一种聚丙烯组合物和聚丙烯材料及其应用和排水管道的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种聚丙烯组合物、由该聚丙烯组合物制备得到的聚丙烯材料、所述 聚丙烯组合物或所述聚丙烯材料在制备排水管道中的应用、以及所述聚丙烯组合物或所述 聚丙烯材料制成的排水管道。
【背景技术】
[0002] 聚乙烯和聚丙烯，它们因其重量轻、好的热塑性、焊接性以及高的断裂韧性、耐腐 蚀性和耐磨性而优于其它管材，通过挤出工艺而生产出不同规格的下水管。该类下水管能 够长时间地保障废水-下水管道系统的高功能安全性。此外，这种材料还具有环境友好性、 低敷设费用和无可置疑的再循环性的优点，因此在管道领域中得到广泛应用。
[0003] 通常聚丙烯树脂的价格要高于聚乙烯树脂，但由于聚丙烯具有较轻的重量，与聚 乙烯相比，聚丙烯能够在更大口径的排水管上可节省原材料在20%以上；同时由于聚丙烯 具有比聚乙烯更高的弹性模量，对于同一口径的排水管道，采用聚丙烯可进一步提高管材 的环刚度等级；而达到相同的环刚度采用聚丙烯则可以节省原料，减少成本，所以聚丙烯在 制备大口径排水管道方面具有更好的性价比。
[0004] 安装有效的废水排放设施以及室外低温下完成敷设工作都仍要把具有更高使用 价值的新材料放在首先考虑之列。目前使用较广泛的材料都特别涉及具有适合使用的强 度、低温韧性和直至90°C的使用温度的大口径抗外压排水塑料管。
[0005] 目前已有方法通过复合结构来提高聚丙烯管的强度，例如，按照DE9416759U以及 DE29612040U1的方法，将普通管用固体纤维材料或增强编织物缠绕，然后用塑料或外管覆 套。EP0762032中描述了一种生产多层复合管的挤出方法，它的内外壁由加工前用增粘剂和 填料改性的不同的聚合物材料组成。
[0006] 相对未增强的管材，上述方法使用的复合管具有更高的耐压和耐温的能力。但是 缺点体现在需要较多的加工步骤，不同的使用材料的高生产费用以及复合结构造成管道的 重量增加。
[0007] 按照EP0385465的方法，废水下水管的外壁为波状结构时可提高环刚度，并且该 方法还描述了由光滑内管和波状外管组成的复合结构的生产方法。虽然具有外在轮廓的双 重管有效地获得了环刚度，但相对来说也有生产成本高，双重管重量大和管复合技术复杂 等缺点。
[0008] 此外，还有一些专利文献介绍了其它提高聚丙烯的刚性和韧性的方法。特别是通 过与弹性体混合（W096/37549, DE4019456)，分子量分布的加宽（W096/11216, DE4330661)， 产生反应混合物（DE4001157)以及加入成核剂（DE4407327)等方法来实现。但由这些方法 制备的聚丙烯管仍不满足目前对有效管材的刚度和韧性的平衡使用要求。
[0009] CN1285904A公开了 一种商强度聚丙烯管，该管道的拉伸弹性模量为1300~ 2300N/mm2,缺口冲击强度为60~115KJ/m 2,通过热塑性模塑材料挤出生产，这种材料由A和 B两组分组成：其中A组分为80~98质量份数的等规聚丙烯均聚物；B组分为2~20质量 份数的共聚物。该种聚丙烯管适合用于废水管道系统。同样，该聚丙烯管仍然不满足目前 对有效管材的刚度-韧性平衡的使用要求，并且该聚丙烯管的耐热性稍差。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是克服现有技术中的聚丙烯管不满足有效管材的刚度-韧性平衡 的使用要求以及耐热性较差的缺陷，提供一种能够生产满足有效管材的刚度-韧性平衡的 使用要求以及耐热性良好的聚丙烯管的聚丙烯组合物和聚丙烯材料及其应用和排水管道。 [0011] 本发明提供了一种聚丙烯组合物，该聚丙烯聚合物含有聚丙烯树脂、成核剂和抗 氧剂，其中，所述聚丙烯树脂为乙烯和丙烯的抗冲聚合物，以所述聚丙烯树脂的总重量为基 准，乙烯结构单元的含量为2-12重量％，丙烯结构单元的含量为88-98重量％，橡胶相的含 量为4-16重量％，所述聚丙烯树脂在230°C下、2. 16kg载荷作用下的烙体质量流动速率为 0. 15-0. 8g/10min，所述聚丙烯树脂的多分散系数为3-13 ;所述成核剂含有有机类增刚型 成核剂和无机类成核剂。
[0012] 本发明还提供了一种聚丙烯材料，该聚丙烯材料由上述聚丙烯组合物加热熔融并 挤出造粒形成。
[0013] 本发明还提供了上述聚丙烯组合物或聚丙烯材料在制备排水管道中的应用。
[0014] 此外，本发明还提供了一种由上述聚丙烯组合物或聚丙烯材料制成的排水管道。
[0015] 由本发明提供的聚丙烯组合物制成的聚丙烯材料具有高拉伸弹性模量、高缺口冲 击强度、高环刚度和对冲击荷载的高抵抗力以及耐热性较好的特点。具体地，该聚丙烯材料 的拉伸弹性模量为1400_2300MPa，缺口冲击强度为70-130KJ/m 2,0. 45MPa下的负荷变形温 度为80-120°C ;由该聚丙烯材料制备的排水管道的环刚度达到4. 5-7. 5kN/m2。
[0016] 此外，本发明提供的聚丙烯材料的制备步骤简单，利于工业化生产。
[0017] 由本发明提供的聚丙烯组合物或聚丙烯材料可应用于工业和民用建筑排水管道 系统，适合于作为市政下水管、雨水管、家用排水管、隔声管等管道及其它相关应用领域的 模塑挤出生产。
[0018] 本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【具体实施方式】
[0019] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0020] 本发明提供一种聚丙烯组合物，该聚丙烯组合物含有聚丙烯树脂、成核剂和抗氧 剂。
[0021] 根据本发明，所述聚丙烯树脂、成核剂和抗氧剂的用量可以在较宽的范围内变动， 一般地，相对于1〇〇重量份的所述聚丙烯树脂，所述成核剂的含量可以为7-10重量份，所述 抗氧剂的含量可以为〇. 2-1. 5重量份，优选地，相对于100重量份的所述聚丙烯树脂，所述 成核剂的含量为7. 5-9. 5重量份，所述抗氧剂的含量为0. 3-0. 9重量份，进一步优选地，相 对于100重量份的所述聚丙烯树脂，所述成核剂的含量为8-9. 2重量份，所述抗氧剂的含量 为0. 5-0. 8重量份。
[0022] 根据本发明，所述聚丙烯树脂为乙烯和丙烯的抗冲聚合物。所述聚丙烯树脂中的 乙烯结构单元和丙烯结构单元的含量对所述聚丙烯组合物的综合性能具有重要的影响，当 以所述聚丙烯树脂的总重量为基准，乙烯结构单元的含量低于2重量％或高于12重量％ 时，所述聚丙烯组合物的韧性和刚性会下降。
[0023] 因此，以所述聚丙烯树脂的总重量为基准，乙烯结构单元的含量为2-12重量％， 丙烯结构单元的含量为88-98重量％，优选情况下，以所述聚丙烯树脂的总重量为基准，乙 烯结构单元的含量为3-10重量％，丙烯结构单元的含量为90-97重量％，进一步优选情况 下，以所述聚丙烯树脂的总重量为基准，乙烯结构单元的含量为4-8重量％，丙烯结构单元 的含量为92-96重量％。
[0024] 所述聚丙烯树脂微观结构是由软质的橡胶相和硬质的塑料相组成，其中，塑料相 在使用温度范围内提供强度，橡胶相在使用温度范围内提供弹性。
[0025] 根据本发明，所述聚丙烯树脂的橡胶相含量对所述聚丙烯组合物的韧性和刚性具 有显著的影响，以所述聚丙烯树脂的总重量为基准，当橡胶相的含量低于4重量％时，所述 聚丙烯组合物的韧性下降，橡胶相含量高于16重量％时，所述聚丙烯组合物的刚性会明显 下降。
[0026] 因此，以所述聚丙烯树脂的总重量为基准，所述聚丙烯树脂中的橡胶相的含量为 4-16重量％，优选为6-14重量％，更优选为7-10重量％。
[0027] 在本发明中，采用在150°C下的正癸烷可溶物含量来表征所述聚丙烯树脂中的橡 胶相含量。
[0028] 根据本发明，所述聚丙烯树脂在230°C下、2. 16kg载荷作用下的烙体质量流动速 率对本发明提供的聚丙烯组合物的具有重要的影响产生重要的影响，当所述聚丙烯树脂在 230°C下、2. 16kg载荷作用下的烙体质量流动速率低于0. 15g/10min或高于0. 8g/10min时， 所述聚丙烯组合物的综合性能下降。
[0029] 因此，所述聚丙烯树脂在230°C下、2. 16kg载荷作用下的烙体质量流动速率为 0· 15-0. 8g/10min，优选为 0· 18-0. 6g/10min，更优选为 0· 2-0. 5g/10min。
[0030] 在本发明中，所述熔体质量流动速率按照GB/T 3682-2000中规定的方法测定。其 中，测试条件包括：温度为230°C，载荷为2. 16kg。
[0031] 根据本发明，所述聚丙烯树脂的多分散系数对本发明提供的聚丙烯组合物的综合 性能具有重要的影响，当所述聚丙烯树脂的多分散系数低于3或高于13时，所述聚丙烯组 合物的刚性和韧性下降。
[0032] 因此，所述聚丙烯树脂的多分散系数为3-13,优选为4-10,更优选为5-9。
[0033] 在本发明中，多分散系数是指试样的重均分子量与数均分子量的比值。采用凝胶 渗透色谱仪测定。
[0034] 根据本发明，所述聚丙烯树脂的熔融温度可以在较宽的范围变动，一般地，所述聚 丙烯树脂的熔融温度可以为158-172°C，优选为160-170°C，更优选为162-168°C。