一种复合聚乙烯实壁管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚合聚乙烯实壁管及其制备方法，属于高分子管材技术领域。采用的技术方案是：按照质量份数计，其包括85～100份的聚乙烯、3～6份的石蜡、1～3份的硬脂酸、3～8份的纳米填料、8～12份的改性天然植物纤维、10～15份的改性可膨胀石墨和4～8份的反式聚异戊二烯弹性体。本发明专利技术具有成分组成简单、造价成本低，力学性能和阻燃性能优良的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种复合聚乙烯实壁管及其制备方法
本专利技术涉及高分子管材
，尤其涉及一种复合聚乙烯实壁管及其制备方法。
技术介绍
聚乙烯管材，又称高密度聚乙烯，是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，具有优良的耐低温性和抗冲击性，化学稳定性好，其应用范围从天然气小截面黄管到工业和城市管道的厚壁黑管，涉及城市供水、排水、城市燃气供应、电缆保护管以及农用灌溉等领域，广泛的应用领域对聚乙烯管材的性能提出更高要求。现有技术中，公布号为CN106220948A的中国专利公开了一种高强度多功能聚乙烯通信管材，包括茂金属聚乙烯24～28份、三嗪树脂22～26份、双酚A型环氧树脂22～26份、花椒油20～24份、环氧硬脂酸辛酯22～26份、聚丙烯酸乳液22～26份、聚甘油蓖麻醇酯20～24份、卡波树脂22～26份、尼泊金丁酯22～26份、硼酸钙20～24份、氰乙基纤维素20～24份、十六烷基溴20～24份、碳纤维粉22～26份、陶瓷渣粉末20～24份、铜氨纤维18～22份、钨酸铵22～26份、钨酸钠粉末20～24份、五水偏硅酸钠18～22份、硒化镉粉末20～24份、硝酸钙粉末18～22份、多氯联苯18～22份、聚噻吩20～24份、磷酸三酯20～24份、羟基锡酸锌20～24份、磷酸二氢铝20～24份、硫醇甲基锡20～24份、硫铝酸钙20～24份、六偏磷酸钠20～24份、氯化石蜡20～24份和马来酸18～22份。该聚乙烯通信管材通过上述三十种成分的复配改善材料的韧性、刚度、抗老化性能和使用性能，但该管材的成分组成复杂，制备的成本较高，不利于该管材在通信领域推广应用和节能环保。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合聚乙烯实壁管及其制备方法，具有成分组成简单、造价成本低，力学性能和阻燃性能优良的优点。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种复合聚乙烯实壁管，按照质量份数计，包括85～100份的聚乙烯、3～6份的石蜡、1～3份的硬脂酸、3～8份的纳米填料、8～12份的改性天然植物纤维、10～15份的改性可膨胀石墨和4～8份的反式聚异戊二烯弹性体。实施上述技术方案，通过将聚乙烯与石蜡、硬脂酸、纳米填料及其他改性成分的复配，提高聚乙烯管材的力学性能、耐热性能和阻燃性能。纳米填料和反式聚异戊二烯弹性体配合对聚乙烯管材有增强作用，反式聚异戊二烯弹性体对聚乙烯材料有增韧作用，能够提高聚乙烯材料的冲击强度，纳米填料具有单位表面积大、表面活性高的特点，聚乙烯和纳米填料的表面会出现活跃的物理或者化学的交联反应，且纳米填料具有一定刚性，能够阻碍聚乙烯基体中微小裂纹的扩展，有利于减少破坏性裂缝的形成。改性天然植物纤维的加入有利于提高对聚乙烯管材的增强作用，降低聚乙烯管材的造价成本，通过实现对天然植物纤维的资源化利用减少其对环境的污染。改性可膨胀石墨能够提高聚乙烯管材的阻燃性能，有利于提高聚乙烯管材使用的安全性。本专利技术进一步设置为，所述纳米填料为纳米碳酸钙、纳米蒙脱土和纳米二氧化硅中的至少一种。实施上述技术方案，纳米填料是粒径在1～100nm范围内，且具有明显的表面效应或体积效应的颗粒，纳米碳酸钙、纳米蒙脱土和纳米二氧化硅等无机纳米材料可对聚乙烯材料进行填充改性，改善聚乙烯管材的力学性能。纳米碳酸钙表面亲油疏水，与聚乙烯相容性好，既能有效提高聚乙烯材料的刚性，又能改善聚乙烯材料的加工性能，有利于改善聚乙烯材料的流变性能、尺寸稳定性和耐热稳定性。纳米蒙脱土主要由纳米的蒙脱石构成，由硅四面体和氧化铝八面体以2:1的比例构成的具有三层机构的硅酸盐粘土矿物。纳米二氧化硅具有特殊微粒结构，通过表面的羟基和不饱和残基的键合，将纳米二氧化硅分子塑造成三维链的结构，使其深入不饱和键附近的聚合物链中，能够与不饱和键的电子云相作用，有利于提高聚乙烯材料的物理机械性能。本专利技术进一步设置为，所述反式聚异戊二烯弹性体与纳米碳酸钙的质量比为1：(0.6～1)。实施上述技术方案，反式聚异戊二烯弹性体是反式-1,4-聚异戊二烯，又称为TPI，是一种具有高硬度、高模量和高拉伸强度的结晶材料，与纳米碳酸钠按照上述比例配合对聚乙烯管材具有良好的增强作用。本专利技术进一步设置为，所述改性天然植物纤维包括木纤维、麻纤维、棉纤维、稻草、秸秆和甘蔗渣中的至少一种。实施上述技术方案，天然植物纤维是自然界最丰富的天然高分子材料，化学成分复杂，主要含有多种大分子量的聚合物，将天然植物纤维与聚乙烯材料混合，能够有效提高对聚乙烯材料的增强作用，通过对天然植物纤维进行改性，提高天然植物纤维的疏水性，有助于提高天然植物纤维与聚乙烯复合的力学性能。木纤维、麻纤维、棉纤维、稻草、秸秆和甘蔗渣中都含有大量的纤维素，能够实现天然植物纤维对聚乙烯材料的增强作用。本专利技术进一步设置为，所述天然植物纤维包括稻草和秸秆。实施上述技术方案，稻草和秸秆是自然界中资源丰富的可再生植物纤维原料，是农业生产的副产物，将其用于聚乙烯管材的制备，不仅实现了对稻草和秸秆的资源化利用，减少了对稻草或秸秆燃烧处理的环境污染，也有利于提高聚乙烯材料的力学性能。本专利技术进一步设置为，所述改性天然植物纤维按照如下方法的制备：将天然植物纤维粉碎，置于摩尔浓度为2.5～3mol/L的氢氧化钠溶液中煮沸1.5～3h，对混合物进行过滤，得到预处理纤维。将预处理纤维置于摩尔浓度为12～13mol/L的氢氧化钠溶液中，预处理纤维与氢氧化钠溶液的质量体积比为1：(2.5～3),加入甲苯，在110～125℃下搅拌反应20～40min，再加入环氧氯丙烷，预处理纤维与环氧氯丙烷的质量体积比为1：(2.5～3)，继续搅拌4～6h，冷却后抽滤，用乙醇和去离子水洗涤滤渣，干燥，即得。实施上述技术方案，以环氧氯丙烷为醚化剂，以甲苯为溶剂，以氢氧化钠为润涨剂，对天然植物纤维进行改性，使天然植物纤维中的羟基与环氧氯丙烷之间形成醚键，提高天然植物纤维的疏水性，有利于提高天然植物纤维与聚乙烯复合的力学性能。本专利技术进一步设置为，所述改性可膨胀石墨的改性剂为氮系阻燃剂或磷系阻燃剂。实施上述技术方案，可膨胀石墨直接作为阻燃剂添加在聚乙烯材料中会影响聚乙烯材料的力学性能，且易在阻燃过程中出现烛芯效应，使材料的引燃时间缩短。通过氮系阻燃剂或磷系阻燃剂对可膨胀石墨进行改性，有利于提高可膨胀石墨与聚乙烯的相容性，减弱加入可膨胀石墨后造成的力学性能劣化的现象，有助于增强聚乙烯复合材料的阻燃性能和改善燃烧行为。本专利技术进一步设置为，所述改性可膨胀石墨按照如下方法制备：将磷系阻燃剂与硅烷偶联剂加入四氢呋喃中，在氮气保护下搅拌2～4h，过滤，即得改性中间体。将可膨胀石墨和去离子水混合，滴加醋酸调pH至2，加入改性中间体和乙醇组成的混合溶液，50～60℃下水浴搅拌2～4h，抽滤，用乙醇水溶液清洗滤渣，干燥，即得。实施上述技术方案，通过磷系阻燃剂中的磷酸基与羧酸基的活性基团与硅烷偶联剂的异氰酸基团反应，得到磷系阻燃剂与硅烷偶联剂结合的改性中间体，改性中间体在酸性环境下水解与可膨胀石墨表面的羟基进行脱水缩合反应制备出表面改性的可膨胀石墨。本专利技术进一步设置为，按照质量份数计，包括90～95份的聚乙烯、3～5份的石蜡、1～3份的硬脂酸、3～6份的纳米碳酸钙、4～6份的改性稻草、4～6份的改性秸秆、12～15份的改性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合聚乙烯实壁管，其特征在于，按照质量份数计，包括85～100份的聚乙烯、3～6份的石蜡、1～3份的硬脂酸、3～8份的纳米填料、8～12份的改性天然植物纤维、10～15份的改性可膨胀石墨和4～8份的反式聚异戊二烯弹性体。

【技术特征摘要】
1.一种复合聚乙烯实壁管，其特征在于，按照质量份数计，包括85～100份的聚乙烯、3～6份的石蜡、1～3份的硬脂酸、3～8份的纳米填料、8～12份的改性天然植物纤维、10～15份的改性可膨胀石墨和4～8份的反式聚异戊二烯弹性体。2.根据权利要求1所述的一种复合聚乙烯实壁管，其特征在于，所述纳米填料为纳米碳酸钙、纳米蒙脱土和纳米二氧化硅中的至少一种。3.根据权利要求2所述的一种复合聚乙烯实壁管，其特征在于，所述反式聚异戊二烯弹性体与纳米碳酸钙的质量比为1：(0.6～1)。4.根据权利要求1所述的一种复合聚乙烯实壁管，其特征在于，所述改性天然植物纤维包括木纤维、麻纤维、棉纤维、稻草、秸秆和甘蔗渣中的至少一种。5.根据权利要求4所述的一种复合聚乙烯实壁管，其特征在于，所述天然植物纤维包括稻草和秸秆。6.根据权利要求5所述的一种复合聚乙烯实壁管，其特征在于，所述改性天然植物纤维按照如下方法的制备：将天然植物纤维粉碎，置于摩尔浓度为2.5～3mol/L的氢氧化钠溶液中煮沸1.5～3h，对混合物进行过滤，得到预处理纤维；将预处理纤维置于摩尔浓度为12～13mol/L的氢氧化钠溶液中，预处理纤维与氢氧化钠溶液的质量体积比为1：(2.5～3),加入甲苯，在110～125℃下搅拌反应20～4...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵小燕，
申请(专利权)人：杭州通宇实业有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33