木质素作为功能载体的低熔垂增强型大口径聚乙烯给水管制造技术

本发明专利技术公开了一种木质素作为功能载体的低熔垂增强型大口径聚乙烯给水管，其包括以下质量份数的原料组分：树脂100份、改性木质素4~7份、增容剂0.5~1份、芳香族二醇类扩链剂0.2~1份、抗氧化剂0.5~1.5份、润滑剂0.05~0.2份；所述的改性木质素的制备方法是取木质素加水制成木质素糊液，高温灭菌后加入木质素降解酶，半纤维素降解酶，再加入亚磷酸水溶液混合处理得到酶解木质素；将酶解木质素与粉末化硅烷偶联剂混合处理到改性木质素。本发明专利技术通过调控木质素与PE基体之间微观相界面及复合材料的结晶情况，改善大口径PE给水管成型时的“熔垂”现象，并达到为大口径PE给水管增强、增韧目的。并达到为大口径PE给水管增强、增韧目的。并达到为大口径PE给水管增强、增韧目的。

Low sag reinforced large diameter polyethylene water supply pipe with lignin as functional carrier

【技术实现步骤摘要】
木质素作为功能载体的低熔垂增强型大口径聚乙烯给水管


[0001]本专利技术属于新型管材
，具体涉及一种木质素作为功能载体的低熔垂增强型大口径聚乙烯给水管。

技术介绍

[0002]大口径聚乙烯给水管（口径＞110mm）是近几十年发展最快的塑料管道，其性能和技术经济指标在各种管道中具有明显的优势。目前，我国报道可稳定生产的PE给水管最大直径达到2500mm，但是由于HDPE的强度比较低，往往只能用于较低压力的领域，且需要较大的壁厚，管道成本很高，并且PE给水管的直径越大，其要求承压能力越高，管壁越厚，往往在40mm以上。现有挤出生产壁厚在40mm以上的PE管是相对困难的，除去设备的原因，原材料的“熔垂(sag)”现象是最大的阻碍因素。“熔垂”是在管胚离开挤出机口模进入冷却过程中，重力诱导未完全冷却的树脂从管坯上部向下部流动，从而造成沿管材圆周向管壁厚度严重分布不均匀，无法达到最终管材产品的偏心率和壁厚尺寸要求，并严重影响性能。
[0003]此外，困扰PE大口径给水管发展的另外一个因素是公称压力下容易发生脆性破坏或韧性破坏。目前根据给水用PE管道系统最新国家标准（GB/T 13663 2018）要求，PE管的公称压力已由1.6MPa提高至2.0MPa，长期静液压强度由原要求80℃/165h改为80℃/1000h，耐慢速裂纹增长性能由165h提高至500h，同时还增加了耐快速裂纹扩展性能，极大提高了PE管的强度性能要求。因此，客观形势要求大口径PE给水管的生产技术作进一步的更新与发展，其中对于生产厂家来讲，如何有效改善成型时的
ꢀ“
下垂”现象，提高PE管材的长期静液压强度，并维持抗冲击能力、抗快速应力开裂能力、耐环境应力开裂能力等其他性能在合格范围内，是一个亟待解决的问题。
[0004]在成型工艺相对固定的前提下，PE给水管材的配方决定了产品的力学性能和成型性能。通过添加第三方载体与PE树脂进行复合，来改善成型时的“熔垂”现象，提高PE给水管材的力学性能是最简单、最有效的方法，由于国标（GB/T 13663 2018）对给水用PE实壁管的灰分要求要小于0.1%，这基本上杜绝了通过加入云母、滑石粉、硅钙镁晶须等无机粉体作为增强载体的可能性，目前使用玻璃短/长纤维、碳纤维、植物纤维、合成树脂等有机物对PE实壁管进行复合增强是最热点的研究方向之一；如申请号为CN202111557184.8的中国专利技术专利申请公开了一种玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料一种玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料，该聚乙烯复合材料包括以下成分的重量份：高密度聚乙烯：50～70；线性低密度聚乙烯：10～20；过氧化物引发剂：0.01～0.03；马来酸酐：1～5；分散剂：5.0～8.0；活化的碳酸钙：2.0～4.0；炭黑：1.0～3.0；改性玻璃纤维：5～15；所述改性玻璃纤维是通过先采用不饱和硅烷偶联剂对玻璃纤维进行表面改性处理，再接枝聚甲基丙烯酸甲酯得到。又如申请号为CN202111447928.0的中国专利技术专利申请公开了一种含有环氧树脂的高强度碳纤维管材，其包括以下重量份的原料：聚乙烯60
‑
70份、环氧树脂40
‑
50份、碳纤维5
‑
10份、陶瓷渣20
‑
30份、铜氨纤维5
‑
10份、硫铝酸钙5
‑
10份、磷酸二氢铝5
‑
10份、纳米钴2
‑
4份、纳米硅2
‑
4份、增塑剂1
‑
3份、乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂1
‑
3份。
[0005]其中木质素是一种丰富的可再生资源，安全无毒的高聚物，现有研究表明木质素也是一种优异、安全的复合PE材料增强载体。但是木质素与PE树脂两者之间存在较大的极性差，导致黏合度低，生产过程中更容易出现“熔垂”现象，生产的大口径聚乙烯给水管在力学性能和成型性能方面明显低于添加玻璃纤维或碳纤维的PE给水管。

技术实现思路

[0006]针对上述不足，本专利技术公开了一种木质素作为功能载体的低熔垂增强型大口径聚乙烯给水管，通过调控木质素与PE基体之间微观相界面及复合材料的结晶情况，改善大口径PE给水管成型时的“熔垂”现象，并达到为大口径PE给水管增强、增韧目的。
[0007]本专利技术是采用如下技术方案实现的：木质素作为功能载体的低熔垂增强型大口径聚乙烯给水管，其包括以下质量份数的原料组分：树脂100份、改性木质素4~7份、增容剂0.5~1份、芳香族二醇类扩链剂0.2~1份、抗氧化剂0.5~1.5份、润滑剂0.05~0.2份；所述的改性木质素的制备方法是取木质素加入去离子水中润湿均匀得到木质素糊液，所述木质素的质量与去离子水的体积比为500g:（2~3）L；接着将木质素糊液加入容器中密封后，置于105℃的高压蒸汽灭菌锅中处理1~2h，然后将蒸汽灭菌锅温度降至室温，取出容器打开后加入木质素降解酶，半纤维素降解酶，所述木质素:木质素降解酶:半纤维素降解酶的质量比为500:（1~2）:（0.2~0.5）；接着将容器重新密封后置于29℃~31℃的恒温摇床中，以300 rpm的旋转速度振荡处理48 h，取出容器打开密封后加入浓度为10wt%的亚磷酸水溶液得到混合液，所述亚磷酸水溶液与去离子水的体积比为（0.05~0.1）:（2~3），然后将混合液置于恒温摇床中，在90℃下，以450 rpm的旋转速度振荡处理30 min，接着冷却至室温后，过滤后得到固体，将固体水洗1~2次后，干燥至固体含水量小于0.5wt%，得到酶解木质素；将酶解木质素与粉末化硅烷偶联剂混合均匀后加入到过热蒸汽气流磨中，以1200 m/s的气流速度粉碎得到改性木质素，所述酶解木质素与粉末化硅烷偶联剂的质量比为（1~1.5）:1。
[0008]进一步的，所述木质素以甘蔗渣碱法制浆黑液为原料，经Klason法提取的酸不溶木质素；所述黑液为高浓度的碱性有机废水，含有大量的有机物和无机盐类物质。
[0009]进一步的，所述木质素的粒度D90小于50 μm。
[0010]进一步的，所述的木质素降解酶为木质素过氧化物酶和漆酶混合得到的复合酶A，在所述复合酶A中，所述木质素过氧化物酶的重量是漆酶重量的5倍以上；所述的半纤维素降解酶为木聚糖酶和甘露聚糖酶混合的复合酶B，在所述复合酶B中，所述木聚糖酶的重量是甘露聚糖酶重量的2倍以上。
[0011]进一步的，所述粉末化硅烷偶联剂是N
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ
‑
氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的任意一种或两者的任意比例混合物；所述N
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷或γ
‑
氨丙基甲基二乙氧基硅烷均是采用炭黑吸附N
‑
(β
‑
氨乙基)...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.木质素作为功能载体的低熔垂增强型大口径聚乙烯给水管，其特征在于：包括以下质量份数的原料组分：树脂100份、改性木质素4~7份、增容剂0.5~1份、芳香族二醇类扩链剂0.2~1份、抗氧化剂0.5~1.5份、润滑剂0.05~0.2份；所述的改性木质素的制备方法是取木质素加入去离子水中润湿均匀得到木质素糊液，所述木质素的质量与去离子水的体积比为500g:（2~3）L；接着将木质素糊液加入容器中密封后，置于105℃的高压蒸汽灭菌锅中处理1~2h，然后将蒸汽灭菌锅温度降至室温，取出容器打开后加入木质素降解酶，半纤维素降解酶，所述木质素:木质素降解酶:半纤维素降解酶的质量比为500:（1~2）:（0.2~0.5）；接着将容器重新密封后置于29℃~31℃的恒温摇床中，以300 rpm的旋转速度振荡处理48 h，取出容器打开密封后加入浓度为10wt%的亚磷酸水溶液得到混合液，所述亚磷酸水溶液与去离子水的体积比为（0.05~0.1）:（2~3），然后将混合液置于恒温摇床中，在90℃下，以450 rpm的旋转速度振荡处理30 min，接着冷却至室温后，过滤后得到固体，将固体水洗1~2次后，干燥至固体含水量小于0.5wt%，得到酶解木质素；将酶解木质素与粉末化硅烷偶联剂混合均匀后加入到过热蒸汽气流磨中，以1200 m/s的气流速度粉碎得到改性木质素，所述酶解木质素与粉末化硅烷偶联剂的质量比为（1~1.5）:1。2.根据权利要求1所述的木质素作为功能载体的低熔垂增强型大口径聚乙烯给水管，其特征在于：所述木质素以甘蔗渣碱法制浆黑液为原料，经Klason法提取的酸不溶木质素。3.根据权利要求1所述的木质素作为功能载体的低熔垂增强型大口径聚乙烯给水管，其特征在于：所述木质素的粒度D90小于50 μm。4.根据权利要求1所述的木质素作为功能载体的低熔垂增强型大口径聚乙烯给水管，其特征在于：所述的木质素降解酶为木质素过氧化物酶和漆酶混合得到的复合酶A，在所述复合酶A中，所述木质素过氧化物酶的重量是漆酶重量的5倍以上；所述的半纤维素降解酶为木聚糖酶和甘露聚糖酶混合的复合酶B，在所述复合酶B中，所述木聚糖酶的重量是甘露聚糖酶重量的2倍以上。5.根据权利要求1所述的木质素作为功能载体的低熔垂增强型大口径聚乙烯给水管，其特征在于：所述粉末化硅烷偶联剂是N
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ
‑
氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的任意一种或两者的任意比例混合物；所述N
‑
(β<...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎演明，陈兆伦，刘忠林，邓广昌，龙思宇，蓝俊，
申请(专利权)人：广西雄塑科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：