一种消音PVC排水管及其制备方法

技术领域

本发明涉及管材领域，尤其是涉及一种消音PVC排水管及其制备方法。

背景技术

近年来，人民生活水平的不断提高，住宅建筑的设计更具人性化，住宅内部的管线数量都在增加。其中，高层建筑排水使用的人数较多，瞬时的排水量较大时，容易产生噪音，影响人们的生活。

为解决此问题，相关技术曾将活性硫酸钡、空心玻璃微珠与PVC树脂共混挤出制得一种具有消音效果的PVC排水管，其消音原理是：活性硫酸钡的密度高，能够提高隔音效果。空心玻璃微珠为多孔材料，能够把声波振动能量转化为内摩擦的热能而吸收。通过活性硫酸钡以及空心玻璃微珠的协同，从而使得PVC排水管具有消音效果。

但是，上述PVC排水管的冲击韧性相对较差，容易损坏。故如何得到一种冲击韧性好，同时消音效果好的PVC排水管具有重要的研究意义。

发明内容

为了同时提高PVC排水管的消音效果与冲击韧性，本申请提供一种消音PVC排水管及其制备方法。

第一方面，本申请提供的一种消音PVC排水管采用如下的技术方案：

一种消音PVC排水管，包括以下重量份的原料：

PVC树脂：100份

热稳定剂：3-4份

润滑剂：1.5-2.5份

增韧剂：10-20份

聚氨酯泡沫颗粒：30-40份

所述聚氨酯泡沫颗粒的制备方法包括以下步骤：

S1、将5-6重量份苯酐聚酯多元醇、0.3-0.5重量份稳泡剂、0.1-0.3重量份碳酸氢钠以及10重量份水混合均匀得到A组分；

S2、往A组分中依次加入1-2重量份乙酸、9.5-10.5重量份二异氰酸酯，反应20-30min后，加入0.1-0.3重量份扩链剂、0.01-0.02重量份有机金属催化剂与0.01-0.02重量份胺类催化剂，继续反应20-30min，接着转移至球形模具中，静置2h以上，脱模，破碎，制得粒径范围为0.2-0.5mm的聚氨酯泡沫颗粒；

其中，所述二异氰酸酯包括氟碳链改性二异氰酸酯与碳化二亚胺改性二异氰酸酯，所述氟碳链改性二异氰酸酯与碳化二亚胺改性二异氰酸酯的重量比为（3-4）:1。

通过采用上述技术方案，本申请加入的聚氨酯泡沫颗粒由特定的原料及方法制得，能够在提高管材消音效果的同时提高管材的韧性。其中，采用本申请上述方法制得的聚氨酯泡沫颗粒具有优异的消音性能，能够将白天连续等效A声级噪音降低至45dB以下，夜间连续等效A声级噪音降低至37dB以下。对此，发明人推测其原因是聚氨酯泡沫颗粒中的泡孔为连通型的泡孔，声波能够沿着这些连通的孔隙深入材料内部，并与材料发生摩擦将声能转化为热能，从而实现优异的消音效果。此外，本申请所采用的聚氨酯泡沫颗粒的耐热温度在230℃以上，使得该聚氨酯泡沫颗粒在PVC树脂挤出成型过程中能够保持内部泡孔结构的稳定性，从而确保聚氨酯泡沫颗粒经熔融挤出后仍具有优异的消声效果。

可选的，所述氟碳链改性二异氰酸酯通过将氟代醇接枝到二异氰酸酯上制得，其中，所述二异氰酸酯中异氰酸根与氟代醇中羟基的摩尔比为（2-2.5）:1。

通过采用上述技术方案，二异氰酸酯中异氰酸根与氟代醇中羟基的摩尔比为（2-2.5）:1时，有利于获得与PVC树脂相容性好的氟碳链改性二异氰酸酯。

可选的，所述氟代醇选用六氟戊醇、六氟己醇中的任意一种或几种的组合物。

通过采用上述技术方案，氟代醇选用六氟戊醇、六氟己醇时，不仅能够获得泡孔结构稳定、消泡效果好的聚氨酯泡沫颗粒，还能够有效增强聚氨酯泡沫颗粒与PVC树脂的相容性能，从而有效提高聚氨酯泡沫颗粒与PVC树脂的界面结合强度，有利于提高PVC排水管的冲击强度。同时，由于聚氨酯泡沫颗粒与PVC树脂的相容性好，聚氨酯泡沫颗粒能够均匀分散于PVC树脂中，PVC排水管的外表面粗糙度小、防污性能高。

可选的，所述稳泡剂包括双端丙烯酰基聚醚硅油与烷基糖苷，所述双端丙烯酰基聚醚硅油与烷基糖苷的重量比为（8-10）：1。

通过采用上述技术方案，与采用双端羟基聚醚硅油与烷基糖苷的组合物稳泡剂相比，其中，双端丙烯酰基聚醚硅油与聚氨酯泡沫颗粒发泡体系的相容性更好，有利于进一步提高稳泡效果。而烷基糖苷能够降低发泡体系的表面张力，有利于泡沫的形成，故在双端丙烯酰基聚醚硅油与烷基糖苷的协同配合下，能够进一步提高聚氨酯泡沫颗粒的孔隙率，从而进一步提高管材的消声性能。

可选的，所述苯酐聚酯多元醇的羟值为300-400mgKOH/g，粘度为2.0-3.0Pa.s。

通过采用上述技术方案，苯酐聚酯多元醇的羟值在上述范围内时，聚氨酯泡沫颗粒的孔壁弹性进一步增加， 有利于进一步提高聚氨酯泡沫颗粒的泡孔结构稳定性，从而进一步提高管材的消声性能。

可选的，所述增韧剂选用氯化聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的任意一种或两种的组合物。

氯化聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物与PVC树脂的相容性良好，可以改善PVC树脂的韧性和抗冲击性能。

可选的，所述热稳定剂选用硬脂酸钙、硬脂酸锌中的任意一种或几种的组合物。

热稳定剂的加入有利于提高PVC树脂的加工稳定性，降低PVC树脂在熔融挤出过程中分解的可能性。

可选的，所述润滑剂选用聚乙烯蜡。

聚乙烯蜡能够改善PVC树脂的流动性，且有利于提高制品的脱模性能。

可选的，所述消音PVC排水管还包括颜料、阻燃剂、硅烷偶联剂中的任意一种或几种的组合物。

第二方面，本申请第一方面提供的任意一种消音PVC排水管的制备方法采用如下的技术方案：

一种消音PVC排水管的制备方法，包括以下步骤：

A、按上述方法制备聚氨酯泡沫颗粒；

B、按比例称取各原料加入双螺杆挤出机中，混合均匀后，挤出成型得到消音PVC排水管；其中，喂料转速为30-35r/min，机筒温度为170-200℃，模具温度为180-210℃，管材的牵引速度为3.2-3.5m/min。

综上所述，本申请的技术方案至少包括以下有益效果：

（1）本申请的PVC排水管符合白天连续等效A声级≤45dB，夜间连续等效A声级≤37dB的要求。

（2）通过对氟碳链改性二异氰酸酯进行优化，有效增强聚氨酯泡沫颗粒与PVC树脂的相容性能，从而有效提高聚氨酯泡沫颗粒与PVC树脂的界面结合强度，有利于提高PVC排水管的冲击强度。同时，由于聚氨酯泡沫颗粒与PVC树脂的相容性好，聚氨酯泡沫颗粒能够均匀分散于PVC树脂中，PVC排水管的外表面粗糙度小、防污性能高。

具体实施方式

以下结合制备例、对比实施例、实施例以及对比例对本申请作进一步详细说明。

制备例

制备例1

一种聚氨酯泡沫颗粒，其各组分的配比如下表1。

表1 聚氨酯泡沫颗粒各组分的配比（单位/kg）

上述组分中：

苯酐聚酯多元醇选用PR-175C，其羟值为175mgKOH/g，粘度为3.8Pa.s。

稳泡剂具体选用双端羟基聚醚硅油SF-8427与烷基糖苷1214，双端羟基聚醚硅油SF-8427与烷基糖苷1214的重量比为4:1。

二异氰酸酯包括氟碳链改性异佛尔酮二异氰酸酯与碳化二亚胺改性4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯WANNATE CDMDI-100H，氟碳链改性异佛尔酮二异氰酸酯与碳化二亚胺改性4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯WANNATE CDMDI-100H的重量比为3:1。其中，氟碳链改性异佛尔酮二异氰酸酯的制备方法如下：

将异佛尔酮二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡、醋酸丁酯加入反应容器中，在通氮气的条件下，一边搅拌一边加入六氟丁醇，六氟丁醇在1h内滴加完，然后升温至75-80℃，反应4h制得。其中，异佛尔酮二异氰酸酯中异氰酸根与六氟丁醇中羟基的摩尔比为2.5:1，二月桂酸二丁基锡的加入量为异佛尔酮二异氰酸酯的0.1wt%，醋酸丁酯的加入量为异佛尔酮二异氰酸酯的2倍。

扩链剂选用低分子二醇，本实施例中，扩链剂具体选用丙二醇。

有机金属催化剂可选用辛酸亚锡、2-乙基己酸亚锡、二月桂酸二丁基锡等，本实施例中，有机金属催化剂具体选用二月桂酸二丁基锡。

胺类催化剂可选用N,N-二甲基环己胺、双(2-二甲氨基乙基)醚、N,N,N',N'-四甲基亚烷基二胺、三乙胺等，本实施例中，胺类催化剂具体选用N,N-二甲基环己胺。

另外，制备例1中聚氨酯泡沫颗粒的制备方法包括以下步骤：

S1、将苯酐聚酯多元醇、稳泡剂、碳酸氢钠以及水混合得到A组分；

S2、往A组分中依次加入乙酸、二异氰酸酯，反应25min后，加入有机金属催化剂与胺类催化剂，继续反应25min，接着转移至球形模具中，静置2h以上，脱模，制得粒径在0.2-0.5mm范围内的聚氨酯泡沫颗粒；其中，S2步骤中，二异氰酸酯的加入速率为1.5g/min。

制备例2

一种聚氨酯泡沫颗粒，与制备例1的区别在于：

氟化醇选用六氟戊醇，异佛尔酮二异氰酸酯中异氰酸根与六氟戊醇中羟基的摩尔比为2.5:1。

制备例3

一种聚氨酯泡沫颗粒，与制备例1的区别在于：

氟化醇选用六氟-1-己醇,异佛尔酮二异氰酸酯中异氰酸根与六氟-1-己醇中羟基的摩尔比为2.5:1。

制备例4

一种聚氨酯泡沫颗粒，与制备例1的区别在于：

氟化醇选用八氟-1-戊醇,异佛尔酮二异氰酸酯中异氰酸根与八氟-1-戊醇中羟基的摩尔比为2.5:1。

制备例5

一种聚氨酯泡沫颗粒，与制备例1的区别在于：

氟化醇选用八氟-2-己醇，异佛尔酮二异氰酸酯中异氰酸根与八氟-2-己醇中羟基的摩尔比为2.5:1。

制备例6

一种聚氨酯泡沫颗粒，与制备例1的区别在于：

苯酐聚酯多元醇选用PS-3152,其羟值为305-325mgKOH/g，粘度为2.0-2.5Pa.s。

制备例7

一种聚氨酯泡沫颗粒，与制备例1的区别在于：

稳泡剂选用双端丙烯酰基聚醚硅油与烷基糖苷1214，双端丙烯酰基聚醚硅油与烷基糖苷1214的重量比为4:1。其中，双端丙烯酰基聚醚硅油的制备方法包括如下：

将20g双端羟基聚醚硅油SF-8427、50g丙烯酸丁酯、35g甲苯以及35g对苯二酚均匀混合，然后在氮气保护下，油浴升温至110-120℃，然后加入10g对甲基苯磺酸与15g丙烯酸，在110-120℃条件下反应2h，然后减压蒸馏出去甲苯，得到双端丙烯酰基聚醚硅油。

制备例8

一种聚氨酯泡沫颗粒，与制备例7的区别在于：

稳泡剂选用双端丙烯酰基聚醚硅油与烷基糖苷1214，双端丙烯酰基聚醚硅油与烷基糖苷1214的重量比为9:1。

对比制备例

对比制备例1

一种聚氨酯泡沫颗粒，与制备例1的区别在于：

苯酐聚酯多元醇PR-175C采用等量羟值为185mgKOH/g的PBA聚酯多元醇代替。

对比制备例2

一种聚氨酯泡沫颗粒，与制备例1的区别在于：

二异氰酸酯全部为氟碳链改性异佛尔酮二异氰酸酯。

对比制备例3

一种聚氨酯泡沫颗粒，与制备例1的区别在于：

二异氰酸酯全部为碳化二亚胺改性4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯WANNATE CDMDI-100H。

对比制备例4

一种聚氨酯泡沫颗粒，与制备例1的区别在于：

乙酸采用柠檬酸代替，柠檬酸中羧基的摩尔量与乙酸中羧基的摩尔量为1:1。

实施例

实施例1-2

一种消音PVC排水管，各组分的用量及配比分别如下表2。

表2 消音PVC排水管的组分配比（单位/kg）

另外，消音PVC排水管的制备方法包括以下步骤：

A、按上述方法制备聚氨酯泡沫颗粒；

B、按比例称取各原料加入双螺杆挤出机中，混合均匀后，挤出成型得到消音PVC排水管；其中，喂料速度为30r/min，机筒温度为170-200℃，模具温度为210℃，管材的牵引速度为3.5m/min。

实施例3

一种消音PVC排水管，与实施例1的区别在于：

聚氨酯泡沫颗粒选用制备例2中制得的聚氨酯泡沫颗粒。

实施例4

一种消音PVC排水管，与实施例1的区别在于：

聚氨酯泡沫颗粒选用制备例3中制得的聚氨酯泡沫颗粒。

实施例5

一种消音PVC排水管，与实施例1的区别在于：

聚氨酯泡沫颗粒选用制备例4中制得的聚氨酯泡沫颗粒。

实施例6

一种消音PVC排水管，与实施例1的区别在于：

聚氨酯泡沫颗粒选用制备例5中制得的聚氨酯泡沫颗粒。

实施例7

一种消音PVC排水管，与实施例1的区别在于：

聚氨酯泡沫颗粒选用制备例6中制得的聚氨酯泡沫颗粒。

实施例8

一种消音PVC排水管，与实施例1的区别在于：

聚氨酯泡沫颗粒选用制备例7中制得的聚氨酯泡沫颗粒。

实施例9

一种消音PVC排水管，与实施例1的区别在于：

聚氨酯泡沫颗粒选用制备例8中制得的聚氨酯泡沫颗粒。

对比例

对比例1

一种消音PVC排水管，与实施例1的区别在于：

聚氨酯泡沫颗粒选用对比制备例1中制得的聚氨酯泡沫颗粒。

对比例2

一种消音PVC排水管，与实施例1的区别在于：

聚氨酯泡沫颗粒选用对比制备例2中制得的聚氨酯泡沫颗粒。

对比例3

一种消音PVC排水管，与实施例1的区别在于：

聚氨酯泡沫颗粒选用对比制备例3中制得的聚氨酯泡沫颗粒。

对比例4

一种消音PVC排水管，与实施例1的区别在于：

聚氨酯泡沫颗粒选用对比制备例4中制得的聚氨酯泡沫颗粒。

对比例5

一种消音PVC排水管，与实施例1的区别在于：

聚氨酯泡沫颗粒采用等量的空心玻璃微珠代替。

性能检测数据

试验一：将制备例1-8与对比制备例1-4中制得的聚氨酯泡沫颗粒置于230℃下静置30min，测试高温处理前后聚氨酯泡沫颗粒的粒径D97，并将结果记录在下表3中。其中，高温处理前后聚氨酯泡沫颗粒的D97粒径相差越小，说明聚氨酯泡沫颗粒的热稳定性越好。

试验二：对实施例1-9以及对比例1-5中制得的排水管进行消音测试，具体参考CJ/T 312-2009《建筑排水管道系统噪声测试方法》进行检测，各样品的检测条件保持一致，并将测试结果记录在下表4中。

试验三：对实施例1-9以及对比例1-5中制得的排水管进行冲击韧性测试，具体参考参考GB/T 18743.1-2022《热塑性塑料管材 简支梁冲击强度的测定 第1部分：通用试验方法》中的方法A进行测试，并确保各管材尺寸以及测试条件一致，将平均冲击强度记录在下表4中。

试验四：对实施例1-9以及对比例1-5中排水管的外表面进行表面粗糙度测试，并将结果记录在下表4中。

表3 聚氨酯泡沫颗粒耐热性能

表4 排水管性能

结合制备例1与对比制备例1并结合表3中的数据可知，采用聚酯多元醇代替苯酐聚酯多元醇时，聚氨酯泡沫颗粒在230℃的环境中容易发生热收缩，使得聚氨酯泡沫颗粒的尺寸稳定性降低，说明采用聚酯多元醇代替苯酐聚酯多元醇后，聚氨酯泡沫颗粒的热稳定性能降低。其次，结合实施例1与对比例1并结合表4中的数据可知，采用聚酯多元醇代替苯酐聚酯多元醇时，排水管的消声性能降低。说明采用聚酯多元醇代替苯酐聚酯多元醇后，聚氨酯泡沫颗粒的热稳定性下降，导致聚氨酯泡沫颗粒的泡孔结构发生了变化，连通型的泡孔减少，从而使得消声性能有所降低。

结合制备例1与对比制备例2并结合表3中的数据可知，碳化二亚胺改性二异氰酸酯采用等量的氟碳链改性二异氰酸酯代替后，聚氨酯泡沫颗粒的热稳定性相差不大。但结合实施例1与对比例2并结合表4中的数据可知，碳化二亚胺改性二异氰酸酯采用等量的氟碳链改性二异氰酸酯代替后，排水管的消声性能、冲击强度均降低，外表面粗糙度增大。发明人分析其原因可能是碳化二亚胺改性二异氰酸酯的加入能够提高聚氨酯泡沫颗粒与PVC树脂的相容性。

结合制备例1与对比制备例3并结合表3中的数据可知，氟碳链改性二异氰酸酯采用等量的碳化二亚胺改性二异氰酸酯代替后，聚氨酯泡沫颗粒在230℃的环境温度会熔融成团，泡孔结构已完全被破坏，耐热性显著下降。结合实施例1与对比例3并结合表4中的数据可知，氟碳链改性二异氰酸酯采用等量的碳化二亚胺改性二异氰酸酯代替后，排水管的消声性能也显著降低，原因是聚氨酯泡沫颗粒的连通型泡孔结构已被破坏。

结合制备例1与对比制备例4并结合表3中的数据可知，乙酸采用等量的柠檬酸代替后，聚氨酯泡沫颗粒的热稳定性能相差不大。结合实施例1与对比例4并结合表4中的数据可知，乙酸采用等量的柠檬酸代替后，排水管的消音效果降低，原因可能是采用柠檬酸代替乙酸后，聚氨酯泡沫颗粒的泡孔结构中，封闭孔的比例增大，导致排水管的消声性能降低。

结合实施例1与对比例5并结合表4中的数据可知，聚氨酯泡沫颗粒采用等量空心玻璃微珠代替后，排水管的消声性能虽然能够满足要求，但是排水管的冲击强度下降。

结合实施例1、3-6并结合表3-4中的数据可知，制备氟碳链改性二异氰酸酯时，氟代醇选用六氟戊醇、六氟己醇时，不仅能够获得泡孔结构稳定、消泡效果好的聚氨酯泡沫颗粒，还能够有效增强聚氨酯泡沫颗粒与PVC树脂的相容性能，从而有效提高聚氨酯泡沫颗粒与PVC树脂的界面结合强度，有利于提高PVC排水管的冲击强度。同时，由于聚氨酯泡沫颗粒与PVC树脂的相容性好，聚氨酯泡沫颗粒能够均匀分散于PVC树脂中，PVC排水管的外表面粗糙度小、防污性能高。

结合实施例1与实施例7并结合表3-4中的数据可知，苯酐聚酯多元醇的羟值在上述范围内时，聚氨酯泡沫颗粒的孔壁弹性进一步增加， 有利于进一步提高聚氨酯泡沫颗粒的泡孔结构稳定性，从而进一步提高管材的消声性能。

结合实施例1与实施例8-9并结合表3-4中的数据可知，与采用双端羟基聚醚硅油与烷基糖苷的组合物稳泡剂相比，其中，双端丙烯酰基聚醚硅油与聚氨酯泡沫颗粒发泡体系的相容性更好，有利于进一步提高稳泡效果。而烷基糖苷能够降低发泡体系的表面张力，有利于泡沫的形成，故在双端丙烯酰基聚醚硅油与烷基糖苷的协同配合下，能够进一步提高聚氨酯泡沫颗粒的孔隙率，从而进一步提高管材的消声性能。

本具体实施方式仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本具体实施方式做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。