聚丙烯-r灰色專用母料的研究

聚丙烯-r灰色專用母料的研究

pp-r管道是20世紀(jì)80年代末提出的一種新型的塑料管道。它是近年來中國(guó)新興的環(huán)保產(chǎn)品。它具有強(qiáng)度高、耐寒性好、耐低溫性好等優(yōu)點(diǎn)。PP-R管材在輸送70℃的熱水、長(zhǎng)期內(nèi)壓為1MPa條件下使用壽命可達(dá)50年,因而廣泛在建筑冷熱水系統(tǒng)、飲用水系統(tǒng)及采暖系統(tǒng)中使用。過去,我國(guó)PP-R管材以進(jìn)口為主,主要是北歐化工、韓國(guó)曉星等公司的產(chǎn)品。隨著我國(guó)PP-R管材產(chǎn)品的使用量逐年上升,近年來我國(guó)燕山石化、揚(yáng)子乙烯、大慶華科等相繼開發(fā)出同類產(chǎn)品,且有很好的性能,國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品已占據(jù)了國(guó)內(nèi)80%的市場(chǎng)。我國(guó)2002年P(guān)P-R管材料用量約為30kt,產(chǎn)品顏色主要有本色、灰色、白色、綠色等。PP-R管材即是無規(guī)共聚聚丙烯管材,無規(guī)共聚聚丙烯是分子的主鏈上無規(guī)則地分布著丙烯及其他共聚單體鏈段的共聚物。我國(guó)國(guó)產(chǎn)灰色PP-R管材專用灰色母料與北歐化工公司等產(chǎn)品存在差距,主要表現(xiàn)為:色差大及耐熱性、耐遷移性、分散性差,因而極大地制約了國(guó)產(chǎn)PP-R管材的發(fā)展,因此該項(xiàng)研究有其重要意義。灰色色母粒的主要原材料為:PP基礎(chǔ)樹脂,金紅石型TiO2,炭黑,紅、黃顏料等。筆者在實(shí)驗(yàn)中選擇了不同MFR值的PP樹脂、進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)金紅石型TiO2、顏料,與北歐化工公司產(chǎn)品進(jìn)行色差比較,并對(duì)物理、化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。1實(shí)驗(yàn)部分1.1主要原材料和配方試驗(yàn)用主要原料PP樹脂、顏料色粉、穩(wěn)定劑、分散劑等均采用工業(yè)規(guī)格。試驗(yàn)所用基本配方設(shè)計(jì)如表1所示。1.2用于主要設(shè)備和測(cè)試設(shè)備的實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)用主要設(shè)備及儀器如表2、3所示。1.3實(shí)驗(yàn)流程和條件工藝流程:實(shí)驗(yàn)中擠出機(jī)各區(qū)溫度為:一區(qū)150℃,二區(qū)160℃,三區(qū)170℃,四區(qū)190℃,五區(qū)200℃,機(jī)頭190℃。1.4性能試驗(yàn)PP-R色母料的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)按輕工業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè),參照QB1648-92標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的耐遷移性、分散性、耐熱性等方法進(jìn)行檢測(cè)。2結(jié)果與討論2.1pp-r介質(zhì)厚度的選擇載體是色母料的基體,并可使色母料呈顆粒狀。選擇PP-R管材專用色母載體要考慮其與PP-R樹脂有較好的相容性,同時(shí)載體的流動(dòng)性應(yīng)大于被著色樹脂,且著色后不影響PP-R管材的性能。2.2載體樹脂對(duì)顏料分散性的影響PP-R管材所用基礎(chǔ)樹脂為擠出級(jí),熔體流動(dòng)速率為0.1～1.0g/10min,而生產(chǎn)專用色母料常采用均聚型聚丙烯,此種基礎(chǔ)樹脂易購得且價(jià)格較低。我們研究不同熔體流動(dòng)速率的均聚PP作為專用色母粒的載體樹脂對(duì)顏料分散性的影響并測(cè)定顏料在載體中的分散情況,所得結(jié)果見表4。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見若選擇較低熔體流動(dòng)速率的均聚PP樹脂作載體,顏料在色母料中的粒子平均粒徑大、分散性低于4級(jí)。由于PP-R管材專用色母顏料的分散性要求為4級(jí)或4級(jí)以上,故要求載體PP樹脂熔體流動(dòng)速率大于12g/min。同時(shí)過低熔體流動(dòng)速率的PP易在管材加工過程中產(chǎn)生小分子量的降解產(chǎn)物,所以熔體流動(dòng)速率選擇在12～20g/min范圍的PP樹脂為適宜。2.3工藝及設(shè)備要求PP-R管材用于冷、熱水的輸送,特別是用于飲用水方面較多,故對(duì)管材的衛(wèi)生條件要求較高,必須達(dá)到GB/T17219-1998標(biāo)準(zhǔn),生產(chǎn)廠家必須取得衛(wèi)生許可證。為了達(dá)標(biāo),PP-R管材專用色母料耐遷移性必須達(dá)到6級(jí)以上。以黃色為例,選用國(guó)產(chǎn)顏料及進(jìn)口赫斯特的顏料,做耐遷移性檢測(cè),實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。從上表數(shù)據(jù)可見,要達(dá)到較高的6級(jí)耐遷移性指標(biāo),選用赫斯特顏料較為合適。2.4色母料的制備由于PP-R管材用于熱水管,最高使用溫度達(dá)到95℃,故要求相應(yīng)色母料有很好的耐熱性,在高溫下能長(zhǎng)期使用。國(guó)產(chǎn)大多數(shù)紅、黃顏料的耐熱溫度在180～200℃之間,高于95℃,但PP-R管材的擠出加工溫度為170～230℃,因此大多數(shù)國(guó)產(chǎn)顏料不能滿足這方面要求。采用進(jìn)口CLARIANT公司產(chǎn)品赫斯特紅和赫斯特黃顏料,制得色母料。然后用電腦配色儀進(jìn)行色差檢測(cè),在180℃和220℃分別與PP-R料混合注射樣板,將兩者進(jìn)行色差測(cè)試分析,同時(shí)使用國(guó)產(chǎn)顏料進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果見表6。由表6數(shù)據(jù)可見,采用赫斯特類顏料試制的色母料耐熱性較好,用于PP-R管材加工后,色差較小。2.5色母粒加入量的影響在常用色母料使用時(shí),加入量越少,顏料色粉越不易分散且色差越大但加入量過大對(duì)制品的性能產(chǎn)生影響,表7為色母粒加入量對(duì)PP-R管材沖擊性能的影響。PP-R管材標(biāo)準(zhǔn)要求為懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度大于50kJ/m2,拉伸強(qiáng)度大于26MPa,斷裂伸長(zhǎng)率大于500%,由表7可見色母料加入量對(duì)PP-R管材的沖擊性能有影響,一般加入量在1%～5%,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出,選擇加入量為2%為宜。2.6pp-r性能檢測(cè)采用赫斯特類顏料研究開發(fā)的PP-R管材專用色母料,按1∶50的比例加入PP-R管材中,對(duì)其耐熱性、耐遷移性、顏料分散性進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果見表8。從表8中數(shù)據(jù)結(jié)果可見,本研究的產(chǎn)品,其性能達(dá)到或接近進(jìn)口同類產(chǎn)品。3性能優(yōu)良的顏料本項(xiàng)目研究對(duì)PP-R管材專用料的特殊要求,從載體樹脂選擇