一种新型环保型CIPP内衬管材料及其制备方法与流程

一种新型环保型cipp内衬管材料及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及内衬管材料技术领域，具体为一种新型环保型cipp内衬管材料及其制备方法。


背景技术：

2.内衬管材料是位于管道内部表面的功能性材料，管路在使用过程中会受到诸如冲击、腐蚀、高温等影响因素，会影响使用且易损坏管路；因此一般在使用过程中需要根据具体的使用用途，选择在管内设有对应的内衬管材料，以此提高其使用性能，cipp内衬管则是基于cipp原位固化法制得的内衬管。cipp原位固化法，是非开挖行业一种地下管道修复工艺，起源于上世纪七十年代的英国，迄今为止是世界范围内最广泛使用的地下管道非开挖修复技术。cipp技术应用广泛，适用于重力流管道、供水、燃气等压力管道的非开挖修复，现有的cipp内衬管大多采用能够溶解聚丙烯材料的四氯化碳、氯仿等溶剂溶解后进行氯化反应；但是需要注意的是，该法溶剂损耗量大，且氯仿在聚丙烯氯化过程中氯化反应也会生成四氯化碳，四氯化碳对臭氧层具有破坏性；同时采用的水相法制备，需要脱除溶剂会产生大量废水，不符合环保要求。
3.因此为了解决上述环保问题，考虑提供环保的制备方法避免四氯化碳和废水等环保污染问题，并考虑如何提高cipp内衬管热稳定性。鉴于此，我们提出一种新型环保型cipp内衬管材料及其制备方法。


技术实现要素：

4.为了弥补以上不足，本发明提供了一种新型环保型cipp内衬管材料及其制备方法。
5.本发明的技术方案是：
6.一种新型环保型cipp内衬管材料，所述cipp内衬管材料的制备原料采用粒径范围为60-280um且熔体质量流动速率为25-60g/10min的聚丙烯粉、工业级氯气，及占聚丙烯粉质量4-8％的防粘耐热材料。
7.优选的，所述聚丙烯粉优选采用低等规度聚丙烯粉或无规聚丙烯粉中的任意一种。
8.优选的，所述防粘耐热材料采用气相二氧化硅、氧化铝、硅酸钙、硅酸镁中的任意一种或多种。
9.一种新型环保型cipp内衬管材料的制备方法，用于制备上述任意一项cipp内衬管材料，所述制备方法将聚丙烯粉和防粘耐热材料投入反应容器内，向反应容器内注入惰性气体氮气或氦气置换反应容器内部空气；采用不同梯度的水浴温度对聚丙烯粉进行双重氯化制得热塑性树脂材料，将热塑性树脂材料与防粘耐热材料混匀后热压成型制得cipp内衬管材料。
10.优选的，所述双重氯化具体包括低温初步氯化和后处理氯化；所述双重氯化过程
中均同步施加搅拌处理和紫外灯照射处理，并向反应容器内部注入工业级氯气。
11.优选的，所述低温初步氯化过程中控制恒温水浴温度至52-58℃、施加搅拌速率60-80r/min，且控制工业级氯气的注入速率为40-60ml/min。
12.优选的，所述后处理氯化过程中控制恒温水浴温度至75-85℃、施加搅拌速率40-50r/min，且控制工业级氯气的注入速率为40-60ml/min。
13.优选的，所述低温初步氯化时间为50-70min，且所述后处理氯化时间为3.5-4.5h。
14.优选的，所述双重氯化过程中产生的氯化尾气通入含有氢氧化钠碱液中进行尾气吸收处理。
15.优选的，所述双重氯化过程结束后，向反应容器内注入惰性气体氮气或氦气，置换反应容器内气体，并将置换气体再次通入含有氢氧化钠碱液中进行尾气处理。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
17.该新型环保型cipp内衬管材料及其制备方法，采用气固相法替代现有的水相法，其尾气易于处理，能够避免产生大量的制备废水，且避免了水相法使用的有机溶剂可能存在的挥发性等环境污染问题，解决了废水污染和有机溶剂污染问题，是一种环保绿色的制备方法；同时该制备方法采用的双重氯化存在温度梯度，通过低温初步氯化协同配合防粘耐热材料可以避免氯化过程发生粘结团聚的情况，有利于氯化均匀，并提高材料耐热性能。
具体实施方式
18.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.本发明通过以下实施例来详述上述技术方案：
20.实施例1
21.一种新型环保型cipp内衬管材料，cipp内衬管材料的制备原料采用粒径范围为120um且熔体质量流动速率为35g/10min的聚丙烯粉、工业级氯气，及占聚丙烯粉质量6％的防粘耐热材料。其中熔体质量流动速率越大其粘度降低，保持粘度为了获得与防粘耐热材料充分混合热压成型的粘结力，避免热压成型后力学强度不足，影响成型。
22.聚丙烯粉优选采用低等规度聚丙烯粉；目前的聚丙烯粉包括三种，即低等规度聚丙烯粉、无规聚丙烯粉和等规聚丙烯，但是低等规度聚丙烯粉、无规聚丙烯粉由于含有较少的结晶区或者不含有结晶区，因此其能够在较低温度下进行氯化反应；即同等温度下二者能够获得更大的含氯量，有利于快速提高耐热性，继而有利于避免因高温的氯化反应条件造成的粘结问题。
23.防粘耐热材料采用等量气相二氧化硅、硅酸镁。
24.一种新型环保型cipp内衬管材料的制备方法，用于制备上述任意一项cipp内衬管材料，制备方法将聚丙烯粉和防粘耐热材料投入反应容器内，向反应容器内注入惰性气体氮气置换反应容器内部空气；采用不同梯度的水浴温度对聚丙烯粉进行双重氯化制得热塑性树脂材料，将热塑性树脂材料与防粘耐热材料混匀后热压成型制得cipp内衬管材料。
25.双重氯化具体包括低温初步氯化和后处理氯化；双重氯化过程中均同步施加搅拌
处理和紫外灯照射处理，并向反应容器内部注入工业级氯气。紫外灯照射施加365mm紫外照射，是一种反应引发光源，使得氯自由基向聚丙烯表面转移发生取代反应完成氯化改性。
26.需要注意的是，采用存在温度差的双重氯化过程原因包括：当聚丙烯粉含氯量刚开始增加时，即反应初期，氯化反应效率较快，大量放热，反应热会使得反应环境温度高于水浴温度，继而容易粘结聚丙烯，粘结后比表面积降低，直接影响后期氯化效果，而前期采用低温能够初步预热，通过温度减缓反应速率，继而控制放热温度合理，避免其粘结；而当氯含量增大后，因为含氯量增大导致耐热性增大，此时反应速率逐渐减缓，此时升温能够保证较佳的氯化效果，获得含氯量更高的cipp内衬管材料。
27.值得重点说明解释的是，防粘耐热材料起到重要的媒介填充料作用；首先低温初步氯化时，防粘耐热材料作为一种隔离材料使其聚丙烯粉能够避免在放热的高温环境中软化粘结的情况；尤其是含氯量低的低等规度聚丙烯粉、无规聚丙烯粉容易发生粘结现象，继而阻碍氯化反应，影响氯化均匀度，因此引入的防粘耐热材料混合在聚丙烯粉之间避免其粘结，继而有利于获得较高的含氯量，含氯量增大继而能够提高材料的耐高温性能；同时防粘耐热材料选用材料耐高温，能够在后期热压成型后再次提高整体结构的耐高温性。
28.低温初步氯化过程中控制恒温水浴温度至55℃、施加搅拌速率70r/min，且控制工业级氯气的注入速率为40ml/min，低温初步氯化时间为55min。后处理氯化过程中控制恒温水浴温度至75℃、施加搅拌速率50r/min，且控制工业级氯气的注入速率为50ml/min，且后处理氯化时间为4h。
29.双重氯化过程中产生的氯化尾气通入含有氢氧化钠碱液中进行尾气吸收处理；双重氯化过程结束后，向反应容器内注入惰性气体氮气，置换反应容器内气体，并将置换气体再次通入含有氢氧化钠碱液中进行尾气处理。其中在该气固相体系中，制备的cipp内衬管材料会产生未充分氯化的氯气，以及氯化氢气体，直接排放对于环境污染，而氯气，以及氯化氢气体能够被氢氧化钠碱液吸收实现低排放处理。
30.实施例2
31.一种新型环保型cipp内衬管材料，cipp内衬管材料的制备原料采用粒径范围为120um且熔体质量流动速率为35g/10min的聚丙烯粉、工业级氯气，及占聚丙烯粉质量2％的防粘耐热材料。聚丙烯粉优选采用低等规度聚丙烯粉；防粘耐热材料采用等量气相二氧化硅、硅酸镁。
32.一种新型环保型cipp内衬管材料的制备方法，用于制备上述任意一项cipp内衬管材料，制备方法将聚丙烯粉和防粘耐热材料投入反应容器内，向反应容器内注入惰性气体氮气置换反应容器内部空气；采用不同梯度的水浴温度对聚丙烯粉进行双重氯化制得热塑性树脂材料，将热塑性树脂材料与防粘耐热材料混匀后热压成型制得cipp内衬管材料。
33.双重氯化具体包括低温初步氯化和后处理氯化；双重氯化过程中均同步施加搅拌处理和紫外灯照射处理，并向反应容器内部注入工业级氯气。
34.低温初步氯化过程中控制恒温水浴温度至55℃、施加搅拌速率70r/min，且控制工业级氯气的注入速率为40ml/min，低温初步氯化时间为55min。后处理氯化过程中控制恒温水浴温度至75℃、施加搅拌速率50r/min，且控制工业级氯气的注入速率为50ml/min，且后处理氯化时间为4h。
35.双重氯化过程中产生的氯化尾气通入含有氢氧化钠碱液中进行尾气吸收处理；双
重氯化过程结束后，向反应容器内注入惰性气体氮气，置换反应容器内气体，并将置换气体再次通入含有氢氧化钠碱液中进行尾气处理。
36.实施例3
37.一种新型环保型cipp内衬管材料，cipp内衬管材料的制备原料采用粒径范围为120um且熔体质量流动速率为35g/10min的聚丙烯粉、工业级氯气，及占聚丙烯粉质量10％的防粘耐热材料。聚丙烯粉优选采用低等规度聚丙烯粉；防粘耐热材料采用等量气相二氧化硅、硅酸镁。
38.一种新型环保型cipp内衬管材料的制备方法，用于制备上述任意一项cipp内衬管材料，制备方法将聚丙烯粉和防粘耐热材料投入反应容器内，向反应容器内注入惰性气体氮气置换反应容器内部空气；采用不同梯度的水浴温度对聚丙烯粉进行双重氯化制得热塑性树脂材料，将热塑性树脂材料与防粘耐热材料混匀后热压成型制得cipp内衬管材料。
39.双重氯化具体包括低温初步氯化和后处理氯化；双重氯化过程中均同步施加搅拌处理和紫外灯照射处理，并向反应容器内部注入工业级氯气。
40.低温初步氯化过程中控制恒温水浴温度至55℃、施加搅拌速率70r/min，且控制工业级氯气的注入速率为40ml/min，低温初步氯化时间为55min。后处理氯化过程中控制恒温水浴温度至75℃、施加搅拌速率50r/min，且控制工业级氯气的注入速率为50ml/min，且后处理氯化时间为4h。
41.双重氯化过程中产生的氯化尾气通入含有氢氧化钠碱液中进行尾气吸收处理；双重氯化过程结束后，向反应容器内注入惰性气体氮气，置换反应容器内气体，并将置换气体再次通入含有氢氧化钠碱液中进行尾气处理。
42.实施例4
43.一种新型环保型cipp内衬管材料，cipp内衬管材料的制备原料采用粒径范围为120um且熔体质量流动速率为35g/10min的聚丙烯粉、工业级氯气，及占聚丙烯粉质量6％的防粘耐热材料。聚丙烯粉优选采用等规聚丙烯；防粘耐热材料采用等量气相二氧化硅、硅酸镁。
44.一种新型环保型cipp内衬管材料的制备方法，用于制备上述任意一项cipp内衬管材料，制备方法将聚丙烯粉和防粘耐热材料投入反应容器内，向反应容器内注入惰性气体氮气置换反应容器内部空气；采用不同梯度的水浴温度对聚丙烯粉进行双重氯化制得热塑性树脂材料，将热塑性树脂材料与防粘耐热材料混匀后热压成型制得cipp内衬管材料。
45.双重氯化具体包括低温初步氯化和后处理氯化；双重氯化过程中均同步施加搅拌处理和紫外灯照射处理，并向反应容器内部注入工业级氯气。
46.低温初步氯化过程中控制恒温水浴温度至55℃、施加搅拌速率70r/min，且控制工业级氯气的注入速率为40ml/min，低温初步氯化时间为55min。后处理氯化过程中控制恒温水浴温度至75℃、施加搅拌速率50r/min，且控制工业级氯气的注入速率为50ml/min，且后处理氯化时间为4h。
47.双重氯化过程中产生的氯化尾气通入含有氢氧化钠碱液中进行尾气吸收处理；双重氯化过程结束后，向反应容器内注入惰性气体氮气，置换反应容器内气体，并将置换气体再次通入含有氢氧化钠碱液中进行尾气处理。
48.对比例1
49.本对比例与实施例1的区别在于：对比例1中不添加防粘耐热材料，其他条件均一致。
50.对比例2
51.本对比例与实施例1的区别在于：对比例2中不使用双重氯化和不添加防粘耐热材料，即直接采用与后处理氯化过程同样的处理条件制备，其他条件均一致。
52.根据实施例1-4以及对比例1-2的制备方法制备各个样品，参考gb/t7139中佛尔哈德法(方法b)对氯含量进行测定，具体步骤为：将cipp内衬管材料在氧气中充分燃烧，产生水蒸气、二氧化碳和氯化氢气体，氯含量以氯化氢的方式释放；将气体通入氢氧化钾溶液中充分吸收，硝酸调节ph值后使用硝酸银溶液滴定吸收氯离子，使得生成氯化银沉淀，计算后得到氯含量；同时测量其熔点，具体数据如下：
[0053] 熔点(℃)含氯量(％)实施例122758.4实施例220954.6实施例323658.1实施例421142.8对比例115327.3对比例211813.9
[0054]
由上表数据可知：当防耐热材料含量的添加有利于明显提高其材料整体的熔点，但是含量增大后含氯量逐渐趋于一致，考虑其熔点增加是因为防耐热材料自身耐高温性能，而含氯量受到氯化反应影响，防耐热材料并不能参与氯化，主要是为了避免聚丙烯粘结，含量充足的防耐热材料使得聚丙烯无法粘结后含氯量受氯化条件影响；若不添加防耐热材料，一方面使得熔点下降，其耐热性降低，另一方面会使得含氯量大幅下降，因其粘结后氯化不充分导致；
[0055]
若采用等规聚丙烯作为原料发现其含氯量降低，影响同等条件下熔点略降，因为含氯量与耐热性成正相关性；考虑其含氯量降低原因在于：其氯化反应温度稍高，使得双重氯化的低温初步氯化条件不匹配，即不充分满足氯化反应条件使得氯化效率不高，且存在充足的防耐热材料，说明该材料的氯化反应效果不佳，固不做优选材料；
[0056]
若不使用双重氯化和防粘耐热材料导致熔点与含氯量均大幅降低，说明二者具有协同配合的关系，且使用双重氯化能够同等条件下提高含氯量。
[0057]
综上所述，需要获得一种耐高温分解的cipp内衬管材料，影响其耐高温性的包括防粘耐热材料和氯含量，而影响氯含量的条件包括相互协同配合的防粘耐热材料和双重氯化方法。
[0058]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种新型环保型cipp内衬管材料，其特征在于：所述cipp内衬管材料的制备原料采用粒径范围为60-280um且熔体质量流动速率为25-60g/10min的聚丙烯粉、工业级氯气，及占聚丙烯粉质量4-8％的防粘耐热材料。2.如权利要求1所述的新型环保型cipp内衬管材料，其特征在于：所述聚丙烯粉优选采用低等规度聚丙烯粉或无规聚丙烯粉中的任意一种。3.如权利要求1所述的新型环保型cipp内衬管材料，其特征在于：所述防粘耐热材料采用气相二氧化硅、氧化铝、硅酸钙、硅酸镁中的任意一种或多种。4.一种新型环保型cipp内衬管材料的制备方法，用于制备权利要求1-3中任意一项所述的cipp内衬管材料，其特征在于：所述制备方法将聚丙烯粉和防粘耐热材料投入反应容器内，向反应容器内注入惰性气体氮气或氦气置换反应容器内部空气；采用不同梯度的水浴温度对聚丙烯粉进行双重氯化制得热塑性树脂材料，将热塑性树脂材料与防粘耐热材料混匀后热压成型制得cipp内衬管材料。5.如权利要求4所述的新型环保型cipp内衬管材料及其制备方法，其特征在于：所述双重氯化具体包括低温初步氯化和后处理氯化；所述双重氯化过程中均同步施加搅拌处理和紫外灯照射处理，并向反应容器内部注入工业级氯气。6.如权利要求5所述的新型环保型cipp内衬管材料及其制备方法，其特征在于：所述低温初步氯化过程中控制恒温水浴温度至52-58℃、施加搅拌速率60-80r/min，且控制工业级氯气的注入速率为40-60ml/min。7.如权利要求5所述的新型环保型cipp内衬管材料及其制备方法，其特征在于：所述后处理氯化过程中控制恒温水浴温度至75-85℃、施加搅拌速率40-50r/min，且控制工业级氯气的注入速率为40-60ml/min。8.如权利要求5所述的新型环保型cipp内衬管材料及其制备方法，其特征在于：所述低温初步氯化时间为50-70min，且所述后处理氯化时间为3.5-4.5h。9.如权利要求4所述的新型环保型cipp内衬管材料及其制备方法，其特征在于：所述双重氯化过程中产生的氯化尾气通入含有氢氧化钠碱液中进行尾气吸收处理。10.如权利要求4所述的新型环保型cipp内衬管材料及其制备方法，其特征在于：所述双重氯化过程结束后，向反应容器内注入惰性气体氮气或氦气，置换反应容器内气体，并将置换气体再次通入含有氢氧化钠碱液中进行尾气处理。

技术总结
本发明涉及内衬管材料技术领域，具体为一种新型环保型CIPP内衬管材料及其制备方法，将聚丙烯粉和防粘耐热材料投入反应容器内，向反应容器内注入惰性气体氮气或氦气置换反应容器内部空气；对聚丙烯粉进行双重氯化制得热塑性树脂材料，将热塑性树脂材料与防粘耐热材料混匀后热压成型制得CIPP内衬管材料；采用气固相法替代现有的水相法，其尾气易于处理，能够避免产生大量的制备废水，且避免了水相法使用的有机溶剂可能存在的挥发性等环境污染问题，是环保绿色的制备方法；该制备方法采用的双重氯化存在温度梯度，通过低温初步氯化协同配合防粘耐热材料可以避免氯化过程发生粘结团聚的情况，有利于氯化均匀，并提高材料耐热性能。并提高材料耐热性能。


技术研发人员：马英 王科忠 朱小平 付伟 杨艳红 叶虎 张登鹏
受保护的技术使用者：上海潜业环境科技有限公司
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/9/22