CN100395301C - 大口径聚乙烯管道接口密封用纳米复合热熔胶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径聚乙烯管道接口密封用纳米复合热熔胶，其特征在于：以重量%计包括以下组份：乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)20～70，乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)0～20，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)0～20，马来酸酐接枝无规聚α-烯烃1～25，增粘树脂20～50，有机化蒙脱土1～20，抗氧剂0.1～2。将纳米复合热熔胶在低于热收缩片材热收缩温度的情况下，涂覆粘贴在热收缩片材上。现场施工时，使用火焰喷枪加热涂有热熔胶的片材，当温度高于片材热收缩温度时，随着片材收缩的同时热熔胶熔融，将片材与难粘材料聚乙烯硬管粘牢，达到密封和防腐蚀的目的，该热熔胶粘接强度大，密封性好，管道整体打压2.2～3.0MPa不渗漏。

Description

大口径聚乙烯管道接口密封用纳米复合热熔胶

技术领域：

本发明涉及热熔胶粘剂，具体地说是关于大口径聚乙烯管道接口密封用纳米复合热熔胶。

背景技术：

大口径聚乙烯双壁波纹管，热熔缠绕管等系列管材是以塑代钢，以塑代水泥的换代产品，在全世界范围内的排水管道方面已得到越来越广泛的应用，该产品适用于各种地理和地质条件下不同的土壤环境，不同深度的地下埋设以及特殊地面的敷设，适用于远距离低压输水、城市给排水、海水输送、农田灌溉等输送工程。

塑料管道施工过程和使用过程中，管道的接口密封是极其重要的一环，应确保接口具有良好的密封性，无渗漏，耐湿热，耐酸碱介质性能好，并且能够承受一定的压力。目前的接口方式有以下几种：

1、套式或卡环式接口：接口管件采用黄铜、不锈钢或硬质高强塑料制成，管件本体有带倒牙的插口(俗称猪咀)倒牙处套有密封胶圈，将它插入管口内，再将事先套在管口外的C型紧箍环和锁紧螺帽移至管端，将锁紧螺帽拧紧，完成连接。

2、热熔和电熔接口：热熔接口是将管件和管口同时插到专用热机上加热至连接接触面的塑料熔化，将管件和管口从加热机上拔出来后迅速将管口插入管件承口，两者的熔化层熔合于一体，冷却后完成连接。电熔接口是管件的承口内在制作管件时已预埋有绕线电阻加热丝，连接时将管口插入承口内，用加热机对电阻丝通电加热，使接触面塑料熔合成一体，冷却后完成连接。

3、承插胶圈接口：将管口用力插入有止水胶圈的承口，主要用于大口径UPVC的连接。

以上几种方式接口目前普遍存在一些问题，所需的接口附件加工及施工都比较复杂，成本很高，最致命的缺陷是容易产生渗漏。这些因素已成为制约塑料管道进一步更大规模发展的一个严重的不利因素。

本发明是针对以上问题及大口径聚乙烯管道材质难粘的特殊要求在管道的接口部位用涂有高强度热熔胶的可热收缩的改性聚乙烯片材进行粘接包覆，达到密封接口的目的，热收缩片材在管道接口两边视管径大小各有30-60cm包覆，现场施工时用火焰喷枪对热收缩片进行加热烘烤，迅速完成密封粘接接口。用这种工艺完成的接口密封效果良好，经现场打压试验，接口热收缩片的耐压能力大于管道本身的耐压能力，所以该接口方式是目前比较理想的接口方式，已经得到广大用户的首肯，将促进我国塑料排水管道的健康发展。

用于以上接口工艺的热熔胶应具有对难粘材料聚乙烯粘接强度高，密封性好，内聚强度大，很好的柔韧性，良好的耐湿热，耐酸碱介质的特点。常规使用的热熔胶已无法满足性能要求，开发一种用于聚乙烯塑料管道的高性能热熔胶就成了目前亟待解决的问题。

聚合物多元共混改性是提供良好的综合性能的有效方法之一，如能实现无机填料在多组份聚合物基体中的分散达到纳米尺度，就有可能将无机物的刚性，尺寸稳定性和热稳定性与多组份聚合物的韧性，良好的粘接性，加工性等完美的结合起来获得性能优异的聚合物基纳米复合热熔胶。采用插层复合-共混相结合的方法有望达到这一目的。

目前，插层复合方法(包括插层聚合法和聚合物插层法)已成为有机-无机复合材料制备中的重要方法，其制备过程是将聚合物大分子链插入到具有层状结构的硅酸盐粘土的夹层间，形成二维有序纳米复合材料。此外聚合物大分子链插层在某些情况下可促进粘土层的剥离，在聚合物基体中形成纳米量级的有机-无机复合材料，与常规的聚合物-无机填料复合材料相比，有机-无机纳米复合材料由于聚合物和无机之间界面面积非常大，且二者界面之间存在较强相互作用力，因此可以充分发挥无机材料的优异力学性能和高耐热性。近年来，采用插层复合方法制备出的有机-无机纳米复合材料主要有环氧树脂/粘土纳米复合材料[US 4889885]，聚对苯二甲酸乙二醇酯/蒙脱土纳米复合材料[CN 97104055]等。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是为了克服以往技术中存在的大口径聚乙烯管接口密封渗漏，综合性能不理想的问题，提供一种粘接强度高，密封性，耐压性好，无渗漏，耐酸碱介质性好等特点，综合性能优异的多组份聚合物基纳米复合热熔胶。

本发明的技术方案如下：纳米复合热熔胶包括以下组份(重量％)：

乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)                  20～70

乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)                0～20

苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)     0～20

马来酸酐接枝无规聚α-烯烃                 1～25

增粘树脂                                  20～50

有机化蒙脱土                              1～20

抗氧剂                                    0.1～2

上述技术方案中：(1)热熔胶的基体聚合物选用乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，其共聚物中VA含量一般在10～40重量％之间，优选范围为19～33重量％。共聚物的分子量大小及分子量分布也是非常重要的，熔体流动指数(MI值)作为表征聚合物分子量的特征(MI＝KM²)，它能宏观体现树脂的机械性能，流动性及应力开裂之间的关系，一般热熔胶选用MI值为20～400，本发明的优选范围为50～150。乙烯-醋酸乙烯共聚物用量为20～70重量％，优选范围为30～60重量％。

(2)为了增强热熔胶对聚乙烯的粘接力，加入适量的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)，其共聚物中EA含量一般为4～27重量％，优选范围为13～20重量％，MI值一般为5～50，优选范围为20～40，EEA用量范围为0～20重量％，优选范围为5～10重量％。

(3)为了改善热熔胶的低温粘结性能和柔韧性能，加入适量的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)，嵌段比(S/B)：15/85，20/80，25/75，熔融指数(g/10min)10～15，8～16，7-15，SIS用量范围为0～20重量％，优选范围为5～10重量％。

(4)为了进一步改善热熔胶的粘剂性能和提高其耐温性能，加入适量的马来酸酐接枝无规聚α-烯烃，无规聚α-烯烃为无规丙烯均聚物、乙烯-丙烯共聚物、丙烯-丁烯共聚物和乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物，其熔点范围为80～165℃，优选范围为90～140℃，马来酸酐接枝后其接枝共聚物的接枝率为0.2～1.2％。马来酸酐接枝无规聚α-烯烃用量范围为1～25重量％，优选范围为5～15重量％。接枝聚合物制备方法：无规聚α-烯烃100份(重量％)，马来酸酐2.5份，过氧化苯甲酰0.1份，经双螺杆挤出机挤出、造粒、成型、干燥备用。

(5)增粘树脂的加入对热熔胶的初粘强度，抗拉强度，断裂伸长率，剥离强度，韧性均有明显的影响，采用C₅石油树脂，C₉石油树脂，萜烯树脂，松香及其衍生物松香甘油酯，松香季戊四醇酯，聚合松香，歧化松香等不同的增粘树脂，对聚乙烯管道会有不同的粘接强度和不同的综合性能。本发明优选萜烯树脂，C₉石油树脂，松香等作为热熔胶的增粘树脂，以其中一种或者两种共混使用，其用量范围为20～50重量％，优选范围为25～40重量％。

(6)有机化蒙脱土

有机化蒙脱土是蒙脱土经有机处理剂处理后所得的产物，有机处理剂选自具有如下结构式的化合物：CH₃(CH₂)_nNR₃X或HOOC(CH₂)_n-1NH₂，其中R为H或CH₃，X为Cl、Br或I，n＝4～60。优选方案为十六烷基三甲基溴化铵或十八烷基三甲基溴化铵。

有机蒙脱土制备方法如下：

在浓度为5％(重量)的蒙脱土(事先经氯化钠水溶液处理过)的水溶液中80℃剧烈搅拌下滴加过量十六烷基三甲基溴化铵或十八烷基三甲基溴化铵水溶液，6小时后抽滤，并用水洗至无溴离子，分离后真空干燥至恒重即得有机蒙脱土，并研磨成300～400目粉末。

有机蒙脱土在热熔胶中的用量为1～20重量％，优选范围为3～10重量％。

(6)抗氧剂的加入主要为防止聚合物在高温熔融共混时氧化分解，常用的抗氧剂为1010(四[B-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)和BHT(2，6-叔丁基-4-甲酚)等。抗氧剂在热熔胶中的用量一般为0.1～2(重量％)，优选范围为0.5～1(重量％)。

本发明纳米复合热熔胶的制备：

本发明采用插层复合-共混相结合的方法制备纳米复合热熔胶，这种新方法是应用传统的聚合物加工工艺制备纳米复合热熔胶，具有工艺简单，易于工业化应用的特点。

(1)将乙烯-醋酸乙烯共聚物，乙烯-丙烯酸乙酯共聚物，马来酸酐接枝无规聚α-烯烃，增粘树脂，有机蒙脱土，抗氧剂等物料在捏合机中进行高速捏合。

(2)将双螺杆挤出机各区加热至设定温度，1区冷却水开启，开动模头造粒滚刀，打开冷却循环水路，打开主机电源，螺杆转速调至150转/分，将捏合好的物料通过料斗逐步加至挤出机的喂料口中，经挤出机共混塑化的熔融物料在模头经滚刀造粒水循环冷却后进入离心干燥即得纳米复合热熔胶。

本发明纳米复合热熔胶的使用方法：

首先将纳米复合热熔胶在低于热收缩片材热收缩温度的情况下，由挤出机进行机械化涂覆并较好的粘贴在片材上。该片材是一种具有“记忆效应”的加热能收缩恢复原状的改性聚乙烯材料组成。现场施工时，使用火焰喷枪加热涂有热熔胶的片材，当温度高于片材热收缩温度时，随着片材收缩的同时热熔胶熔融，将片材与难粘材料聚乙烯硬管粘牢，达到密封和防腐蚀的目的。

热收缩片包覆管道接口面积较大，包覆直径大于聚乙烯管外径15～20％。接口两边热收缩片宽30～60厘米，该接口工艺完成后热收缩片紧紧包覆于聚乙烯管表面上，粘接强度大，密封性好。管道整体打压2.2～3.0Mpa不渗漏。

实施例1，大口径聚乙烯管道接口密封用纳米复合热熔胶组份比例(重量％)

EVA                                    45

EEA                                    5

马来酸酐接枝无规丙烯均聚物             10

萜烯树脂                               34

有机化蒙脱土                           5

抗氧剂1010                             1

将预先进行制备的马来酸酐接枝无规丙烯均聚物，有机化蒙脱土与乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、萜烯树脂、抗氧剂等按计量在高速捏合机中捏合，然后进入双螺杆挤出机挤出，造粒，成型，干燥即成产品。

实施例2，大口径聚乙烯管道接口密封用纳米复合热熔胶组份比例(重量％)

EVA                                  50

SIS                                  5

马来酸酐接枝无规乙烯-丙烯共聚物      5

萜烯树脂                             17

C₉石油树脂                           17

有机化蒙脱土                         5

抗氧剂1010                           1

将预先进行制备的马来酸酐接枝无规乙烯-丙烯共聚物，有机化蒙脱土与乙烯-醋酸乙烯共聚物，乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、萜烯树脂、C₉石油树脂、抗氧剂等按计量在高速捏合机中捏合，然后进入双螺杆挤出机挤出，造粒，成型，干燥即成产品。

实施例3，大口径聚乙烯管道接口密封用纳米复合热熔胶组份比例(重量％)

EVA                                         45

SIS                                         5

马来酸酐接枝无规乙烯-丙烯-丁烯共聚物        10

萜烯树脂                                    17

松香                                        14

有机化蒙脱土                                8

抗氧剂1010                                  1

将预先进行制备的马来酸酐接枝无规乙烯-丙烯-丁烯共聚物，有机化蒙脱土与乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、萜烯树脂、松香、抗氧剂等按计量在高速捏合机中捏合，然后进入双螺杆挤出机挤出，造粒，成型，干燥即成产品。

Claims (10)

1.一种大口径聚乙烯管道接口密封纳米复合热熔胶，其特征在于以重量％计包括以下组份：乙烯-醋酸乙烯共聚物20～70，乙烯-丙烯酸乙酯共聚物0～20，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物0～20，马来酸酐接枝无规聚α-烯烃1～25，增粘树脂20～50，有机化蒙脱土1～20，抗氧剂0.1～2。

2.根据权利要求1所述大口径聚乙烯管道接口密封纳米复合热熔胶，其特征在于所述的乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯含量在10～40重量％之间，熔融指数值为20～400g/10min；乙烯-醋酸乙烯共聚物在热熔胶中的用量为30～60重量％。

3.根据权利要求1所述大口径聚乙烯管道接口密封纳米复合热熔胶，其特征在于所述的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物中丙烯酸乙酯含量为4～27重量％，熔融指数值为5～50g/10min，乙烯-丙烯酸乙酯共聚物在热熔胶中的用量范围为5～10重量％。

4.根据权利要求3所述大口径聚乙烯管道接口密封纳米复合热熔胶，其特征在于所述的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物中丙烯酸乙酯含量为13～20重量％，熔融指数值为20～40g/10min。

5.根据权利要求1所述大口径聚乙烯管道接口密封纳米复合热熔胶，其特征在于所述的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物，嵌段比S/B＝15/85，熔融指数10～15g/10min，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物在热熔胶中的用量范围为5～10重量％；

或者所述的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物，嵌段比S/B＝20/80，熔融指数8～16g/10min，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物在热熔胶中的用量范围为5～10重量％；

或者所述的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物，嵌段比S/B＝25/75，熔融指数7～15g/10min，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物在热熔胶中的用量范围为5～10重量％。

6.根据权利要求1所述大口径聚乙烯管道接口密封纳米复合热熔胶，其特征在于所述的马来酸酐接枝无规聚α-烯烃，其熔点范围为80～165℃，马来酸酐接枝后其接枝共聚物的接枝率为0.2～1.2％；马来酸酐接枝无规聚α-烯烃在热熔胶中的用量范围为5～15重量％。

7.根据权利要求1所述大口径聚乙烯管道接口密封纳米复合热熔胶，其特征在于所述的增粘树脂采用萜烯树脂，C₉石油树脂，松香中的一种，其在热熔胶中的用量范围为25～40重量％。

8.根据权利要求1所述大口径聚乙烯管道接口密封纳米复合热熔胶，其特征在于所述的增粘树脂采用萜烯树脂与C₉石油树脂共混使用，其中萜烯树脂10～25份，C₉石油树脂10～25份。

9.根据权利要求1所述大口径聚乙烯管道接口密封纳米复合热熔胶，其特征在于所述的增粘树脂采用萜烯树脂与松香树脂共混使用，其中萜烯树脂10～25份，松香树脂10～25份。

10.根据权利要求1所述大口径聚乙烯管道接口密封纳米复合热熔胶，其特征在于所述的有机化蒙脱土是用十六烷基三甲基溴化铵或十八烷基三甲基溴化铵处理过的蒙脱土，并研磨成300-400目，在热熔胶中的用量范围为3-10重量％。