滑不结垢、施工和维修简便、使用寿 命长等众多优点，广泛用于建筑给排水、城乡给排水、城市燃气、电力与光缆护 套、工业流体输送、农业灌溉等建筑、市政、工业和农业等多个领域。
随着经济的快速发展，人们对于生活环境中使用的材料性能提出了更高的要 求，尤其是跟人们生活息息相关的PPR管材，PPR管材长期埋在墙体内，若空 气进入管材中，则管材内表面会附着和滋生细菌微生物，形成一些类似粘膜样的 物质，衍生严重时还会形成大量的水垢杂质，很难通过水的自然压力冲洗干净， 严重影响水质，因此，阻止空气进入管材内部就能够解决上述问题。
例如中国专利(CN101407606A)公开了一种提高了阻氧性能的新型β晶聚 丙烯(βPP-R)复合材料，提高阻氧性能是通过β成核剂、稀土纳米微粒、片状金 属铝多元材料组分协同，但是该专利的低透气性能并不好。
发明内容
本发明为克服上述低透气性能差的缺陷，提供一种低透气PPR组合物。
本发明的另一目的在于提供所述低透气PPR组合物的制备方法。
本发明的另一目的在于提供所述低透气PPR组合物的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种低透气PPR组合物，所述组合物包括如下按重量份计算的组分：
Figure BDA0002985025490000011
Figure BDA0002985025490000021
本发明采用纳米铝颗粒、碳纤维、石墨和聚乙烯醇共混，能够在聚丙烯树脂 中形成一层致密的膜，可大幅度降低聚丙烯树脂的透气性能，防止空气中的氧气 进入由所述组合物制备的PPR管材中。其中，纳米铝颗粒、碳纤维和石墨均匀 分散在含有聚乙烯醇的聚丙烯中，形成交联的网状结构，碳纤维和石墨能够提高 网状结构的强度，纳米铝颗粒分散并附着在聚乙烯醇的网状结构中提高低透气性 能。
优选地，所述纳米铝颗粒的平均粒径为20～60nm。
所述纳米铝颗粒的平均粒径在20～60nm之间时，纳米铝颗粒的分散效果更 好，低透气性能能够进一步提升。
优选地，所述碳纤维的直径为5～7μm。
所述碳纤维的直径在5～7μm时，能够更好地分布在聚丙烯中，力学性能较 好；若碳纤维直径过长则会导致聚丙烯的韧性下降，过短则会使得聚丙烯树脂的 透气率增大。
优选地，所述石墨的粒径为2000～5000目。
所述石墨的平均粒径在2000～5000时，能够与碳纤维更好的相容，提高强度。
优选地，所述聚乙烯醇的分子量为18000～20000。
所述聚乙烯醇的分子量在18000～20000之间时，能够形成较好的网状结构， 分子量过低网状结构稀松，透气率增大；分子量过高，容易劣化聚丙烯树脂。
优选地，所述润滑剂为硬脂酸钙和硬脂酸锌的混合物。
优选地，所述组合物还含有抗紫外线剂。
按重量份计，所述抗紫外线剂为6～17份；所述抗紫外线剂为2-(2H-苯并三 唑-2-基)-4,6-二(1-甲基-1-苯基乙基)酚。
所述低透气PPR组合物的制备方法，包括如下步骤：
S1.按比例称取聚丙烯、纳米铝颗粒、碳纤维、石墨、聚乙烯醇、防紫外线 剂、润滑剂混合均匀，得到预混料；
S2.将步骤S1的预混料在挤出机中进行挤出、成型即得低透气的PPR组合 物。
优选地，所述挤出机的温度为180～220℃。
一种PPR管材，由所述低透气PPR组合物制备而成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种低透气的PPR组合物，所述管材通过聚丙烯树脂、纳米 铝颗粒、碳纤维、石墨共混，其中，纳米铝颗粒、碳纤维和石墨均匀分散在含有 聚乙烯醇的聚丙烯中，形成交联的网状结构，碳纤维和石墨能够提高网状结构的 强度，纳米铝颗粒分散在网状结构中提高低透气性能。所述PPR组合物的透气 率的最大值为0.932cm3/m2 .24h.0.1MPa。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形 式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试 剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
聚丙烯树脂：无规聚丙烯；
纳米铝颗粒A：平均粒径10nm；
纳米铝颗粒B：平均粒径20nm；
纳米铝颗粒C：平均粒径40nm；
纳米铝颗粒D：平均粒径70nm；
纳米铝颗粒E：平均粒径90nm；
片状纳米铝：市售
碳纤维A：直径2μm；
碳纤维B：直径5μm；
碳纤维C：直径6μm；
碳纤维D：直径7μm；
碳纤维E：直径9μm；
石墨：粒径2000目；
聚乙烯醇A：分子量15000；
聚乙烯醇B：分子量18000；
聚乙烯醇C：分子量19000；
聚乙烯醇D：分子量20000；
聚乙烯醇E：分子量22000；
抗紫外线剂：ExxelorTM PO 1020；
润滑剂：硬脂酸钙和硬脂酸锌的混合物。
上述试剂均为市购。
下面实施例和对比例均通过以下方法制备PPR管材，按照表1～2的重量比 称取各组分；具体步骤如下：
S1.按比例称取聚丙烯树脂、纳米铝颗粒、碳纤维、石墨、聚乙烯醇、防紫 外线剂、润滑剂加入到高速混合机中混合均匀，混合速度700r/min，混合20min， 得到预混料；
S2.将步骤S1的预混料在挤出机中进行挤出、成型即得低透气性能的PPR 管材；所述挤出机的温度为180～220℃。
实施例1～5
实施例1～5提供一系列的低透气PPR组合物，具体配方见表1，主要探究纳 米铝颗粒的平均粒径对透气率的影响。
表1实施例1～5的配方(份)
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
聚丙烯树脂 90 90 90 90 90
纳米铝颗粒A 6 — — — —
纳米铝颗粒B — 6 — — —
纳米铝颗粒C — — 6 — —
纳米铝颗粒D — — — 6 —
纳米铝颗粒E — — — — 6
碳纤维C 10 10 10 10 10
石墨 8 8 8 8 8
聚乙烯醇B 12 12 12 12 12
润滑剂 8 8 8 8 8
实施例6～11
实施例6～9提供一系列的低透气PPR组合物，具体配方见表2，主要探究碳 纤维的直径对透气率的影响。
表2实施例6～11的配方(份)
实施例6 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10 实施例11
聚丙烯树脂 90 90 90 90 80 100
纳米铝颗粒C 6 6 6 6 9 5
碳纤维C — — — — 22 9
碳纤维A 10 — — — — —
碳纤维B — 10 — — — —
碳纤维D — — 10 — — —
碳纤维E — — — 10 — —
石墨 8 8 8 8 6 13
聚乙烯醇B 12 12 12 12 18 10
抗紫外线剂 — — — — 6 17
润滑剂 8 8 8 8 15 5
实施例12～15和对比例1～3
实施例12～15提供一系列的低透气PPR组合物，主要探究聚乙烯醇的分子 量对透气率的影响；对比例1～3提供一系列PPR组合物，具体配方见表3。
表3实施例12～15和对比例1～3的配方(份)
Figure BDA0002985025490000051
Figure BDA0002985025490000061
将上述实施例和对比例制备得到的低透气性能的PPR管材进行以下性能测 试，测试所参照标准和方法如下：
1.透气性以氧气作为试验气体，根据ASTM E2178-2001测试；
2.冲击强度：根据GB/T 14152-2001测试。
表4实施例和对比例的数据
透气性能/cm<sup>3</sup>/m<sup>2</sup>.24h.0.1MPa 冲击强度
实施例1 0.916 50/50无破坏
实施例2 0.865 50/50无破坏
实施例3 0.856 50/50无破坏
实施例4 0.877 50/50无破坏
实施例5 0.923 50/50无破坏
实施例6 0.870 50/50无破坏
实施例7 0.860 50/50无破坏
实施例8 0.873 50/50无破坏
实施例9 0.875 49/50无破坏
实施例10 0.932 50/50无破坏
实施例11 0.924 50/50无破坏
实施例12 0.875 50/50无破坏
实施例13 0.870 50/50无破坏
实施例14 0.855 50/50无破坏
实施例15 0.850 49/50无破坏
对比例1 1.963 50/50无破坏
对比例2 1.625 50/50无破坏
对比例3 1.453 50/50无破坏
从实施例1～5看，纳米铝颗粒的平均粒径对透气性有影响，在平均粒径为 20～70nm时，透气效果最好。从实施例6～9看，所述碳纤维的直径在5～7μm时， 能够更好地分布在聚丙烯中，力学性能好，透气度好；若碳纤维直径过长则会导 致聚丙烯的韧性下降，过短则会使得聚丙烯树脂的透气率变大。从实施例12～15 看，所述聚乙烯醇的分子量在18000～20000之间时，能够形成较好的网状结构， 分子量过低网状结构稀松，透气率增大；分子量过高，容易劣化聚丙烯树脂。
从对比例1～3看，当不加入纳米铝颗粒或者是聚乙烯醇时，其透气性能效果 都不好，说明需要纳米铝颗粒和聚乙烯醇共同作用才能降低透气率。当加入片状 铝时，低透气效果也不好。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非 是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明 的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施 方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进 等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低透气PPR组合物，其特征在于，包括如下按重量份计算的组分：
聚丙烯树脂 80~100份；
纳米铝颗粒 5~9份；
碳纤维 9~22份；
石墨 6~13份；
聚乙烯醇 10~18份；
润滑剂 5~15份；
所述纳米铝颗粒的平均粒径为20~60nm；所述石墨的粒径为2000~5000目；所述聚乙烯醇的分子量为18000~20000；所述碳纤维的直径为5~7μm。
2.根据权利要求1所述低透气PPR组合物，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸钙和硬脂酸锌的混合物。
3.根据权利要求1所述低透气PPR组合物，其特征在于，还含有抗紫外线剂。
4.根据权利要求1~3任一项所述低透气PPR组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.按比例称取聚丙烯、纳米铝颗粒、碳纤维、石墨、聚乙烯醇、防紫外线剂、润滑剂混合均匀，得到预混料；
S2.将步骤S1的预混料在挤出机中进行挤出、成型即得低透气的PPR组合物。
5.根据权利要求4所述低透气PPR组合物的制备方法，其特征在于，所述挤出机的温度为180~220℃。
6.一种PPR管材，其特征在于，由权利要求1~3任一项所述低透气PPR组合物制备而成。
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