CN101760093A - 纳米氧化锌填充改性聚丙烯管道外防腐材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳米氧化锌填充改性聚丙烯材料的制备方法。主要是为解决聚乙烯作为防腐专用材料耐环境应力开裂差等问题而发明的。本发明以均聚或共聚聚丙烯粒料为基料；以纳米氧化锌为无机填料，其表面需进行活化处理；选择聚烯烃接枝料和其它塑料加工助剂为辅助材料；采用双螺杆熔融共混的工艺路线；选用钛酸酯偶联剂对纳米氧化锌表面进行活化处理。优点是由于采用聚丙烯作为管道外防腐材料，可以弥补聚乙烯防腐材料所具有的软化点低和耐环境应力开裂差等缺点，可以满足管道防腐行业对聚丙烯外防腐材料的要求。
Description
技术领域：
本发明属于无机纳米材料填充改性聚合物复合材料制备技术，特别是涉及一种纳米氧化锌填充改性聚丙烯材料的制备方法。
背景技术：
管道外防腐涂层技术经历了沥青、煤焦油瓷漆、熔结环氧粉末等几个阶段。近些年来，用于原油或天然气管线的外防腐专用材料，国内大多采用三层聚乙烯外防腐专用材料，通过三层聚乙烯的涂覆技术，达到对各种管线进行防腐处理的目的。三层聚乙烯防腐层的基本结构为：熔结环氧粉末为底层，聚烯烃接枝料为中间层，聚乙烯防腐专用料为外层。
由于聚乙烯材料本身的结构特点决定了其软化点较低，作为防腐专用材料，同时存在着耐环境应力开裂差等缺点。聚乙烯外防腐涂层在超过80℃的条件下，其力学性能会产生较大幅度下降，覆膜大大软化，难以正常使用。上述问题导致了三层聚乙烯防腐材料的使用范围受到了一定的限制。
发明内容：
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米氧化锌填充改性聚丙烯管道外防腐材料的制备方法。其目的是通过加入表面活化处理的纳米氧化锌作为新型无机填充材料，通过加入其它塑料加工助剂，选用合适的加工条件，提高材料的软化点，改善材料的耐环境应力开裂，得到符合要求的聚丙烯管道外防腐材料的目的。
技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：
(1)以均聚或共聚聚丙烯粒料为基料；
(2)以纳米氧化锌为无机填料，其表面需进行活化处理；纳米氧化锌用量为聚丙烯基料质量的2.5％～12.5％；
(3)选择聚烯烃接枝料和其它塑料加工助剂为辅助材料，聚烯烃接枝料用量为聚丙烯基料与聚烯烃接枝料及纳米氧化锌质量总和的10～18％；塑料加工助剂用量为聚丙烯基料质量的0.5～1％；
(4)采用双螺杆熔融共混的工艺路线，控制合适的共混工艺条件，得到纳米氧化锌填充改性聚丙烯管道外防腐材料；
选用钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂对纳米氧化锌表面进行活化处理，用量均为纳米氧化锌质量的1～7％。
选用钛酸酯偶联剂对纳米氧化锌表面进行活化处理。
钛酸酯偶联剂用量为纳米氧化锌质量的3％。
纳米氧化锌用量为聚丙烯基料与聚烯烃接枝料及纳米氧化锌质量总和的2～10％。
发明效果：
由于采用聚丙烯作为管道外防腐材料，可以弥补聚乙烯防腐材料所具有的软化点低和耐环境应力开裂差等缺点。
由于钠米氧化锌材料具有大的比表面积，可以同聚合物基体产生较强的相互作用，通过采用表面处理技术，可以使钠米氧化锌在聚合物基体中形成纳米尺度的分散状态，从而提高基体材料的力学性能，另外钠米氧化锌可以有效地屏蔽紫外光，提高聚丙烯管道外防腐材料耐环境老化和光老化性能。由本发明所得到的聚丙烯复合材料，可以满足国内管道防腐行业对聚丙烯外防腐材料的要求。
具体实施方式：
下面通过具体的实施例来加以说明，但不因具体的实施例限制本发明。
首先选用钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂对纳米氧化锌表面进行活化处理，具体条件为：偶联剂加入量为纳米氧化锌质量的1～7％，采用高速混合机在80～100℃条件下混合5～10分钟，冷却后备用。经过条件实验，确定选用钛酸酯偶联剂，其加入量为纳米氧化锌总量的3％。
采用南京科亚塑料机械有限公司的TE-35双螺杆挤出机，通过熔融共混工艺路线，通过控制合适的共混工艺条件，得到纳米氧化锌填充改性聚丙烯管道外防腐材料。
采用承德试验机厂XJU-22冲击实验机和深圳新三思材料检测有限公司生产的CMT6104电子万能实验机测试聚丙烯复合材料的力学性能。
拉伸强度测试标准按GB/T1040-92进行；
弯曲强度测试标准按GB9341-88进行；
悬臂梁冲击强度测试标准按GB/T1843-1996进行；
热变形温度测试标准按GB1634-79进行。
实施例1：
称取聚丙烯4公斤，聚烯烃接枝料0.5公斤，表面活化处理纳米氧化锌0.5公斤，加入聚丙烯基料质量0.5％的抗氧剂及其它塑料加工助剂，塑料加工助剂指抗氧剂1010、抗氧剂168等，将上述原材料及加工助剂在高速混合机中混合均匀。采用双螺杆熔融共混的工艺路线，挤出机机身各段温度：190℃，210℃，220℃，225℃，220℃，机头温度220℃，熔体温度225℃。经熔融共混工艺路线，熔体挤出后经水冷，然后经过切粒机切粒，粒料干燥后在注塑机上制成标准试样，试样注射后，平衡24小时进行力学性能测试。上述纳米氧化锌填充改性聚丙烯管道外防腐材料的力学性能测试结果如下：拉伸断裂强度：26.3MPa；断裂伸长率450％；悬臂梁缺口冲击强度：14J/mm；维卡软化点：145℃。上述性能指标满足国内目前采用的有关聚丙烯管道外防腐材料DIN30678标准。
实施例2：
称取聚丙烯4公斤，聚烯烃接枝料0.9公斤，表面活化处理纳米氧化锌0.1公斤，加入聚丙烯基料质量0.5％的抗氧剂及其它塑料加工助剂，将上述原材料及加工助剂在高速混合机中混合均匀。采用双螺杆熔融共混的工艺路线，挤出机各段温度：机身温度190℃，210℃，220℃，225℃，220℃，机头温度220℃，熔体温度225℃。经熔融共混工艺路线，熔体挤出后经水冷，然后经过切粒机切粒，粒料干燥后在注塑机上制成标准试样，试样注射后，平衡24小时进行力学性能测试。上述纳米氧化锌填充改性聚丙烯管道外防腐材料的力学性能测试结果如下：拉伸断裂强度：22.5MPa；断裂伸长率630％；悬臂梁缺口冲击强度：18J/mm；维卡软化点：140℃。上述性能指标满足国内目前采用的有关聚丙烯管道外防腐材料DIN30678标准。
实施例3：
称取聚丙烯4公斤，聚烯烃接枝料0.8公斤，表面活化处理纳米氧化锌0.2公斤，加入聚丙烯基料质量0.5％的抗氧剂及其它塑料加工助剂，将上述原材料及加工助剂在高速混合机中混合均匀。采用双螺杆熔融共混的工艺路线，挤出机各段温度：机身温度190℃，210℃，220℃，225℃，220℃，机头温度220℃，熔体温度225℃。经熔融共混工艺路线，熔体挤出后经水冷，然后经过切粒机切粒，粒料干燥后在注塑机上制成标准试样，试样注射后，平衡24小时进行力学性能测试。上述纳米氧化锌填充改性聚丙烯管道外防腐材料的力学性能测试结果如下：拉伸断裂强度：24.8MPa；断裂伸长率530％；悬臂梁缺口冲击强度：16J/mm；维卡软化点：142℃。上述性能指标满足国内目前采用的有关聚丙烯管道外防腐材料DIN30678标准。
实施例4：
称取聚丙烯4公斤，聚烯烃接枝料0.7公斤，表面活化处理纳米氧化锌0.3公斤，加入聚丙烯基料质量0.5％的抗氧剂及其它塑料加工助剂，将上述原材料及加工助剂在高速混合机中混合均匀。采用双螺杆熔融共混的工艺路线，挤出机各段温度：机身温度190℃，210℃，220℃，225℃，220℃，机头温度220℃，熔体温度225℃。经熔融共混工艺路线，熔体挤出后经水冷，然后经过切粒机切粒，粒料干燥后在注塑机上制成标准试样，试样注射后，平衡24小时进行力学性能测试。上述纳米氧化锌填充改性聚丙烯管道防腐材料的力学性能测试结果如下：拉伸断裂强度：26.0MPa；断裂伸长率480％；悬臂梁缺口冲击强度：15J/mm；维卡软化点：143℃。上述性能指标满足国内目前采用的有关聚丙烯管道外防腐材料DIN30678标准。
Claims (5)
1.一种纳米氧化锌填充改性聚丙烯管道外防腐材料的制备方法，其特征在于：
(1)以均聚或共聚聚丙烯粒料为基料；
(2)以纳米氧化锌为无机填料，其表面需进行活化处理；纳米氧化锌用量为聚丙烯基料质量的2.5％～12.5％；
(3)选择聚烯烃接枝料和其它塑料加工助剂为辅助材料，聚烯烃接枝料用量为聚丙烯基料与聚烯烃接枝料及纳米氧化锌质量总和的10％～18％；塑料加工助剂用量为聚丙烯基料质量的0.5～1％；
(4)采用双螺杆熔融共混的工艺路线，控制合适的共混工艺条件，得到纳米氧化锌填充改性聚丙烯管道外防腐材料；
2.根据权利要求1所述的纳米氧化锌填充改性聚丙烯管道外防腐材料的制备方法，其特征在于：选用钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂对纳米氧化锌表面进行活化处理，用量均为纳米氧化锌质量的1～7％。
3.根据权利要求2所述的纳米氧化锌填充改性聚丙烯管道外防腐材料的制备方法，其特征在于：选用钛酸酯偶联剂对纳米氧化锌表面进行活化处理。
4.根据权利要求3所述的纳米氧化锌填充改性聚丙烯管道外防腐材料的制备方法，其特征在于：钛酸酯偶联剂用量为纳米氧化锌质量的3％。
5.根据权利要求1所述的纳米氧化锌填充改性聚丙烯管道外防腐材料的制备方法，其特征在于：纳米氧化锌用量为聚丙烯基料与聚烯烃接枝料及纳米氧化锌质量总和的2～10％。
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