CN104448607A - 一种高防火pvc-u管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高防火PVC-U管及其制备方法，所述高防火PVC-U管采用锌钼硅复合物和纳米氢氧化铝粉体的复配物作为阻燃抑烟剂，所述锌钼硅复合物和纳米氢氧化铝粉体的质量比为1：5～2：1；所述阻燃抑烟剂在高防火PVC-U管中的含量为15%～30%。本发明提供的PVC-U管能够解决高防火PVC-U管的阻燃抑烟性能与其物理机械性能的平衡，具有优异的阻燃抑烟性能且其物理机械性能符合标准要求，大幅提高了PVC-U管的使用范围和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及PVC-U管道领域，具体涉及一种高防火PVC-U管及其制备方法。
背景技术
硬质聚氯乙烯（PVC-U）管具有良好的耐酸碱性、拉伸和压缩性能强、具有一定的柔韧性、使用寿命长、安装方便，广泛应用于市政给排水，农业灌溉，住宅商用建筑业。但PVC燃烧过程中会产生大量腐蚀性有毒气体和烟雾，一旦发生火灾，含有大量腐蚀性气体的浓烟将对人产生致命的威胁，因此PVC管的阻燃抑烟技术也越来越受到重视。目前，部分PVC管中通过添加了阻燃抑烟剂来提高PVC-U管的阻燃性能，但阻燃效果仍然是偏低的，尤其是抑烟效果往往更差，这是因为阻燃抑烟剂的加入会显著降低PVC-U管的机械性能、静液压性能等，如果加入过多阻燃剂则会使PVC-U管产品无法达到相关标准要求，因此阻燃抑烟剂添加量都比较少。然而，PVC制品的阻燃要求越来越严格，开发高防火的PVC管道产品越来越迫切，尤其是阻燃和抑烟性能均优异的产品，而要开发这类产品，就必须平衡好阻燃抑烟剂高填充与PVC-U管其他性能之间的关系。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高防火PVC-U管，该PVC-U管能够解决高防火PVC-U管阻燃抑烟性能与其物理机械性能的平衡，具有优异的阻燃抑烟性能且其物理机械性能符合标准要求。
本发明的另一目的在于提供上述高防火PVC-U管的制备方法。
一种高防火PVC-U管，所述高防火PVC-U管采用锌钼硅复合物和纳米氢氧化铝粉体的复配物作为阻燃抑烟剂，所述锌钼硅复合物和纳米氢氧化铝粉体的质量比为1：5～2：1；所述阻燃抑烟剂在高防火PVC-U管中的含量为15%～30%；
其中，所述锌钼硅复合物是纳米级的锌、钼覆盖在硅酸镁上的复合材料，所述锌钼硅复合物的平均粒径为4～6微米。
本发明使用锌钼硅复合物作为阻燃抑烟剂，锌钼硅复合物通过生成炭层起到高效抑烟作用，同时其兼具协助阻燃的作用；纳米氢氧化铝主要是阻燃作用并进而减少烟的产生；在本发明的配方下制备得到的PVC-U管具有优异的阻燃抑烟性能。
进一步优选地，所述锌钼硅复合物可以优选商品牌号为Charmax FS-ZMT的锌钼硅复合物。
优选地，所述纳米氢氧化铝粉体经偶联剂表面改性；进一步优选地，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。
优选地，所述PVC-U管按重量份数由以下原料组成：
聚氯乙烯 100份；
阻燃抑烟剂 20～40份；
抗冲改性剂 0.5～10份；
稳定剂 1～5份；
加工助剂 0.5～5份；
润滑剂 0.1～5份；
偶联剂 1～3份；
颜料 0.01～3份；
碳酸钙 1～30份。
优选地，所述锌钼硅复合物和纳米氢氧化铝粉体的质量比为3：5～1：1。
优选地，所述抗冲改性剂为丙烯酸酯类或甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯共聚物类抗冲改性剂中的一种或几种。
优选地，所述稳定剂为钙锌复合稳定剂或有机锡稳定剂。
优选地，所述加工助剂为丙烯酸类加工助剂。
优选地，所述润滑剂为硬脂酸类增塑剂。
优选地，所述颜料为钛白粉。
所述的高防火PVC-U管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将所述原料混合，然后用高速热混料机进行混合分散，当温度达到80～130℃时排入冷混料机中搅拌冷却，待温度降至30～70℃时备用；
S2：将步骤S1所述的料加入双螺杆挤出机塑化、模塑成型；
其中，双螺杆挤出机为锥形双螺杆挤出机，机筒的温度设定为140～190℃，成型温度设定为140～220℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明制备的PVC-U管在保持PVC-U管优良的物理机械性能及成型加工性能的基础上，通过填充高含量的新型阻燃抑烟剂，极大提高了PVC-U管的阻燃抑烟性能，经检验PVC-U管的火焰传播等级≤25，发烟等级≤50，与现有阻燃PVC-U管相比有显著提高；同时PVC-U管的性能符合GB/T 10002.1或GB/T 5836.1的要求。该PVC-U管具有较高的使用安全性，防火性能优异，可适用于建筑物给排水管路，尤其适用于对防火、抑烟要求较高的环境，能够拓宽PVC-U管的适用范围。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。除非特别说明，实施例中所涉及的材料、方法均为本领域常用的材料和方法。
实施例1
一种高防火PVC-U管配方为：100份PVC树脂、4份钙锌复合稳定剂、0.8份加工助剂LPA-40、3份MBS抗冲改性剂、3份锌钼硅复合物、20份纳米氢氧化铝、2份润滑剂氯化石蜡、1.2份硬脂酸1840、2份钛白粉、15份碳酸钙、1份钛酸酯偶联剂。
各组分按质量份配好后，放入高混机中搅拌，高混机搅拌温度设定在115℃，搅拌至该温度时将料排入冷混机中搅拌冷却，冷混机温度设定在40℃出料。然后将料加入双螺杆挤出机塑化、模塑成型，其中双螺杆挤出机机筒的温度分别设定为170℃、165℃，模具成型温度分别设定为170℃、180℃；挤出制备得到高防火PVC-U管。
将所得到的PVC-U管按GB/T 10002.1、GB/T 5836.1和CAN/ULC-S102.2-10标准进行测试，PVC-U管性能符合GB/T 10002.1或GB/T 5836.1要求；阻燃抑烟性能测试数据见表1，由表1可知，本实施例制备得到的PVC-U管符合高防火PVC-U管火焰传播等级≤25、发烟等级≤50的要求。
实施例2
一种高防火PVC-U管配方为：100份PVC树脂、3份有机锡稳定剂、1份加工助剂PA-40、3份ACR抗冲改性剂、6份锌钼硅复合物、25份纳米氢氧化铝、2份润滑剂氯化石蜡、1.4份硬脂酸1840、2份钛白粉、5份碳酸钙、1.5份钛酸酯偶联剂。
各组分按质量份配好后，放入高混机中搅拌，高混机搅拌温度设定在120℃，搅拌至该温度时将料排入冷混机中搅拌冷却，冷混机温度设定在45℃出料。然后将料加入双螺杆挤出机塑化、模塑成型，其中双螺杆挤出机机筒的温度分别设定为175℃、170℃，模具成型温度分别设定为175℃、185℃；挤出制备得到高防火PVC-U管。
将所得到的PVC-U管按GB/T 10002.1、GB/T 5836.1和CAN/ULC-S102.2-10标准进行测试，PVC-U管性能符合GB/T 10002.1或GB/T 5836.1要求；阻燃抑烟性能测试数据见表1，由表1可知，本实施例制备得到的PVC-U管符合高防火PVC-U管火焰传播等级≤25、发烟等级≤50的要求。
实施例3
一种高防火PVC-U管配方为：100份PVC树脂、5份有机锡稳定剂、5份加工助剂PA-40、5份ACR抗冲改性剂、10份锌钼硅复合物、30份纳米氢氧化铝、5份润滑剂氯化石蜡、1.4份硬脂酸1840、3份钛白粉、25份碳酸钙、1.5份钛酸酯偶联剂。
各组分按质量份配好后，放入高混机中搅拌，高混机搅拌温度设定在120℃，搅拌至该温度时将料排入冷混机中搅拌冷却，冷混机温度设定在45℃出料。然后将料加入双螺杆挤出机塑化、模塑成型，其中双螺杆挤出机机筒的温度分别设定为175℃、170℃，模具成型温度分别设定为175℃、185℃；挤出制备得到高防火PVC-U管。
将所得到的管按GB/T 10002.1、GB/T 5836.1和CAN/ULC-S102.2-10标准进行测试，管性能符合GB/T 10002.1或GB/T 5836.1要求；阻燃抑烟性能测试数据见表1，由表1可知，管符合高防火管火焰传播等级≤25、发烟等级≤50的要求。
实施例4
一种高防火PVC-U管配方为：100份PVC树脂、4份钙锌复合稳定剂、0.8份加工助剂LPA-40、10份MBS抗冲改性剂、5份锌钼硅复合物、25份纳米氢氧化铝、2份润滑剂氯化石蜡、1.2份硬脂酸1840、2份钛白粉、30份碳酸钙、1份钛酸酯偶联剂。
各组分按质量份配好后，放入高混机中搅拌，高混机搅拌温度设定在115℃，搅拌至该温度时将料排入冷混机中搅拌冷却，冷混机温度设定在40℃出料。然后将料加入双螺杆挤出机塑化、模塑成型，其中双螺杆挤出机机筒的温度分别设定为170℃、165℃，模具成型温度分别设定为170℃、180℃；挤出制备得到高防火PVC-U管。
将所得到的PVC-U管按GB/T 10002.1、GB/T 5836.1和CAN/ULC-S102.2-10标准进行测试，PVC-U管性能符合GB/T 10002.1或GB/T 5836.1要求；阻燃抑烟性能测试数据见表1，由表1可知，本实施例制备得到的PVC-U管符合高防火PVC-U管火焰传播等级≤25、发烟等级≤50的要求。
对照例1
一种高防火PVC-U管配方为：100份PVC树脂、4份钙锌复合稳定剂、0.8份加工助剂LPA-40、3份MBS抗冲改性剂、23份锌钼酸、2份润滑剂氯化石蜡、1.2份硬脂酸1840、2份钛白粉、15份碳酸钙、1份钛酸酯偶联剂。
各组分按质量份配好后，放入高混机中搅拌，高混机搅拌温度设定在115℃，搅拌至该温度时将料排入冷混机中搅拌冷却，冷混机温度设定在40℃出料。然后将料加入双螺杆挤出机塑化、模塑成型，其中双螺杆挤出机机筒的温度分别设定为170℃、165℃，模具成型温度分别设定为170℃、180℃；挤出制备得到高防火PVC-U管。
将所得到的PVC-U管按GB/T 10002.1、GB/T 5836.1和CAN/ULC-S102.2-10标准进行测试，PVC-U管性能符合GB/T 10002.1或GB/T 5836.1要求；阻燃抑烟性能测试数据见表1，由表1可知，本对照例制备得到的PVC-U管的火焰传播等级大于25、发烟等级大于50，不符合高防火PVC-U管火焰传播等级≤25、发烟等级≤50的要求。
对照例2
一种高防火PVC-U管配方为：100份PVC树脂、4份钙锌复合稳定剂、0.8份加工助剂LPA-40、3份MBS抗冲改性剂、23份锌钼硅复合物、2份润滑剂氯化石蜡、1.2份硬脂酸1840、2份钛白粉、15份碳酸钙、1份钛酸酯偶联剂。
各组分按质量份配好后，放入高混机中搅拌，高混机搅拌温度设定在115℃，搅拌至该温度时将料排入冷混机中搅拌冷却，冷混机温度设定在40℃出料。然后将料加入双螺杆挤出机塑化、模塑成型，其中双螺杆挤出机机筒的温度分别设定为170℃、165℃，模具成型温度分别设定为170℃、180℃；挤出制备得到高防火PVC-U管。
将所得到的PVC-U管按GB/T 10002.1、GB/T 5836.1和CAN/ULC-S102.2-10标准进行测试，PVC-U管性能符合GB/T 10002.1或GB/T 5836.1要求；阻燃抑烟性能测试数据见表1，由表1可知，本对照例制备得到的PVC-U管火焰传播等级大于25、发烟等级大于50，不符合高防火PVC-U管的火焰传播等级≤25、发烟等级≤50的要求。
对照例3
一种高防火PVC-U管配方为：100份PVC树脂、4份钙锌复合稳定剂、0.8份加工助剂LPA-40、3份MBS抗冲改性剂、23份纳米氢氧化铝、2份润滑剂氯化石蜡、1.2份硬脂酸1840、2份钛白粉、15份碳酸钙、1份钛酸酯偶联剂。
各组分按质量份配好后，放入高混机中搅拌，高混机搅拌温度设定在115℃，搅拌至该温度时将料排入冷混机中搅拌冷却，冷混机温度设定在40℃出料。然后将料加入双螺杆挤出机塑化、模塑成型，其中双螺杆挤出机机筒的温度分别设定为170℃、165℃，模具成型温度分别设定为170℃、180℃；挤出制备得到高防火PVC-U管。
将所得到的PVC-U管按GB/T 10002.1、GB/T 5836.1和CAN/ULC-S102.2-10标准进行测试，PVC-U管性能符合GB/T 10002.1或GB/T 5836.1要求；阻燃抑烟性能测试数据见表1，由表1可知，本对照例制备得到的PVC-U管的发烟等级大于50，不符合高防火PVC-U管发烟等级≤50的要求。
对照例4
一种高防火PVC-U管配方为：100份PVC树脂、4份钙锌复合稳定剂、0.8份加工助剂LPA-40、3份MBS抗冲改性剂、3份锌钼酸、20份纳米氢氧化铝、2份润滑剂氯化石蜡、1.2份硬脂酸1840、2份钛白粉、15份碳酸钙、1份钛酸酯偶联剂。
各组分按质量份配好后，放入高混机中搅拌，高混机搅拌温度设定在115℃，搅拌至该温度时将料排入冷混机中搅拌冷却，冷混机温度设定在40℃出料。然后将料加入双螺杆挤出机塑化、模塑成型，其中双螺杆挤出机机筒的温度分别设定为170℃、165℃，模具成型温度分别设定为170℃、180℃；挤出制备得到高防火PVC-U管。
将所得到的PVC-U管按GB/T 10002.1、GB/T 5836.1和CAN/ULC-S102.2-10标准进行测试，PVC-U管性能符合GB/T 10002.1或GB/T 5836.1要求；阻燃抑烟性能测试数据见表1，由表1可知，本实施例制备得到的PVC-U管发烟等级大于50，不符合高防火PVC-U管发烟等级≤50的要求。
表1：
Claims (10)
1.一种高防火PVC-U管，其特征在于，所述高防火PVC-U管采用锌钼硅复合物和纳米氢氧化铝粉体的复配物作为阻燃抑烟剂，所述锌钼硅复合物和纳米氢氧化铝粉体的质量比为1：5～2：1；所述阻燃抑烟剂在高防火PVC-U管中的含量为15%～30%；
其中，所述锌钼硅复合物是纳米级的锌、钼覆盖在硅酸镁上的复合材料，所述锌钼硅复合物的平均粒径为4～6微米。
2.根据权利要求1所述的高防火PVC-U管，其特征在于，所述锌钼硅复合物的商品牌号为Charmax FS-ZMT。
3.根据权利要求1所述的高防火PVC-U管，其特征在于，所述纳米氢氧化铝粉体经偶联剂表面改性。
4.根据权利要求2所述的高防火PVC-U管，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。
5.根据权利要求1所述的高防火PVC-U管，其特征在于，所述PVC-U管按重量份数由以下原料组成：
聚氯乙烯 100份；
阻燃抑烟剂 20～40份；
抗冲改性剂 0.5～10份；
稳定剂 1～5份；
加工助剂 0.5～5份；
润滑剂 0.1～5份；
偶联剂 1～3份；
颜料 0.01～3份；
碳酸钙 1～30份。
6.根据权利要求1所述的高防火PVC-U管，其特征在于，所述锌钼硅复合物和纳米氢氧化铝粉体的质量比为3：5～1：1。
7.根据权利要求5所述的高防火PVC-U管，其特征在于，所述的稳定剂为钙锌复合稳定剂或有机锡稳定剂。
8.根据权利要求5所述的高防火PVC-U管，其特征在于，所述加工助剂为丙烯酸类加工助剂。
9.根据权利要求5所述的高防火PVC-U管，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸类增塑剂。
10.权利要求1至9任一权利要求所述的高防火PVC-U管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将所述原料混合，然后用高速热混料机进行混合分散，当温度达到80～130℃时排入冷混料机中搅拌冷却，待温度降至30～70℃时备用；
S2：将步骤S1所述的料加入双螺杆挤出机塑化、模塑成型；
其中，双螺杆挤出机为锥形双螺杆挤出机，机筒的温度设定为140～190℃，成型温度设定为140～220℃。
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