CN101805424B - 一种电热水器内胆用的硅烷交联聚乙烯专用料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电热水器内胆用的硅烷交联聚乙烯专用料，由如下组分和重量百分比组成：聚乙烯树脂94.5％～98.9％，引发剂0.05％～0.5％，硅烷交联剂0.5％～2％，接枝单体0.5％～1％，抗氧剂0.05％～2％。本发明由各组分按配比称量后均匀混合，然后将上述混合物加入双螺杆挤出机中熔融挤出制得。该专用料经滚塑加工、硅烷交联，可制得电热水器用钢塑复合内胆。经硅烷交联的聚乙烯内胆，可显著提高聚乙烯的热变形温度，耐热蠕变性能、良好的耐化学性能和优异的耐环境应力开裂性能。与现有不锈钢内胆和搪瓷内胆相比，由该专用料制得的复合内胆具有成本低廉、加工方便，同时避免了不锈钢和搪瓷内胆易锈蚀漏水的质量问题，可长期在90℃环境下使用。

Description

一种电热水器内胆用的硅烷交联聚乙烯专用料

技术领域

本发明涉及高分子复合材料，具体地说，涉及一种硅烷交联聚乙烯材料。

背景技术

电热水器内胆目前主要有三种材料，一是不锈钢内胆，二是搪瓷内胆，三是聚乙烯复合内胆。不锈钢内胆具有材质好，不易生锈的优点，但是不锈钢内胆的焊缝隐患却一直没有能够很好的解决。热水器在使用过程中焊缝经多次热胀冷缩后，不锈钢中的铬离子会被自来水中的氯离子腐蚀，使用一段时间以后可能会在焊接处漏水，这是不锈钢内胆热水器厂商面临最多的质量问题。搪瓷内胆给钢板涂上搪瓷保护层，经过高温烧结完全履盖了钢板及焊缝，最大限度避免了焊缝被腐蚀而漏水的可能。但搪瓷保护层非常薄，不耐冲击，很容易出现因加工不当导致脱瓷或缺瓷，进而发生漏水。

聚乙烯复合内胆是近几年发展起来的一种成本低廉的新型技术及工艺。中国专利CN1263815A公开一种制造钢塑复合内胆的方法，其主要过程包括：制备内胆→内胆投料→加热滚塑→旋转冷却。该方法的弊端是钢胆和塑料内层之间粘附性差，在使用过程中非常容易发生离层开裂的问题。中国专利CN1451924A公开了一种复合结构热水器内胆的制造方法，该复合结构为金属加粘合剂加塑料。其主要过程包括1、内胆制备→2、内胆处理→3、内胆投料(粘合剂)→4、内胆滚塑→5、内胆投料(塑料树脂)→6、内胆滚塑→7、旋转冷却。该方法改善了塑料与内胆离层的问题，但加工工艺复杂，时间长，成本高，滚塑后的材料仍存在耐环境应力开裂性能差，易开裂的质量问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术上的缺点，通过接枝和交联的化学方法解决普通聚乙烯复合内胆树脂与钢胆易离层，耐环境应力开裂性能差，易开裂等缺点，提供一种成本低廉、性能优异的电热水器内胆用的硅烷交联聚乙烯专用料。

本发明的电热水器内胆用的硅烷交联聚乙烯专用料，其重量百分比组成为：

聚乙烯树脂        94.5％～98.9％

引发剂            0.05％～0.5％

硅烷交联剂        0.5％～2％

接枝单体          0.5％～1％

抗氧剂            0.05％～2％

在上述硅烷交联聚乙烯专用料中，所述聚乙烯树脂优选为熔体流动速率为10-50g/10min(测试条件190℃，2.16kg)的线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯或高密度聚乙烯。

在上述硅烷交联聚乙烯专用料中，所述引发剂优选为有机过氧化物，如过氧化二异丙苯、双-(叔丁基过氧化异丙基)苯、2，5二甲基-2，5双(叔丁基过氧基)己烷及二叔丁基过氧化物中的一种或数种复合物。

在上述硅烷交联聚乙烯专用料中，所述硅烷交联剂优选为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基甲乙氧基硅烷中的一种或数种的混合物。

在上述硅烷交联聚乙烯专用料中，所述的接枝单体优选为马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸、富马酸中的一种或数种的混合物。

在上述硅烷交联聚乙烯专用料中，所述的抗氧剂优选为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯或4，4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基)苯酚。

根据权利要求1所述的专用料，其特征在于：将专用料磨粉后投入普通碳钢内胆，经滚塑加工后，专用料与碳钢内胆紧密粘接成为一体，经滚塑加工后，该专用料的熔体流动速率由大于8g/10min下降为小于2g/10min(测试条件190℃，2.16kg)。

本发明提供的电热水器内胆用的硅烷交联聚乙烯专用料的制备及加工工艺如下：

先将聚乙烯树脂、引发剂、硅烷交联剂、接枝单体、抗氧剂按配比称量后均匀混合，然后将上述混合物加入双螺杆挤出机中熔融挤出、拉条、切粒、干燥即可。其中双螺杆挤出机的长径比为36/1-48/1，挤出温度为180-220℃，螺杆转速为100-450rpm。制成的专用料经磨粉机磨粉后加入碳钢内胆，在热和少量水蒸气的条件下发生初步交联反应，经滚塑加工与碳钢内胆紧密粘结成为一体，后放置在60℃热水中8小时发生进一步的交联反应，形成致密的三维网状结构。

本发明的机理在于本发明的专用料在制备和加工过程中发生接枝和交联两个过程，在双螺杆挤出阶段，有机过氧化物引发剂受热分解，生产化学活性很高的游离自由基，这些游离基进攻聚乙烯大分子，夺取聚乙烯分子中的氢原子，使聚乙烯主链带有活性，然后与硅烷交联剂、接枝单体发生接枝反应，生产可交联的接枝化合物。已接枝的化合物其极性较聚乙烯树脂有很大提高，在滚塑加工过程中，在热和少量水蒸气的条件下发生交联反应，与电热水器碳钢内胆滚塑紧密粘结成为一体，后放置在60℃热水中8小时，发生进一步的水解缩聚反应，从而使聚乙烯交联成三维网状结构。

具体反应机理如下：

①过氧化物受热分解成游离基

ROOR→2RO^·

②引发聚乙烯的脱氧反应

③聚乙烯与乙烯基三甲氧基硅烷的接枝反应

注：R′为CH₃

④水解缩聚反应

本发明的专用料经滚塑加工、硅烷交联，可制得电热水器用钢塑复合内胆。经硅烷交联的聚乙烯内胆，可显著提高聚乙烯的热变形温度，耐热蠕变性能、良好的耐化学性能和优异的耐环境应力开裂性能。与现有不锈钢内胆和搪瓷内胆相比，由该专用料制得的复合内胆具有成本低廉、加工方便，同时避免了不锈钢和搪瓷内胆易锈蚀漏水的质量问题，可长期在90℃的环境下使用。

具体实施方式

实施例1

LLDPE 7144                                      97.9％

过氧化二异丙苯                                  0.1％

乙烯基三乙氧基硅烷                              1.0％

马来酸酐                                        0.5％

四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯  0.5％

制备：在高速混合机中1、2、4、5组分混合均匀，组分3(乙烯基三乙氧基硅烷)用液体计量泵加入挤出机，挤出机温度190度。制备的专用料熔指为10g/10min(190℃，2.16kg)

加工：将专用料磨粉后，加入碳钢内胆中，采用滚塑加工的方式由室温加热到250℃，保温5分钟后风冷至室温，专用料与内胆紧密结合成一体。专用料的熔指变为0.5g/10min。后放入60℃的热水中8小时后凝胶含量为55％，耐环境应力开裂(F50)＞1000h。

实施例2

LLDPE 7144                                      97.9％

过氧化二异丙苯                                  0.2％

乙烯基三甲氧基硅烷                              0.8％

甲基丙烯酸缩水甘油酯                            0.5％

四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯  0.6％

制备方式同实施例1，制备的专用料熔指为15g/10min(190℃，2.16kg)

加工方式同实施例1，专用料的熔指变为0.2g/10min。放入60℃的热水中8小时后凝胶含量为68％。耐环境应力开裂(F50)＞1000h。

Claims (1)

1.一种电热水器内胆用的硅烷交联聚乙烯专用料，其特征在于由如下组分和重量百分比组成：