CN101029160A - 一种生产聚氯乙烯双壁波纹管的配方 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生产聚氯乙烯双壁波纹管的配方，配方设计如下：(公斤)硬质聚氯乙烯树脂：100、稀土热稳定剂：3～6、润滑剂：1.5～2.5、偶联剂：0.5～1.0、丙烯酸酯：2～4、改性剂：6～10、稀土改性碳酸钙：10～25。本发明将稀土热稳定剂应用于聚氯乙烯双壁波纹管的生产中，取代了原来的铅稳定剂，满足了市政工程排水排污管网建设和环保建设的需求。

Description

一种生产聚氯乙烯双壁波纹管的配方

技术领域

本发明涉及一种生产聚氯乙烯(PVC)双壁波纹管的配方，即一种用稀土热稳定剂生产聚氯乙烯排水管的配方。

背景技术

由于传统的排水管大多采用水泥管或钢筋混凝土管，它们都是属于刚性管材，使用寿命一般在15～20年左右，其物理力学性能及化学性能都不如PVC双壁波纹管好，属于落后淘汰产品。PVC双壁波纹管是一种埋地排水用结构壁管道，由于PVC双壁波纹管使用寿命长，特别是埋在地下不易碎裂，又耐酸碱和一定的温度，因此适合于城市污水管道的铺设，所以近几年大力发展和推广PVC双壁波纹管，但由于PVC双壁波纹管都是用作排水管道，几乎全部采用铅稳定剂，在PVC双壁波纹管长期的使用中，将会不断地释放出铅，对地下水造成严重的污染，进而影响人类健康。

发明内容

为了解决铅稳定剂对环境的污染，本发明在生产PVC双壁波纹管时采用稀土热稳定剂，它是一种环保卫生型稳定剂。稀土是我国特有的资源，占全球总量的80％左右，充分利用了我国特有的稀土资源，符合国家节能环保政策。本发明将稀土热稳定剂应用于聚氯乙烯双壁波纹管的生产中，取代了原来的铅稳定剂，满足了市政工程排水排污管网建设和环保建设的需求。

本发明所述的一种生产聚氯乙烯双壁波纹管的配方，其特征是：

配方如下：(公斤)

硬质聚氯乙烯树脂            100

稀土热稳定剂            3～6

润滑剂                  1.5～2.5

偶联剂                  0.5～1.0

丙烯酸酯                2～4

改性剂                  6～10

稀土改性碳酸钙          10～25

本发明的最佳方案为，所述的稀土热稳定剂含镧、铈轻稀土元素(各10％)和钙、锌(各30％)及辅料(20％)混合物；所述的润滑剂为硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡(40∶30∶30)混合物或硬脂酸、石腊(50∶50)混合物；所述的偶联剂为钛酸酯或铝酸酯；所述的改性剂为氯化聚乙烯或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯。所述的稀土热稳定剂的最佳重量为4～5公斤。

本发明的有益效果是，采用环保卫生的稀土热稳定剂作为聚氯乙烯双壁波纹管加工时的热稳定剂，产品真正意义上达到“非铅化”，环保卫生；稀土热稳定剂比传统铅盐稳定剂有着更优异的耐候性能，光老化性能好，试验结果表明：光老化性能优于铅盐体系30％～50％左右；稀土改性碳酸钙粒子的应用，在提高管材冲击韧性的同时又提高了产品环刚度性能，同时降低了成本。

具体实施方式

PVC双壁波纹管是以硬质聚氯乙烯树脂为主要生产原料，根据硬质聚氯乙烯树脂的材料特性——冲击韧性差及大口径埋地排水管的使用特性，在配方设计时考虑添加增韧碳酸钙粒子，不但使产品的韧性得以提高，同时还提高管材的环刚度。

根据埋地排水管道的特殊性能要求，管材的环刚度性能是其关键性技术指标，经过多方面的比较和试验，选择SLK-1000型或SLP-1000型或与其指标相近的硬质聚氯乙烯树脂作为生产用原料。

材料性能指标：

名称	SLK-1000	SLP-1000
			优等品	优等品
	平均聚合度P	1030±50			1030±50

杂质粒子个数，个/100克≤	50	50
			挥发物，％≤	0.30	0.30
表观密度，g/ml	0.53±0.03	0.51±0.03
			0.35mm＜筛余物，％≤	0.1	0.1
″＜鱼眼″数，个/100cm2≤	5	5
			增塑剂吸收量，g/100g≥	17	20
原始白度，％≥	90	90
			白度(160℃，10mm)，％≥	76	74

配方体系主要由硬质聚氯乙烯树脂、稀土热稳定剂、润滑剂、偶联剂、改性剂、稀土改性碳酸钙等组成。

本发明所述的一种生产聚氯乙烯双壁波纹管的配方，配方设计如下：(公斤)

硬质聚氯乙烯树脂(SG-5型)                  100

稀土热稳定剂(含有镧、铈、钙、锌)          4.5

润滑剂(硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡)            2.0

偶联剂(钛酸酯)                            0.8

丙烯酸脂                                  3.0

改性剂(氯化聚乙烯)                        8.0

稀土改性碳酸钙                            20

由于硬质聚氯乙烯树脂本身的特性，其在低温下冲击韧性差，且添加普通碳酸钙也会降低其冲击性能，因此在加工时必须添加增韧改性剂和使用稀土改性碳酸钙粒子来提高其冲击强度，同时提高了管材的环刚度性能。

工艺流程

1、工艺路线如下：

2、详细说明如下：

(1)配料：

PVC(SG-5型)、稀土热稳定剂

润滑剂+改性剂+偶联剂+丙烯酸酯+稀土改性碳酸钙

(2)搅拌步骤：

a、高速搅拌

1)将PVC树脂倒入高速混合机中，低速档起动后调至高速档搅拌，使温度升至60℃左右停止搅拌；

2)投入稀土热稳定剂后，继续高速搅拌升温至90℃时停止搅拌；

3)投入润滑剂、丙烯酸酯、改性剂、偶联剂和稀土改性碳酸钙，混合均匀，温度上升到设定的温度(一般为125℃)时，停止搅拌；

4)转入低速搅拌，并在低速搅拌下将物料排入转动着的通冷却水的低速冷混机中；

b、冷混

当物料达到设定的高搅温度时，高速自动停止转入低速，冷却物料达到设定温度时(一般为45～55℃)停止。

c、过筛

用一定目数的筛网筛除物料中的杂质和一些大颗粒料。

(3)挤出机挤出

过筛好的物料投入挤出机进行生产。

挤出的工艺参数必须严格按照下列工艺表的要求进行设定和生产，以达到产品质量要求。

                         工艺参数表

度	四区	185±10℃	四区	200±10℃
						五区	190±10℃	五区	205±10℃
	六区	195±10℃	六区	210±10℃
								七区	210±10℃
			八区	210±10℃
						生产线各工艺控制参数
主机转速		30r/min	主机电流		60％
						成型机速率		-	喂料转速		30r/min

注：生产工艺根据原料产地、型号、规格、颜色、气候变化而略有调整。稀土热稳定剂的综合性能：

稀土热稳定剂有着优异的热稳定性能，不论是静态还是动态热稳定性都优于传统铅盐稳定剂，同是对PVC具有促进塑化作用，可以明显减少润滑剂的用量。稀土热稳定剂，不但具有优异的热稳定性能；还有独特的偶联、增容、内增塑、增韧作用；以及优异的耐侯性和电绝缘性能、安全卫生等特点。

众所周知，PVC在加工温度条件下，易发生分解，必须加入稳定剂才能使其顺利加工。现今工业上应用广泛的热稳定剂多为铅、镉、钡、锡等金属盐类，镉、铅盐对人类健康毒害较大。虽然在一般正常使用和限制添加量的条件下，在加工过程或制品使用中不产生剧烈的毒性，但由于重金属在长期暴露条件下具有生物累积性，因而会对人类健康形成威胁，对环境造成污染。

(1)稀土热稳定剂作用机理分析

PVC的降解最初是由于脱掉一个HCl而引起的，脱HCl过程是一个自催化过程，会引发大分子链连锁式分解脱HCl，报快形成一个多烯链段，导致聚合物降解，即材料颜色变深乃至焦化，机械力学性能下降。PVC树脂脱HCl过程一般解释有自由基型和离子型2种机理。在加工过程中，O₂、O₃、OH、HCl及活泼金属离子等催化作用加速PVC的分解，其中HCl是加速分解的主要因素之一。PVC加工温度远远超过其分解温度，因此PVC必须通过添加稳定剂才具有加工和使用价值。PVC降解时释放的HCl对脱HCl反应有强烈的自催化作用。普遍认为它是以离子型机理进行催化反应的，有[ClHCl]^-或Cl^-参与反应过程。而[ClHCl]^-或Cl^-可作为提供孤对电子的配位体，与中心离子即稀土元素的离子键形成络合物。尽管这种络合物可能极不稳定，但只要它能将[ClHCl]^-或Cl^-吸附在稀土离子的周围而不参与催化脱HCl反应，那么对PVC就起到了一定的稳定作用。又由于PVC脱HCl的活化能在真空中为105～146J/mol，在氧气中明显降为50～84J/mol。因此，氧、臭氧等气体分子及其离子型杂质能大大加速脱HCl反应。而从镧系收缩及其电子层结构学、量子力学的特点出发可判断出，稀土热稳定剂可对PVC加工中的氧和PVC本身含有的离子型杂质进行物理吸附，并进入稀土热稳定剂的晶格穴中，避免了它们对母体C-Cl键的冲击振动。因此，通过稀土多功能稳定剂的作用，可以提高PVC脱HCl的活化能，从而延缓PVC塑料的热降解。再者，稀土化合物中合适的阴离子基团能起置换PVC大分子上的烯丙基氯原子的作用，消除这个降解弱点，也能达到稳定的目的。

综上所述，稀土化合物是通过以下4方面起到稳定化的作用：A、有效地抑制PVC链上不稳定结构的活泼氯脱除反应；B、吸附中和HCl，消除其对降解的效应；C、捕捉游离基和吸附离子型杂质，提高PVC脱HCl的活化能；D、通过合适的阴离子基团替换PVC大分子上的烯丙基氯原子，消除降解弱点等。

(2)稀土热稳定性能研究

为了在实际生产中考察稀土热稳定剂的静态和动态热稳定性能，并与传统配方进行对比，做了以下几个配方实验，配方号如表1所示，其热稳定性能如表2。

                         表1  配方表

原材料		配方号
						1	2	3	4
		PVC(S-1000)		100	100					100	100
稀土热稳定剂						4
		复合铅	国产							4
国外						4
			三盐基硫酸铅								3.5

二盐基亚磷酸铅				1.0
					硬酯酸钙				0.5
硬酯酸铅				0.8
					碳酸钙	20	20	20	20
其它助剂	适量	适量	适量	适量

                表2  静态和动态热稳定性能对比表

                          评分值表

评分值：	1	2	3	4	5	6	7
								色度：	无色	稍有色	灰黄色或灰红色	棕黄色或棕红色	棕色	深棕色	黑色

试验结果表明：稀土热稳定剂具有优异的热稳定性能，完全可替代传统的铅盐稳定剂进行生产。

(3)促进塑化作用

稀土热稳定剂对PVC具有促进塑化作用，是因为PVC复合物的塑化过程实际上是PVC粉粒(～100μm)破碎为初级粒子(～1μm)和更微细粒子(～0.1μ区域粒子)以至无规分子线团的过程(又称凝胶化过程)，而任何破碎、细化过程都是以有效的力传递为前提的，稀土原子Re^δ+与PVC分子的氯原子Cl^δ-之间的强相互作用可使力(特别是剪切力)的传递得到加强，从而能促进PVC凝胶化。不难理解，这种相互作用的更直接效应是有效地改善稀土化合物与PVC的相容性。因此，稀土化合物-PVC体系的透明性较好。

(4)优异的耐候性

已有的无机化学理论告知我们：稀土元素可吸收230-320纳米的紫外光，电子从基态能级跃迁至三重态能级，通过光、热、撞碰猝灭等途径释放能量后又返回基态。由此可推断，稀土热稳定剂具抗光老化作用。我们对稀土热稳定剂、铅稳定剂、有机锡稳定剂制备的PVC样品(经双辊机压片)在500W汞灯经硬质玻璃滤光后光照射下进行对比，结果为：稀土系、有机锡系试样427小时未见变色，铅制样却在368小时变微黄色。这说明，稀土热稳定剂抗光老化作用优于铅系稳定剂，与有机锡性能相当(液体有机锡中可能含有抗光老化成份)，且稀上系制品耐硫化性能优于铅盐系制品，对防止北方地区因空气含硫量高、直接用于室外的制品防止其早期易黄化起作用。

Claims (3)

1.一种生产聚氯乙烯双壁波纹管的配方，其特征是：

配方如下：(公斤)

硬质聚氯乙烯树脂            100

稀土热稳定剂                3～6

润滑剂                      1.5～2.5

偶联剂                      0.5～1.0

丙烯酸酯                    2～4

改性剂                      6～10

稀土改性碳酸钙              10～25。

2.根据权利要求1所述的一种生产聚氯乙烯双壁波纹管的配方，其特征是：所述的稀土热稳定剂含镧、铈轻稀土元素和钙、锌混合物；所述的润滑剂为硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡混合物或硬脂酸、石腊混合物；所述的偶联剂为钛酸酯或铝酸酯；所述的改性剂为氯化聚乙烯或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯。

3.根据权利要求1所述的一种生产聚氯乙烯双壁波纹管的配方，其特征是：所述的稀土热稳定剂的重量为4～5公斤。