一种高抗污高温有机废水用CPVC管及其制备方法与流程

一种高抗污高温有机废水用cpvc管及其制备方法
技术领域
1.本发明属于改性高分子材料技术领域，具体涉及到一种高抗污高温有机废水用cpvc管及其制备方法。


背景技术：

2.氯化聚氯乙烯(cpvc)是聚氯乙烯(pvc)的氯化产物，理论上氯化聚氯乙烯最高含氯量可达73.2％，含氯量的增加使得它具有比聚氯乙烯更优良的物理化学性能，特别是耐高温性、耐老化性、耐腐蚀性、耐候性、阻燃自熄性均比pvc有较大地提高。其最高使用温度可达110℃，大大高于一般的硬聚氯乙烯。因此，cpvc管材广泛用于热水、腐蚀性液体、腐蚀性气体的管道输送，如酿酒工业产生的高温有机废水、氯碱工业饱和盐水、液态烧碱及盐酸等特种介质。但是，cpvc疏水性很强，容易吸附污染物，加速管道的污染，使管道的输送阻力增大。特别是cod值在12000mg/l以上的酒厂污水，微生物污染物容易在cpvc管材大量富集，造成管材流通量降低，运行阻力增大，维护费用增加。因此，需对cpvc管材的抗污染性能进行提升。
3.目前，对cpvc管材的改性主要集中在基于cpvc本身加工性能的改性及耐高温性能等方面，而关于cpvc管材抗污染性能的研究较少。专利cn107216592a公布了一种具有光催化自清洁功能的cpvc管材的制备方法，该发明主要通过纳米二氧化钛的光催化特性及抗菌性实现cpvc管材的自洁性。但是，在污水处理膜领域，抗污改性的方法较多。文献调研显示，可通过提高cpvc污水处理膜的亲水性进而改善其抗污染性能。主要原理在于，cpvc材料亲水性提高后，与水的相互作用力大于与微生物粘附蛋白的相互作用力，进而在cpvc材料表面形成一层水层保护层，让水中的微生物和细菌找不到cpvc材料表面，cpvc材料的抗污染性能得以提高。因此，cpvc管材的高抗污性能也可通过改善其亲水性来实现。然而，目前污水处理膜的亲水改性方法大多是在溶剂中进行，并不适用于cpvc熔融挤出管材过程。因此，迫切需要发展一种亲水改性方法制备高抗污cpvc管材，以满足高温有机废水管道输送的需要。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
6.本发明的其中一个目的是提供一种高抗污高温有机废水用cpvc管，该cpvc管通过负载型抗污改性剂，其抗污性能得到显著提升，避免了微生物污染物在cpvc管材内壁的富集，降低了cpvc管材的维护成本，具有广阔的应用前景。
7.为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种高抗污高温有机废水用cpvc管，按重量份数计，包括以下组分：cpvc树脂100份，热稳定剂0.2～2.0份，润滑剂1～5
份，抗冲改性剂5～20份，抗氧化剂1～2份，负载型抗污改性剂3～10份；
8.所述负载型抗污改性剂为sma钠盐负载水滑石。
9.作为本发明高抗污高温有机废水用cpvc管的一种优选方案，其中：所述cpvc树脂，氯含量为65～70％。
10.作为本发明高抗污高温有机废水用cpvc管的一种优选方案，其中：所述热稳定剂为丁基锡稳定剂、硫醇甲基锡稳定剂、沸石、c6～c12金属羧酸盐中的一种或多种。
11.作为本发明高抗污高温有机废水用cpvc管的一种优选方案，其中：所述润滑剂为硬脂酸钙、石蜡、芥酸酰胺、费托蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种或多种。
12.作为本发明高抗污高温有机废水用cpvc管的一种优选方案，其中：所述抗冲改性剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、氯化聚乙烯、丙烯酸酯橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯中的一种或多种。
13.作为本发明高抗污高温有机废水用cpvc管的一种优选方案，其中：所述抗氧化剂包括抗氧剂1010、抗氧剂300、抗氧剂264、抗氧剂2246、抗氧剂1076中的一种或多种。
14.本发明的另一个目的是提供如上述任一项所述的高抗污高温有机废水用cpvc管的制备方法，包括，
15.提供负载型抗污改性剂；
16.将各原料组分按照权利要求1中所述的配比混合均匀后，挤出成型，得到。
17.作为本发明高抗污高温有机废水用cpvc管的制备方法的一种优选方案，其中：所述提供负载型抗污改性剂，其制备方法包括，将sma钠盐负载到水滑石上，得到所述负载型抗污改性剂。
18.作为本发明高抗污高温有机废水用cpvc管的制备方法的一种优选方案，其中：所述将sma钠盐负载到水滑石上，具体包括，
19.将水滑石加入无水乙醇中搅拌，在70℃水浴中搅拌1h；
20.将sma钠盐在80℃去离子水中溶解后，加入上述溶液中，用ph为2的稀硝酸调节ph至4进行反应，反应8h；
21.反应结束后，冷却、过滤、洗涤、干燥、研磨，得到sma钠盐负载水滑石。
22.作为本发明高抗污高温有机废水用cpvc管的制备方法的一种优选方案，其中：所述水滑石与所述sma钠盐的质量/摩尔比为1：2～6。
23.作为本发明高抗污高温有机废水用cpvc管的制备方法的一种优选方案，其中：所述水滑石为镁铝碳酸根型水滑石。
24.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
25.本发明利用镁铝碳酸根型水滑石中碳酸根可置换性，将亲水改性剂sma钠盐，负载在水滑石中，得到能够均匀分散在cpvc中的亲水改性剂，提高cpvc的亲水性，使cpvc管材的抗污性能得到极大地提升，解决cpvc管材在高温有机废水输送中微生物污染物容易富集的问题，显著降低cpvc管材的维护费用。同时，水滑石是cpvc的辅助热稳定剂，能够进一步提高cpvc的热稳定性，拓宽cpvc的加工窗口。本发明所述的制备工艺简单，对设备的要求低，具有广泛的应用前景。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
27.图1为本发明高抗污高温有机废水用cpvc管的机理图；
28.图2为本发明实施例1与对比例1的水接触角对比图。
具体实施方式
29.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
30.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
31.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
32.如无特别说明，实施例中所采用的原料均为商业购买。
33.实施例1
34.本实施例提供高抗污高温有机废水用cpvc管材的制备方法，主要步骤为：
35.(1)负载型抗污改性剂的制备：
36.将5g镁铝碳酸根型水滑石加入250ml无水乙醇中，在70℃水浴中搅拌1h；
37.将20g sma钠盐在80℃去离子水中溶解后，加入上述溶液中，用ph为2的稀硝酸调节ph到4，反应8h；
38.反应结束后，冷却，过滤，并用50％无水乙醇溶液和去离子水洗涤，60℃干燥，研磨得到sma纳盐负载水滑石。
39.(2)配方：本实施例中，所使用的原料及配比参照表1；
40.(3)高抗污cpvc管材的制备：按照表1将各原料组分混合均匀后，挤出成型，得到高抗污高温有机废水用cpvc管材。
41.表1
42.[0043][0044]
实施例2
[0045]
本实施例与实施例1的区别在于，配方所使用的cpvc树脂种类不同，具体参照表2，步骤同实施例1的步骤(1)～(3)。
[0046]
表2
[0047][0048]
实施例3
[0049]
本实施例与实施例1的区别在于，配方所使用的抗冲改性剂含量不同，具体参照表3，步骤同实施例1的步骤(1)～(3)。
[0050]
表3
[0051][0052][0053]
实施例4
[0054]
本实施例与实施例1的区别在于，配方所使用的热稳定剂含量不同，具体参照表4，步骤同实施例1的步骤(1)～(3)。
[0055]
表4
[0056][0057]
实施例5
[0058]
本实施例与实施例1的区别在于，配方所使用的润滑剂含量不同，具体参照表5，步骤同实施例1的步骤(1)～(3)。
[0059]
表5
[0060][0061]
对比例1
[0062]
与实施例1的区别在于，未加sma钠盐负载水滑石，只加未改性的水滑石，具体参照表6，步骤同实施例1的步骤(1)～(3)：
[0063]
表6
[0064][0065]
对比例2
[0066]
与实施例1的区别在于，sma钠盐负载水滑石含量不同，具体参照表7，步骤同实施
例1的步骤(1)～(3)：
[0067]
表7
[0068][0069]
对比例3
[0070]
与实施例1的区别在于，sma钠盐负载水滑石含量不同，具体参照表8，步骤同实施例1的步骤(1)～(3)：
[0071]
表8
[0072][0073][0074]
对比例4
[0075]
与实施例1的区别在于，sma钠盐负载水滑石中sma钠盐负载量不同，所述负载型抗污改性剂的制备方法为：
[0076]
(1)将5g镁铝碳酸根型水滑石加入250ml无水乙醇中，在70℃水浴中搅拌1h。
[0077]
(2)将5g sma钠盐在80℃去离子水中溶解后，加入(1)的溶液中，用ph为2的稀硝酸调节ph到4，反应8h。
[0078]
(3)反应结束后，冷却，过滤，并用50％无水乙醇溶液和去离子水洗涤，60℃干燥，研磨得到sma纳盐负载水滑石。
[0079]
cpvc管材的制备步骤同实施例1的步骤(1)～(3)。
[0080]
对比例5
[0081]
与实施例1的区别在于，sma钠盐负载水滑石中sma钠盐负载量不同，所述负载型抗污改性剂的制备方法为：
[0082]
(1)将5g镁铝碳酸根型水滑石加入250ml无水乙醇中，在70℃水浴中搅拌1h。
[0083]
(2)将30g sma钠盐在80℃去离子水中溶解后，加入(1)的溶液中，用ph为2的稀硝
酸调节ph到4，反应8h。
[0084]
(3)反应结束后，冷却，过滤，并用50％无水乙醇溶液和去离子水洗涤，60℃干燥，研磨得到sma纳盐负载水滑石。
[0085]
cpvc管材的制备步骤同实施例1的步骤(1)～(3)。
[0086]
对比例6
[0087]
与实施例1的区别在于，未添加抗污改性剂，具体参照表9，步骤同实施例1的步骤(1)～(3)：
[0088]
表9
[0089][0090]
按照gb/t18993.2-2020《冷热水用氯化聚氯乙烯(pvc-c)管道系统第2部分：管材》标准对获得的cpvc管材的密度、维卡软化温度、纵向回缩率、拉伸屈服应力、落锤冲击试验、静液压状态下的热稳定性、透光率等作为管道使用的基本物理性能参数进行测试。其中，
[0091]
按照gb/t8802-2001标准对获得的cpvc管材的密度进行测试，指标要求1450～1650kg/m3，测试结果见表10；
[0092]
按照gb/t8802-2001标准对获得的cpvc管材的维卡软化温度进行测试，升温速率为50℃/h，负载为50n，指标要求≥110℃，测试结果见表10；
[0093]
按照gb/t6671-2001标准对获得的cpvc管材的纵向回缩率进行测试，试验温度为150℃，试验时间为1h，指标要求≤5％，测试结果见表10；
[0094]
按照gb/t8804.2-2003标准对获得的cpvc管材的拉伸屈服应力进行测试，拉伸速度为5mm/min，指标要求≥50mpa，测试结果见表10；
[0095]
按照gb/t14152-2001标准对获得的cpvc管材进行落锤冲击试验，试验温度为0℃，指标要求≤10％，测试结果见表10；
[0096]
按照gb/t6111-2018标准对获得的cpvc管材进行静液压状态下的热稳定性试验，试验温度为95℃，试验时间为8760h，静液压应力3.6mpa，指标要求：无破裂、无渗透，测试结果见表10；
[0097]
按照gb/t21300-2007标准对获得的cpvc管材进行透光率试验，指标要求≤0.2％，测试结果见表10。
[0098]
此外，相比于普通cpvc管材，本发明提供的cpvc管材还具有高抗污的特点，相关性能指标采用如下检测方式进行表征：
[0099]
按照gb/t30693-2014标准对获得的cpvc管材的水接触角进行测试，检测sma钠盐
负载水滑石抗污改性剂对cpvc管材亲水性的改善情况，测试结果见表10；
[0100]
抗污性能：以酒厂排放的高温有机废水为试验污水，将cpvc管材浸泡在污水中，浸泡时间8760h，利用x射线光电子能谱(xps)考察浸泡前后cpvc管材表面元素变化情况，测试结果见表10。
[0101]
表10
[0102]
[0103][0104]
实施例1制备的cpvc管材与对比例1制备的cpvc管材的水接触角对比图如图1所示，可以看出，实施例1制备的cpvc管材的水接触角显著小于对比例1，避免微生物污染物附着在管壁上富集，从而提高了cpvc管的抗污能力。
[0105]
从表10可以看出，配方中cpvc树脂、热稳定剂、润滑剂、抗冲改性剂的含量(种类)变化时，cpvc的物理性能均能满足管材的使用要求。但是，只有当sma钠盐负载的水滑石的加入，才能使cpvc管材的抗污性能得到明显改善。然而负载型抗污改性剂的添加量并非越高越好，负载型抗污改性剂过高，对抗污性能反而产生不良影响，原因是含量过高时，负载型抗污改性剂发生团聚，亲水改性的有效性降低。
[0106]
sma钠盐负载水滑石中sma钠盐的负载量较低时，cpvc管材的抗污性能明显下降，适当提高sma钠盐负载水滑石中sma钠盐的负载量，有利于cpvc管材的抗污性能的提高，但是，负载量也不宜过高，负载量过高反而导致cpvc管材的抗污性能有所下降，原因是sma置换水滑石中的碳酸根后，存在空间位阻效应，sma含量过高，sma由于位阻受限，无法负载到水滑石上。
[0107]
从实施例1和对比例6可以看出，当配方中没有添加sma钠盐负载水滑石时，cpvc管材的抗污性能显著下降。此外，cpvc管材的综合性能也有所下降，这可能是由于水滑石是cpvc的辅助热稳定剂，未添加水滑石会降低cpvc挤出加工时的热稳定性。
[0108]
sma钠盐是一种亲水改性剂，熔融挤出加工时，由于分子间相互作用强，容易团聚，难以分散均匀，亲水改性效果不佳，主要用在溶液加工过程中。本发明基于水滑石中碳酸根阴离子的可置换性，将sma钠盐负载在水滑石中，制得负载型抗污改性剂。水滑石能明显降
低sma分子间的相互作用，从而提高其在cpvc中的分散性，最大限度地发挥sma亲水改性的作用。在cpvc管材水冷却过程中，由于负载型抗污改性剂中sma的亲水性，抗污改性剂向管壁处迁移，在管壁处形成水层保护层，避免微生物污染物附着在管壁上富集，从而提高了cpvc管的抗污能力。此外，水滑石除了承载sma钠盐外，还具有吸收氯化氢等化合物的功能，能够进一步提高cpvc的热稳定性，拓宽cpvc的加工窗口，提高cpvc的综合性能。
[0109]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。