[发明专利]一种含β晶型聚丙烯管材的生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，特别是指一种含β晶型聚丙烯管材的生产工艺。

背景技术

聚丙烯(Polypropylene，缩写PP)具有密度小、卫生、无毒、耐腐蚀性良好、易加工、价廉等特点，广泛应用于建筑、化工管道等领域。但是，PP的低温抗冲击性能差，特别是在-15℃以下时其发生脆化，这严重限制了PP管道在寒冷地区的应用。为了解决PP低温脆性的问题，人们尝试了各种提高PP冲击强度的方法。其中，通过结晶改性技术生成β晶型PP来提高PP抗冲击性能的研究非常热门。

PP作为一种半结晶聚合物，其具有α、β、γ、δ和拟六方态等多种晶体结构。在通常加工条件下，PP形成α晶型PP(α-PP)，这种晶型的PP刚性好，但韧性差、它导致了PP的抗冲击性能差。通过添加β成核剂能够诱导PP生成β晶型PP(β-PP)。β-PP具有良好的韧性，其冲击性能与α-PP相比有明显提高(缺口冲击强度超过α-PP数倍)。另外，β-PP的热变形温度比α-PP提高20℃以上，使得其耐热性能比α-PP好。

然而，β晶型在热力学上是准稳定、在动力学上是不利于生成的一种晶型。要想得到β-PP，只有在特殊条件下(如在一定的温度梯度，或剪切作用)才能形成，但其β晶型含量很低。目前，添加β成核剂是获得高含量β晶型PP的唯一可工业化实施途径。

目前发现的β成核剂的种类繁多，但是其中具有高β成核效率、能够诱导PP生成高含量β晶型的β成核剂很少。不同β成核剂的组分、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)详细地总结了目前研究发现的各种β成核剂的组分、用量和K_β值。其中，最高效的β成核剂的K_β值为0.9～1。

当β成核剂应用到聚丙烯管材生产时，会出现管材的β晶型含量比原料大幅降低的问题(K_β值为0～0.5)，这主要是因为管材在生产过程中需要快速冷却成型，而快速的冷却不利于β晶的生成。为了提高管材的β晶型含量，研究者尝试了很多方法，如专利201010115878.1介绍了一种β-PP管材的挤出成型控制方法，该方法通过在定径套前安装冷却水环预冷和通过在冷却水箱中设置恒温器实现对管材的均衡冷却。又如专利200780034851.6中介绍了一种提高熔体温度和在线退火的生产方法，按照该专利方法生产出的β-PP管材的K_β值最高可达到0.58(管材外层K_β与内层K_β的平均值)。

发明内容

本发明的目的是根据上述不足提供一种含β晶型聚丙烯管材的生产工艺，采用该工艺生产的聚丙烯管材的K_β值大于0.6，具有良好的热稳定性。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种含β晶型聚丙烯管材的生产工艺，它包括以下步骤：1)将包括有聚丙烯树脂、β成核剂和色母的原料混合均匀并在200～210℃下挤出造粒，得到颗粒状原料，所述β成核剂的质量为聚丙烯树脂的0.01～10％，所述色母的质量为聚丙烯树脂的0～4％；2)将颗粒状原料在管材挤出机内加热和剪切至原料完全熔融塑化，所述挤出机机筒温度为190～230℃，模头温度为200～230℃；3)将熔融塑化后的管材通过空气预冷装置对外表面进行空气浴预冷，空气浴预冷的温度为-20～70℃；4)将预冷后的管材通过真空箱和冷却水箱冷却，冷却水的温度为10～40℃；5)将冷却完成后的管材在100～120℃下，进行30分钟～12小时的退火处理即得到所述含β晶型聚丙烯管材。

进一步的，所述β成核剂为γ-喹吖啶酮、喹吖啶酮醌、三苯二噻嗪、硬脂酸钙/庚二酸的复合物、苯二甲酸环己酰胺、萘二甲酸环己酰胺、庚二酸锌、己二酸锌、庚二酸/氢氧化锌复合物或己二酸/氢氧化锌复合物中的一种。

进一步的，所述β成核剂为庚二酸锌、己二酸锌、庚二酸/氢氧化锌复合物或己二酸/氢氧化锌复合物中的一种。

更进一步的，所述庚二酸锌、己二酸锌的制备方法为：将氢氧化锌研磨成粉末后，放入温度为140～160℃的烘箱中加热分解成氧化锌，然后将氧化锌加入到浓度为1mo l/L的庚二酸或者己二酸水溶液中，在80～90℃下加热搅拌反应18～30小时，取出后用乙醇和水洗涤，烘干即得到所述庚二酸锌或己二酸锌。