CN101519513B - 钢管防腐涂层用茂金属聚丙烯改性材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢管防腐涂层用茂金属聚丙烯改性材料及其制备方法和应用，其配方包括：65-95wt％茂金属聚丙烯、3-30wt％共聚聚丙烯、0.01-4wt％热氧稳定剂、0.03-3wt％紫外线吸收剂和光稳定剂、0.02-5wt％功能助剂、0.01-3wt％无机纳米增强材料、0-5wt％黑色母，采用双螺杆挤出机实施塑化共混工艺挤出造粒而制得。本发明所公开的茂金属聚丙烯改性材料流延、涂覆加工范围宽，对热熔胶黏剂底胶的适应性强，具有突出的的耐紫外光老化性能和热氧老化性能，具有优异的抗冲击性能、表面耐刮擦性能和极高的耐环境应力开裂性能。本发明所料可适用于连续工作温度达110℃的陆地管道，同时也适用于某些特殊的连续工作温度高达140℃的海洋管道。
Description
技术领域
本发明涉及管线防腐涂层技术领域，特别涉及到一种钢管防腐涂层用茂金属聚丙烯改性材料的制备方法、特性和应用。
背景技术
管线防腐涂层历经多年的发展演变和优胜劣汰，至20世纪90年代中期国内多数大型管道工程采用的是3PE防腐涂层，由于近些年国内承建苏丹管道工程的建设，人们逐渐认识了3PP防腐涂层。PP与PE加工性能相似，使用2/3PE作业线完全能够生产出2/3PP涂层，而不需要另建专门的2/3PP作业线。与2/3PE涂层相比，2/3PP涂层比较突出的优势是耐热等级和硬度比较高，这是由于PP和PE材料本身的维卡软化点和硬度决定的。近些年，国外已有很多使用PP涂层防腐的工程实例，而国内很少有使用PP涂层的工程实例报道，但相信随着业内对PP防腐涂层认识的提高以及PP防腐涂层用材的国产化，PP防腐涂层的应用前景必将广阔。2/3PP防腐管道一般采用德国DIN 30678标准和皇家壳牌DEP31.40.30.31标准。2/3PP防腐管的应用领域：1)用于输送较高温度介质的防腐管线；2)用作地表温度较高、日照时间较长的沙漠地区的防腐管线；3)用作加压站附近的防腐管线；4)用于防腐管线的地下穿越。
2/3PP钢管防腐层结构一般结构如下：
管道3PP防腐结构：第一层环氧粉末(FBE＞100um)，第二层胶粘剂(AD)170～250um，第三层聚丙烯(PP)1.8～3.7mm。三种材料融为一体，并与钢管牢固结合形成优良的防腐层，FBE/AD/PP。
管道2PP防腐结构：第一层胶粘剂(AD)，第二层聚乙烯(PP)，二种材料融为一体，各层厚度与3PP相同，两者的管径范围均为：Φ89～Φ1220mm。
聚丙烯PP是一种半结晶性聚合物材料，均聚型PP容易脆裂，难以完成钢管的流延缠绕涂覆工序，尤其是低温韧性低，无法满足聚丙烯防腐层的技术标准；共聚型PP的热变形温度较低、刚性较低，如要通过后改性来满足聚丙烯防腐层的技术标准，还得耗费大量成本和工序。
中国专利公开号为CN 101270211A介绍了一种三层结构防腐钢质管道聚丙烯夹克料及其制备方法，主要讲述了利用嵌段共聚聚丙烯生产制造聚丙烯夹克料的工艺流程。但上述专利未提及到使用茂金属聚丙烯作基体树脂，也未提及到纳米增强材料的使用，也未提及到应用在2PP钢管防腐涂层，也未提及到该材料是通过流延、缠绕涂覆或直接挤出涂覆于钢管外层的工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢管防腐涂层用茂金属聚丙烯改性材料，其适用范围广，性能优越。
本发明的另一个目的是提供上述茂金属聚丙烯改性材料的制备方法。
本发明的这样实现的：一种钢管防腐涂层用茂金属聚丙烯改性材料，其配方按重量百分比计算包括以下组分：茂金属聚丙烯65-95wt％、共聚聚丙烯3-30wt％、热氧稳定剂0.01-4wt％、紫外线吸收剂和光稳定剂0.03-3wt％、功能助剂0.02-5wt％、无机纳米增强材料0.01-3wt％、黑色母0-5wt％。
上述的茂金属聚丙烯(mPP)为新型茂金属聚合催化剂催化聚合而成的高抗冲茂金属聚丙烯。
上述的共聚聚丙烯(CO-PP)为嵌段共聚聚丙烯或无规共聚聚丙烯中的一种或两者的混合物。
上述的热氧稳定剂为金属皂类或苯并呋喃酮类稳定剂。
上述的紫外线吸收剂为氯化苯并三唑类或二苯甲酮类紫外线吸收剂；上述的光稳定剂为受阻型亚磷酸酯类或受阻型甲基哌啶类光稳定剂。
上述的功能助剂为偶联剂或分散剂中的一种或两者的混合物。其中偶联剂选自钛酸酯类或硅烷类中的一种或两者的协效混合物；分散剂选自硬脂酸酰胺类、聚羧酸盐类或聚丙烯类分散剂。
上述的无机纳米增强材料为粒径＜100nm的CaCO3、TiO2、SiO2或滑石粉(Talc)中的一种，或一种以上的协效混合。
上述的黑色母为以聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)为载体的黑色母粒。
上述钢管防腐涂层用茂金属聚丙烯改性材料的制备方法，是采用双螺杆挤出机实施塑化共混工艺挤出造粒。
上述挤出工艺中，挤出机长径比L/D≥40∶1，加工温度160-210℃。
上述钢管防腐涂层用茂金属聚丙烯改性材料，应用于石油天然气输送的二层/三层(2PP/3PP)埋地防腐钢管、涂塑钢塑复合管道的外层防腐材料，通过流延、缠绕涂覆或直接挤出涂覆在管道外层。
本发明所公开的茂金属聚丙烯改性材料流延、涂覆加工范围宽，对热熔胶黏剂底胶的适应性强，具有突出的耐紫外光老化性能和热氧老化性能，具有优异的抗冲击性能、表面耐刮擦性能和极高的耐环境应力开裂性能。本发明尤其适用于连续工作温度达110℃的陆地管道，以及某些特殊的连续工作温度高达140℃的海洋管道。
具体实施方式
本发明是一种钢管防腐涂层用茂金属聚丙烯改性材料，其配方按重量百分比计算包括以下组分：茂金属聚丙烯65-95wt％、共聚聚丙烯3-30wt％、热氧稳定剂0.01-4wt％、紫外线吸收剂和光稳定剂0.03-3wt％、功能助剂0.02-5wt％、无机纳米增强材料0.01-3wt％、黑色母0-5wt％。
所述的茂金属聚丙烯(mPP)为新型茂金属聚合催化剂催化聚合而成的高抗冲聚丙烯，例如埃克森，陶氏，三井，巴塞尔等公司生产的茂金属聚丙烯，其具有优异的刚韧平衡性、高熔体强度和优秀的加工性能。茂金属催化剂是近年出现的一种新型催化剂，茂金属催化剂体系能赋予聚合物以良好的物理性能及加工性能，茂金属催化剂应用于生产聚烯烃更是成功，能有效地控制聚烯烃的微观形态和宏观性能。高抗冲茂金属聚丙烯具有优异的刚韧平衡性、高熔体强度和优秀的加工性能，其在钢管防腐涂层领域具有非常大的改性潜力。共聚聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯或无规共聚聚丙烯中的一种或两者的混合物。热氧稳定剂为金属皂类或苯并呋喃酮类稳定剂。紫外线吸收剂为氯化苯并三唑类或二苯甲酮类紫外线吸收剂。光稳定剂为受阻型亚磷酸酯类或受阻型甲基哌啶类光稳定剂。功能助剂为偶联剂和/或分散剂，其中偶联剂选自钛酸酯类或硅烷类中的一种或两者的协效混合物，分散剂选自硬脂酸酰胺类、聚羧酸盐类或聚丙烯类分散剂。无机纳米增强材料为粒径＜100nm的CaCO3、TiO2、SiO2或滑石粉(Talc)中的一种或它们间的协效混合。黑色母为以聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)为载体的黑色母粒，黑色母的添加与否是客户需求而定。炭黑是一种很好的光屏蔽剂，超微细炭黑能提供很好的抗紫外线功能，亦可提高热氧老化性能，而通常的PP防腐涂层都为白色，肯定没有炭黑成分，有些特殊的环境让白色PP防腐涂层难以完成服役使命，因此可加入黑色母作特殊增强和抗紫外线，经济实效，较好的，黑色母的添加量为0.5-5wt％。
茂金属聚丙烯改性材料是采用双螺杆挤出机实施塑化共混工艺挤出造粒而制得。较好的，在挤出工艺中，挤出机长径比L/D≥40∶1，加工温度160-210℃。
实施例1
配方：90wt％茂金属聚丙烯(mPP)、5.3wt％嵌段共聚聚丙烯、0.3wt％金属皂类热氧稳定剂、0.5wt％二苯甲酮类紫外线吸收剂和受阻型甲基哌啶类光稳定剂、0.3wt％钛酸酯类偶联剂和硬脂酸酰胺类分散剂、0.6wt％纳米CaCO3、3wt％黑色母。
将上述各组分采用双螺杆挤出机实施塑化共混工艺挤出造粒，挤出机长径比L/D＝40∶1，加工温度160-210℃。
实施例2
配方：80wt％茂金属聚丙烯(mPP)、17.3wt％嵌段共聚聚丙烯、0.5wt％金属皂类热氧稳定剂、0.7wt％氯化苯并三唑类紫外线吸收剂和受阻型亚磷酸酯类光稳定剂、0.5wt％聚丙烯类分散剂、1.0wt％纳米滑石粉。
将上述各组分采用双螺杆挤出机实施塑化共混工艺挤出造粒，挤出机长径比L/D＝40∶1，加工温度160-210℃。
实施例3
配方：75wt％茂金属聚丙烯(mPP)、21.4wt％嵌段共聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯混合物、0.6wt％苯并呋喃酮类热氧稳定剂、0.8wt％二苯甲酮类紫外线吸收剂和受阻型甲基哌啶类光稳定剂、0.7wt％硅烷类偶联剂、1.3wt％纳米TiO2。
将上述各组分采用双螺杆挤出机实施塑化共混工艺挤出造粒，挤出机长径比L/D＝40∶1，加工温度160-210℃。
实施例1-3产物性能见表1。
表1
从表中可以看出，实施例1-3的产物均具有突出的耐热氧、光老化性能和优异的综合性能，可以大幅度延长防腐钢管的服役年限和拓宽防腐钢管的服役环境。
Claims (4)
1.一种钢管防腐涂层用茂金属聚丙烯改性材料，其配方按重量百分比计算由以下组分组成：
65-95wt％的茂金属聚丙烯；
3-30wt％的共聚聚丙烯，为嵌段共聚聚丙烯或无规共聚聚丙烯中的一种或两者的混合物；
0.01-4wt％的热氧稳定剂，为金属皂类或苯并呋喃酮类稳定剂；
0.03-3wt％的紫外线吸收剂和光稳定剂，紫外线吸收剂为氯化苯并三唑类或二苯甲酮类紫外线吸收剂，所述的光稳定剂为受阻型亚磷酸酯类或受阻型甲基哌啶类光稳定剂；
0.02-5wt％的功能助剂，为偶联剂或分散剂中的一种或两者的混合物；
0.01-3wt％的无机纳米增强材料，为粒径＜100nm的CaCO3、TiO2、SiO2或滑石粉中的一种，或一种以上的协效混合；
0-5wt％的黑色母。
2.根据权利要求1所述的钢管防腐涂层用茂金属聚丙烯改性材料，其特征在于：所述的黑色母为以聚丙烯、聚乙烯或乙烯-醋酸乙烯共聚物为载体的黑色母粒。
3.权利要求1所述的钢管防腐涂层用茂金属聚丙烯改性材料的制备方法，是采用双螺杆挤出机实施塑化共混工艺挤出造粒。
4.权利要求1所述的钢管防腐涂层用茂金属聚丙烯改性材料，应用于石油天然气输送的二层/三层埋地防腐钢管、涂塑钢塑复合管道的外层防腐材料。
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