一种复合管道用改性聚丙烯材料及其制备方法与流程

本技术涉及聚丙烯材料领域，更具体地说，它涉及一种复合管道用改性聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术：

1、塑料是三大高分子材料(塑料、橡胶、纤维)的主要品种，2023年中国塑料原材料产量超过11000万吨，其中聚丙烯(pp)发展迅速，产量及用量仅次于聚乙烯(pe)成为第二大塑料品种。自1957年pp实现工业化以来，pp已成为通用热塑性塑料中历史最短、发展和增长却最快的塑料品种，应用领域也日益广泛，成为目前国民经济发展中不可或缺的材料。

2、pp管道材料以其密度小、抗腐蚀性好、使用寿命长、加工方便以及良好的卫生性、环境友好性等优点而受到市场青睐。目前我国pp管道材料的主要应用领域为建筑物内冷热水输送系统、采暖系统、化工管材系统、埋地电力电缆护套管系统、排污废水系统及农田输灌水系统等，并保持了较好的增长态势。

3、但是聚丙烯属于易燃及绝缘材料，其极限氧指数(loi)为17-18％，在空气中着火后不能熄灭。作为管道材料必须要解决阻燃的问题，需要向其体系添加一定量的阻燃剂和抗静电剂来满足制品阻燃、抗静电性能要求。

4、针对上述中的相关技术，发明人发现，传统pp管材的制造中需要往往添加大量的阻燃剂来提升pp材料阻燃的效果，例如cn201010154587.3公开了以聚氰胺氰溴酸盐与次膦酸盐作为主阻燃剂来提升pp材料的阻燃性能，阻燃成分的总添加量达到20％以上才能使得pp材料阻燃等级达到ul94 v-0，阻燃剂的大量使用会使得pp管材的刚性和耐冲击性能等力学性能严重降低，使得pp管材容易发生脆裂。

技术实现思路

1、为了在提升聚丙烯材料的阻燃和抗静电性能的同时，能够改善聚丙烯材料的刚性和耐冲击性能，提升材料的力学性能，防止pp管材发生脆裂，本技术提供一种复合管道用改性聚丙烯材料及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种复合管道用改性聚丙烯材料，采用如下的技术方案：一种种复合管道用改性聚丙烯材料，以质量百分比计，原料包括50-70％聚丙烯、5-20％滑石粉、10-15％增韧剂、6-20％阻燃剂、3-10％α-半水磷石膏晶须、0.1-0.5％表面改性剂、0.2-0.5％抗氧剂、0.3-1.5％抗静电剂、0.3-0.7％抗老化剂和0.2-0.8％润滑剂；阻燃剂为质量比为(5-15):(1-5)的十溴二苯乙烷和三氧化二锑；增韧剂为质量比为(1-5):(5-10)的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和聚烯烃弹性体。

3、通过采用上述技术方案，本技术的配方中相较于传统的pp管材配方，选用十溴二苯乙烷及三氧化二锑复配作为阻燃剂，来赋予复合材料阻燃性能，添加量在20％以下即可使得改性聚丙烯材料的阻燃性能达到ul94 v-0。

4、使用表面改性剂来对α-半水磷石膏晶须改性得到改性α-半水磷石膏晶须，后与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚烯烃弹性体复配，这三种原料本身就具有增强增韧优势，复配后能够显著提高聚丙烯本身的力学性能，降低阻燃剂等其他添加剂的使用对改性聚丙烯材料带来的负面影响。

5、本技术的配方在保证改性聚丙烯材料具有优异的阻燃和抗静电性能同时，聚丙烯材料的刚性和耐冲击性能也能得到改善，使得最终改性聚丙烯材料具有较高的缺口冲击强度，以及刚性高、耐候性强等优越的性能，能够有效减轻材料发生脆裂的情况发生。

6、可选的，以质量百分比计，原料包括50-60％聚丙烯、5-20％滑石粉、12-15％增韧剂、12-20％阻燃剂、3-7％α-半水磷石膏晶须、0.2-0.5％表面改性剂、0.2-0.5％抗氧剂、0.8-1.5％抗静电剂、0.4-0.7％抗老化剂和0.3-0.8％润滑剂。

7、通过采用上述技术方案，在此配方范围内本技术的一种复合管道用改性聚丙烯材料能够在保证力学性能不受影响的条件下，阻燃性能达到ul94 v-0，同时抗静电性能＜106ω·cm2。

8、可选的，抗静电剂包括质量比为(1-3):1的单硬脂酸甘油酯和硬脂基乙氧酰胺。

9、通过采用上述技术方案，硬脂酸甘油酯与硬脂基乙氧酰胺的复配物，综合了两种材料的优点，与传统的脂肪酸酯与及脂肪胺复配相比，具有耐热性更好，抗静电剂性能更优异的特点，使用后复合材料表面电阻率最低可达到3.5*105ω，抗静电效果明显。

10、可选的，抗老化剂包括质量比为(1-4):(2-3)的光稳定剂和紫外线吸收剂。

11、通过采用上述技术方案，光稳定剂和紫外线吸收剂复配使用作为抗老化剂有助于增强材料的易加工性能，使得最终制备的改性聚丙烯材料耐候性增强，使得产品的应用范围更加宽泛。

12、可选的，表面改性剂选自kh550、kh560、kh570、ndz201、硬脂酸的任意一种或多种组合。

13、可选的，所述润滑剂选自n,n’-乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸锌、pe蜡的任意一种或多种组合。

14、可选的，所述抗氧剂选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷的任意一种或多种组合。

15、可选的，所述光稳定剂选自丁二酸与4-羟基-2,2,6,6-四甲-1-哌啶醇的聚合体、双(2,2,6,6－四甲基－4－哌啶基)癸二酸酯、双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯、2-巯基苯并咪唑的任意一种或多种组合。

16、可选的，所述紫外线吸收剂选自2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-5-氯化苯并三唑、2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-双(a,a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑的任意一种或多种组合。

17、第二方面，本技术提供一种复合管道用改性聚丙烯材料的制备方法，采用如下的技术方案：

18、一种复合管道用改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

19、将α-半水磷石膏晶须和表面改性剂混合溶于无水乙醇中，在55-65℃下恒温加热60-90min，过滤、烘干得到改性α-半水磷石膏晶须，所述无水乙醇的用量为α-半水磷石膏晶须质量的4-6倍；

20、将聚丙烯在80-90℃下干燥2-3h后得到预处理聚丙烯；

21、将预处理聚丙烯与滑石粉、增韧剂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚烯烃弹性体、阻燃剂、抗静电剂和其他助剂按特定的质量比例混合均匀后加入到双螺杆挤出机中在170-210℃下进行熔融挤出；

22、将改性α-半水磷石膏晶须按特定的质量比例从侧喂口喂料加入至双螺杆挤出机中与其他物料混合进行熔融挤出；

23、将挤出后的粒子进行水冷、切粒、干燥、注塑即得。

24、通过采用上述技术方案，使用双螺杆挤出机在170-210℃下进行熔融挤出，可以确保各种组分在高温下充分混合和反应，形成均匀的熔体，有助于提高材料的加工性能和最终产品的力学性能。

25、将α-半水磷石膏晶须作为填料从侧喂口加入与其他原料进行熔融有助于防止在挤出过程中发生团聚，有助于提升最终材料的均匀性和增强效果。使用表面改性剂对α-半水磷石膏晶须进行改性，能够改变α-半水磷石膏晶须的表面状态，显著改善其表面相容性，减小晶须和基体之间的界面性质差异，从而使得α-半水磷石膏晶须在聚丙烯基体中均匀分散，避免出现团聚现象，有效提高了α-半水磷石膏晶须与其他原料之间的相容性和粘结强度，改善复合材料的整体力学性能，有助于复合材料在不同温度下吸收和分散冲击能，提升复合材料的刚性和耐冲击性能。

26、对聚丙烯进行干燥预处理能够避免材料吸水，防止在后续的熔融挤出过程中发生水解和热降解，确保了聚丙烯的加工稳定性，有助于提升加工产品的综合性能。

27、可选的，所述聚丙烯在干燥之前进行以下预处理：

28、将聚丙烯在180-190℃下混炼3-5min后加入马来酸酐共混3-5min，最后加入过氧化二异丙苯共混15-20min后得到聚丙烯接枝母料，所述马来酸酐的质量为所述聚丙烯的3-5％，所述过氧化二异丙苯的质量为所述聚丙烯的0.01-0.03％。

29、通过采用上述技术方案，在聚丙烯中添加马来酸酐进行接枝改性，能够在聚丙烯中引入马来酸酐中的极性官能团，从而增强聚丙烯与其他填料之间的化学相互作用，可以形成更多的化学键或物理缠绕，增强不同原料之间的界面结合力，显著提升了聚丙烯与其他极性填料之间的粘接强度和相容性，有助于提升最终复合材料的刚性，有助于复合材料在不同温度下吸收和分散冲击能，使得耐冲击性能显著提升。

30、加入适量过氧化二异丙苯作为接枝反应的引发剂，可以调节聚丙烯接枝母粒的接枝程度，有助于控制复合材料的整体性能。

31、可选的，挤出后的粒子的干燥条件为80-90℃干燥2-3h，注塑温度为200-210℃。

32、可选的，所述双螺杆挤出机设有10段，所述改性α-半水磷石膏晶须的侧喂段为4-8段之间的任意位置，所述双螺杆挤出机中喂料电机的频率为20-25hz，螺杆转速为300-400r/min。

33、综上所述，本技术具有以下有益效果：

34、1、本技术的配方中，阻燃剂的添加量在20％以下即可使得改性聚丙烯材料的阻燃性能达到ul94 v-0级，使用单硬脂酸甘油酯与硬脂基乙氧酰胺的复配物作为抗静电剂，抗静电效果显著，在保证聚丙烯材料的阻燃和抗静电性能的同时能够使得聚丙烯材料具有优异的力学性能，减少改性聚丙烯材料发生脆裂的情况发生。

35、2、本技术的制备方法，通过对α-半水磷石膏晶须进行表面改性后从侧喂口喂入与其他原料进行熔融混合，改善了α-半水磷石膏晶须和聚丙烯基体之间的界面性质差异，使得α-半水磷石膏晶须更加均匀分散在聚丙烯基体中，改性聚丙烯材料的力学性能得到显著增强，刚性和耐冲击性能显著提升。

36、3、本技术的制备方法，通过对聚丙烯进行接枝改性，引入了极性官能团，显著改善了聚丙烯与其他熔融原料之间的粘结强度和相容性，有助于提升复合材料的刚性，有助于复合材料吸收和分散冲击能，使得耐冲击性能显著提升。