聚丙烯-r灰色专用母料的研究

聚丙烯-r灰色专用母料的研究

pp-r管道是20世纪80年代末提出的一种新型的塑料管道。它是近年来中国新兴的环保产品。它具有强度高、耐寒性好、耐低温性好等优点。PP-R管材在输送70℃的热水、长期内压为1MPa条件下使用寿命可达50年,因而广泛在建筑冷热水系统、饮用水系统及采暖系统中使用。过去,我国PP-R管材以进口为主,主要是北欧化工、韩国晓星等公司的产品。随着我国PP-R管材产品的使用量逐年上升,近年来我国燕山石化、扬子乙烯、大庆华科等相继开发出同类产品,且有很好的性能,国产产品已占据了国内80%的市场。我国2002年PP-R管材料用量约为30kt,产品颜色主要有本色、灰色、白色、绿色等。PP-R管材即是无规共聚聚丙烯管材,无规共聚聚丙烯是分子的主链上无规则地分布着丙烯及其他共聚单体链段的共聚物。我国国产灰色PP-R管材专用灰色母料与北欧化工公司等产品存在差距,主要表现为:色差大及耐热性、耐迁移性、分散性差,因而极大地制约了国产PP-R管材的发展,因此该项研究有其重要意义。灰色色母粒的主要原材料为:PP基础树脂,金红石型TiO2,炭黑,红、黄颜料等。笔者在实验中选择了不同MFR值的PP树脂、进口和国产金红石型TiO2、颜料,与北欧化工公司产品进行色差比较,并对物理、化学性能进行测试。1实验部分1.1主要原材料和配方试验用主要原料PP树脂、颜料色粉、稳定剂、分散剂等均采用工业规格。试验所用基本配方设计如表1所示。1.2用于主要设备和测试设备的实验设备实验用主要设备及仪器如表2、3所示。1.3实验流程和条件工艺流程:实验中挤出机各区温度为:一区150℃,二区160℃,三区170℃,四区190℃,五区200℃,机头190℃。1.4性能试验PP-R色母料的检测标准按轻工业部行业标准检测,参照QB1648-92标准中规定的耐迁移性、分散性、耐热性等方法进行检测。2结果与讨论2.1pp-r介质厚度的选择载体是色母料的基体,并可使色母料呈颗粒状。选择PP-R管材专用色母载体要考虑其与PP-R树脂有较好的相容性,同时载体的流动性应大于被着色树脂,且着色后不影响PP-R管材的性能。2.2载体树脂对颜料分散性的影响PP-R管材所用基础树脂为挤出级,熔体流动速率为0.1～1.0g/10min,而生产专用色母料常采用均聚型聚丙烯,此种基础树脂易购得且价格较低。我们研究不同熔体流动速率的均聚PP作为专用色母粒的载体树脂对颜料分散性的影响并测定颜料在载体中的分散情况,所得结果见表4。分析实验结果可见若选择较低熔体流动速率的均聚PP树脂作载体,颜料在色母料中的粒子平均粒径大、分散性低于4级。由于PP-R管材专用色母颜料的分散性要求为4级或4级以上,故要求载体PP树脂熔体流动速率大于12g/min。同时过低熔体流动速率的PP易在管材加工过程中产生小分子量的降解产物,所以熔体流动速率选择在12～20g/min范围的PP树脂为适宜。2.3工艺及设备要求PP-R管材用于冷、热水的输送,特别是用于饮用水方面较多,故对管材的卫生条件要求较高,必须达到GB/T17219-1998标准,生产厂家必须取得卫生许可证。为了达标,PP-R管材专用色母料耐迁移性必须达到6级以上。以黄色为例,选用国产颜料及进口赫斯特的颜料,做耐迁移性检测,实验结果见表5。从上表数据可见,要达到较高的6级耐迁移性指标,选用赫斯特颜料较为合适。2.4色母料的制备由于PP-R管材用于热水管,最高使用温度达到95℃,故要求相应色母料有很好的耐热性,在高温下能长期使用。国产大多数红、黄颜料的耐热温度在180～200℃之间,高于95℃,但PP-R管材的挤出加工温度为170～230℃,因此大多数国产颜料不能满足这方面要求。采用进口CLARIANT公司产品赫斯特红和赫斯特黄颜料,制得色母料。然后用电脑配色仪进行色差检测,在180℃和220℃分别与PP-R料混合注射样板,将两者进行色差测试分析,同时使用国产颜料进行对比,结果见表6。由表6数据可见,采用赫斯特类颜料试制的色母料耐热性较好,用于PP-R管材加工后,色差较小。2.5色母粒加入量的影响在常用色母料使用时,加入量越少,颜料色粉越不易分散且色差越大但加入量过大对制品的性能产生影响,表7为色母粒加入量对PP-R管材冲击性能的影响。PP-R管材标准要求为悬臂梁缺口冲击强度大于50kJ/m2,拉伸强度大于26MPa,断裂伸长率大于500%,由表7可见色母料加入量对PP-R管材的冲击性能有影响,一般加入量在1%～5%,从实验结果看出,选择加入量为2%为宜。2.6pp-r性能检测采用赫斯特类颜料研究开发的PP-R管材专用色母料,按1∶50的比例加入PP-R管材中,对其耐热性、耐迁移性、颜料分散性进行检测,结果见表8。从表8中数据结果可见,本研究的产品,其性能达到或接近进口同类产品。3性能优良的颜料本项目研究对PP-R管材专用料的特殊要求,从载体树脂选择