[發明專利]一種含β晶型聚丙烯管材的生產工藝

有效

• 申請號: 201110368990.0
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102516640A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 陳厚忠
• 申請（專利權）人: 武漢金牛經濟發展有限公司
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08K13/02;C08K5/3432;C08K5/098;C08K3/22;C08K5/46;C08K5/092;C08K5/3437;B29C47/92;F16L9/12
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰

技術領域

本發明涉及高分子材料領域，特別是指一種含β晶型聚丙烯管材的生產工藝。

背景技術

聚丙烯(Polypropylene，縮寫PP)具有密度小、衛生、無毒、耐腐蝕性良好、易加工、價廉等特點，廣泛應用于建筑、化工管道等領域。但是，PP的低溫抗沖擊性能差，特別是在-15℃以下時其發生脆化，這嚴重限制了PP管道在寒冷地區的應用。為了解決PP低溫脆性的問題，人們嘗試了各種提高PP沖擊強度的方法。其中，通過結晶改性技術生成β晶型PP來提高PP抗沖擊性能的研究非常熱門。

PP作為一種半結晶聚合物，其具有α、β、γ、δ和擬六方態等多種晶體結構。在通常加工條件下，PP形成α晶型PP(α-PP)，這種晶型的PP剛性好，但韌性差、它導致了PP的抗沖擊性能差。通過添加β成核劑能夠誘導PP生成β晶型PP(β-PP)。β-PP具有良好的韌性，其沖擊性能與α-PP相比有明顯提高(缺口沖擊強度超過α-PP數倍)。另外，β-PP的熱變形溫度比α-PP提高20℃以上，使得其耐熱性能比α-PP好。

然而，β晶型在熱力學上是準穩定、在動力學上是不利于生成的一種晶型。要想得到β-PP，只有在特殊條件下(如在一定的溫度梯度，或剪切作用)才能形成，但其β晶型含量很低。目前，添加β成核劑是獲得高含量β晶型PP的唯一可工業化實施途徑。

目前發現的β成核劑的種類繁多，但是其中具有高β成核效率、能夠誘導PP生成高含量β晶型的β成核劑很少。不同β成核劑的組分、用量和β成核效率(K_β值)都不同。Varga(Journal?of?Macromolecular?Science，Part?B?41(2002)1121-71)詳細地總結了目前研究發現的各種β成核劑的組分、用量和K_β值。其中，最高效的β成核劑的K_β值為0.9～1。

當β成核劑應用到聚丙烯管材生產時，會出現管材的β晶型含量比原料大幅降低的問題(K_β值為0～0.5)，這主要是因為管材在生產過程中需要快速冷卻成型，而快速的冷卻不利于β晶的生成。為了提高管材的β晶型含量，研究者嘗試了很多方法，如專利201010115878.1介紹了一種β-PP管材的擠出成型控制方法，該方法通過在定徑套前安裝冷卻水環預冷和通過在冷卻水箱中設置恒溫器實現對管材的均衡冷卻。又如專利200780034851.6中介紹了一種提高熔體溫度和在線退火的生產方法，按照該專利方法生產出的β-PP管材的K_β值最高可達到0.58(管材外層K_β與內層K_β的平均值)。

發明內容

本發明的目的是根據上述不足提供一種含β晶型聚丙烯管材的生產工藝，采用該工藝生產的聚丙烯管材的K_β值大于0.6，具有良好的熱穩定性。

本發明是通過如下技術方案實現的：一種含β晶型聚丙烯管材的生產工藝，它包括以下步驟：1)將包括有聚丙烯樹脂、β成核劑和色母的原料混合均勻并在200～210℃下擠出造粒，得到顆粒狀原料，所述β成核劑的質量為聚丙烯樹脂的0.01～10％，所述色母的質量為聚丙烯樹脂的0～4％；2)將顆粒狀原料在管材擠出機內加熱和剪切至原料完全熔融塑化，所述擠出機機筒溫度為190～230℃，模頭溫度為200～230℃；3)將熔融塑化后的管材通過空氣預冷裝置對外表面進行空氣浴預冷，空氣浴預冷的溫度為-20～70℃；4)將預冷后的管材通過真空箱和冷卻水箱冷卻，冷卻水的溫度為10～40℃；5)將冷卻完成后的管材在100～120℃下，進行30分鐘～12小時的退火處理即得到所述含β晶型聚丙烯管材。

進一步的，所述β成核劑為γ-喹吖啶酮、喹吖啶酮醌、三苯二噻嗪、硬脂酸鈣/庚二酸的復合物、苯二甲酸環己酰胺、萘二甲酸環己酰胺、庚二酸鋅、己二酸鋅、庚二酸/氫氧化鋅復合物或己二酸/氫氧化鋅復合物中的一種。

進一步的，所述β成核劑為庚二酸鋅、己二酸鋅、庚二酸/氫氧化鋅復合物或己二酸/氫氧化鋅復合物中的一種。

更進一步的，所述庚二酸鋅、己二酸鋅的制備方法為：將氫氧化鋅研磨成粉末后，放入溫度為140～160℃的烘箱中加熱分解成氧化鋅，然后將氧化鋅加入到濃度為1mo?l/L的庚二酸或者己二酸水溶液中，在80～90℃下加熱攪拌反應18～30小時，取出后用乙醇和水洗滌，烘干即得到所述庚二酸鋅或己二酸鋅。