CN102533162B - 一种3pe防腐管道用pe 热熔胶粉末的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种3PE防腐管道用PE热熔胶粉末的制备方法，采用双螺杆挤出实施共混复合工艺挤出造粒，并通过磨粉设备得到PE热熔胶粉末；该PE热熔胶粉末包含如下重量百分含量的各原料组分：聚乙烯接枝物粘接树脂10-40％；聚烯烃基体树脂30-80％；弹性体增粘树脂5-30％；流平剂5-30％。该PE热熔胶粉末具备良好的力学性能、干粉流动性、流平性、耐应力开裂性、耐候性、耐腐蚀性，适合撒粉工艺、火焰喷涂工艺并且与环氧粉末、聚乙烯夹克料均有非常高的粘接强度。本发明不但可用于普通钢管防腐层的制备，也可用于镀锌钢管、镀铜钢管防腐层的制备。

Description

一种3PE防腐管道用PE 热熔胶粉末的制备方法

技术领域

本发明涉及一种防腐涂层材料的制备方法，属于材料组合物制备技术领域，特别是涉及一种3PE防腐管道用PE热熔胶粉末的制备方法。

背景技术

管道及构件防腐在国民经济整体格局中发挥着重要作用，关系到输油、输气、煤矿等领域的使用安全和设施使用寿命问题。目前，每年因腐蚀损坏的钢铁数额依然巨大，对防腐界也提出了更高的要求。防腐涂层历经多年的发展演变形成了多种多样的格局，包括2/3PE防腐、2/3PP防腐、沥青玻璃丝布防腐、玻璃钢防腐、环氧煤沥青漆防腐、环氧粉末涂料防腐、聚乙烯粉末涂料防腐等等。其中应用较多、防腐界普遍看好的防腐涂层是3PE防腐。但是3PE防腐同样有其自身的缺陷，主要表现为防腐层不耐冲击、易造成管道受损；对钢管本身有选择性，无缝焊钢管比直缝焊、螺旋焊钢管更适宜3PE工艺；施工设备需要大型挤出机完成，施工过程能耗偏大等等。

为了寻求更加合适的管道及构件防腐结构，防腐涂层的发展变化可谓日新月异。近年来双层熔结环氧粉末(DPS)等涂层的引进和使用对3PE防腐涂层有所冲击，但终因价格、性能等多方面的原因没有被业内充分接受；内环氧粉末涂层、外PE粉末涂层正在被国内一些防腐厂家采用，但防腐效果限定了这种涂层的应用领域；一些研究者探索使用羟氨橡胶改性沥青作为钢管底胶、外包覆PE作为防腐涂层来改善3PE防腐层的韧性和剥离强度，但这种方法的长期使用性能没有通过工程实例验证，羟氨橡胶改性沥青的使用温度、耐候性、品质稳定性均需要进一步验证。

3PE热熔胶粉末基于现有商品3PE热熔胶粒料的缺点而开发，具有明显的技术优势，可以解决传统3PE生产工艺中产生的上述问题。首先，采用3PE热熔胶粉末涂装成型时粉末的上粉不会受到焊缝和钢管曲度的影响，得到的防腐管道整体更加密实，平整性更好，制品更美观。其次，热熔胶粉末上粉后与环氧粉末接触面积也会相应增加，增加相互渗透、相互缠绕效果，从而改善了两种界面之间的键接效果，防腐层耐冲击性能更加优异。再次，3PE热熔胶粉末上粉均匀，不会出现“露底”、漏涂的现象。最后，3PE热熔胶粉末的涂装成型可以通过向未完全固化的环氧粉末上撒粉或火焰喷涂来实现，设备简单实用，能够减少3PE成型加工过程中能耗过大的问题，不失为贯彻低碳低耗的一种新途径。

作为一种新型3PE胶粘剂防腐层，3PE热熔胶粉末本身的性能指标尤为重要。第一要求粉末首先具备良好的干粉流动性，保证上粉均匀且无气泡存在；第二要求粉末与环氧粉末及外层PE夹克料有良好的粘接强度和粘接持久性，保证防腐层的防腐效果和粘接持久性；第三要求PE热熔胶粉末流平性好，保证防腐层的外观平整性和涂覆均匀性；最后要求粉末具有良好的力学性能和耐应力开裂性能，保证产品的品质稳定性。这些性能指标直接关系到防腐层的质量，因此3PE热熔胶粉末的配方组成及生产过程非常关键。

中国专利CN101096566A介绍了一种防腐钢管涂层的制备方法，将氯丁橡胶、丁苯橡胶、聚苯乙烯、石油树脂、有机溶剂等材料通过搅拌釜制备，作为防腐涂层对钢管进行防腐时性能优良。中国专利CN102070970A介绍了一种高附着力粉末涂料及其制备方法，通过PE反应挤出接枝马来酸酐制得粒料，磨粉后得到PE粉末涂料。

但上述专利均未提到一种3PE防腐管道用PE热熔胶粉末的制备方法，也未提及在使用过程中通过粉末涂装工艺完成PE热熔胶粉末的涂装，也未提及到弹性体增粘树脂的加入改善PE热熔胶粉末的剥离强度和柔韧性，也未提及聚丙烯酸酯流平剂的加入改善PE热熔胶粉末的流平性，使涂层无流挂、橘皮纹、针孔等现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3PE防腐管道用PE热熔胶粉末的制备方法，其主要作为普通钢管、镀锌钢管、镀铜钢管防腐层材料中的粘接树脂使用，适合粉末撒粉工艺、火焰喷涂工艺，粉末在施工过程中能够自然流平，并与环氧粉末、PE夹克料有非常高的剥离强度。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种3PE防腐管道用PE热熔胶粉末的制备方法，采用双螺杆挤出工艺得到PE热熔胶粒料，通过磨粉机磨粉得到PE热熔胶粉末，所述PE热熔胶粉末包含如下重量百分含量的各原料组分：

聚乙烯接枝物粘接树脂10-40％；

聚烯烃基体树脂30-80％；

弹性体增粘树脂5-30％；

流平剂5-30％。

所述聚乙烯接枝物粘接树脂的制备工艺为：以聚乙烯混合物或聚乙烯、乙烯共聚物混合物为基体树脂，其中高密度聚乙烯的用量为20-70wt％，以0.5-2.5wt％的马来酸酐(MAH)为接枝单体，以0.15-0.25wt％的过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂，通过反应挤出工艺得到接枝改性粘接树脂。

所述聚烯烃基体树脂为高密度聚乙烯(HDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)或聚乙烯共混物。

所述弹性体增粘树脂为SBS、EPDM、POE、POP，通过与聚烯烃的复配得到热熔胶。

所述不饱和极性单体有马来酸酐(MAH)、丙烯酸(AA)、丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)；所述引发剂为过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酰(BPO)。

所述流平剂为聚丙烯酸酯。

本发明通过双螺杆造粒经过磨粉设备磨粉得到PE热熔胶粉末，磨粉设备优选机械法粉碎磨盘式磨粉机，磨粉温度20-60℃，最佳温度30-55℃。粉末颗粒60目过筛通过率90-100％，80目通过率70-85％。

PE热熔胶粉末粒径大于60目会影响粉末的干粉流动性，影响上粉效果，并最终影响防腐层的流平性。粉末悬浮比≥28％，安息角≤32°，悬浮比、安息角主要用于表征粉末的干粉流动性，悬浮比小于28％、安息角大于32°会引起干粉流动性不佳，影响上粉的均匀性，进一步影响涂层效果。

本发明按照防腐层的使用场合会在配方当中添加抗氧剂、紫外线吸收剂、无机纳米ZnO等助剂，改善材料的耐候性。可添加色母、光亮剂等提高其可识别性。可添加少许加工助剂改善其加工性能。

借由上述技术方案，本发明具有的优点是：

本发明制备的PE热熔胶粉末具备良好的力学性能、干粉流动性、流平性、耐应力开裂性、耐候性、耐腐蚀性，适合撒粉工艺、火焰喷涂工艺并且与环氧粉末、聚乙烯夹克料均有非常高的粘接强度，特别适合作为大口径普通钢管及金属构件的防腐层使用。本发明不但可用于普通钢管防腐层的制备，也可用于镀锌钢管、镀铜钢管防腐层的制备。

具体实施方式

本发明公开了一种3PE防腐管道用PE热熔胶粉末的制备方法，包含如下重量百分含量的各原料组分：聚乙烯接枝物粘接树脂10-40％；聚烯烃基体树脂30-80％；弹性体增粘树脂5-30％；聚丙烯酸酯流平剂5-30％。

以聚乙烯混合物或聚乙烯、乙烯共聚物混合物为基体树脂，以0.5-2.5wt％的马来酸酐(MAH)、丙烯酸(AA)、丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)中的一种或共混物为接枝单体，以0.15-0.25wt％的过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酰(BPO)中的一种或共混物为引发剂，通过高混机预混，确保各组分分散均匀，通过反应挤出工艺得到接枝改性粘接树脂。将称重好的粘接树脂、基体树脂、增粘树脂、流平剂预混后经过双螺杆挤出机混炼得到PE热熔胶颗粒。挤出机温度为175℃，螺杆转速300rpm，双螺杆长径比L/D＝40∶1。将PE热熔胶颗粒磨粉后得到PE热熔胶粉末。

其中，聚乙烯接枝物粘接树脂中的高密度聚乙烯熔融指数为0.1-30g/10min，密度大于0.945g/m³，线性低密度聚乙烯熔融指数为1.0-20g/10min，密度为0.918-0.926g/m³之间。

上述聚乙烯接枝物粘接树脂中高密度聚乙烯的用量在20-80wt％，最佳在20-70％。因用量低于20wt％会导致体系内聚力偏低，也会对PE热熔胶粉末的干粉流动性及流平性产生影响；而用量过大于70wt％会导致PE热熔胶粉末太脆，影响剥离强度。

上述反应挤出过程中采用的引发剂最常用的是过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酰(BPO)，用量为0.10-0.50wt％，最佳为0.15-0.25wt％。用量低于0.15wt％时粘接树脂的接枝率不足，用量大于0.25时会导致粘接树脂交联、变色、气味大。

上述不饱和极性单体有马来酸酐(MAH)、丙烯酸(AA)、丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)等，不饱和单体在反应挤出的过程中用量为0.01-10wt％，最佳为0.5-2.5wt％。用量低于0.5wt％则粘结力不足，用量大于2.5wt％会导致粘接树脂变色、有气味、有气泡。在聚乙烯基体树脂中加入引发剂和不饱和极性单体接枝得到具有粘结力的粘接树脂母料。

在上述PE热熔胶粉末组成中，聚乙烯接枝物粘接树脂用量为10-40wt％。用量小于10wt％会导致热熔胶粉末无粘结力，用量大于40wt％会导致热熔胶粉末变脆，影响防腐层的抗冲击效果。

本发明采用的弹性体增粘树脂为SBS、EPDM、POE、EVA等，通过与聚乙烯接枝物粘接树脂及聚烯烃基体树脂复配后挤出得到热熔胶粒料。聚乙烯接枝物粘接树脂的引入可提高热熔胶产品的初粘力、与环氧涂层的润湿性，并能够改善防腐层的抗冲击性能。

上述弹性体增粘树脂在热熔胶粉末里面的用量为3-30wt％。用量小于3wt％则起不到增粘效果，并影响防腐层的抗冲击性能，用量大于30wt％会导致热熔胶粉末的软化点降低，高温下剥离强度降低，并影响材料的力学性能，最佳比例为5-30wt％。

本发明中采用的流平剂为聚丙烯酸酯。流平剂的加入能够调节体系的熔体黏度和表面张力，改善体系的流平性。涂装流平后表面无橘皮纹、流挂现象，涂层内部无针孔。流平剂在热熔胶粉末里面的用量为4-30wt％。用量小于4wt％起不到改善流平性的效果，用量大于30wt％会导致体系力学性能、软化点降低，其在热熔胶中的比例为5-30％。

本发明中与粘接树脂、增粘树脂、流平剂复配的基体树脂由高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯等聚烯烃材料组成。基体树脂的作用是用以提高热熔胶粉末的力学性能、改善热熔胶粉末的干粉流动性及流平性。

聚烯烃基体树脂的用量为10-80wt％。用量低于10wt％会影响热熔胶粉末的力学性能、干粉流动性、流平性，用量大于80wt％会导致热熔胶粉末粘结力不足、材料变脆，影响防腐层的抗冲击性能，最佳比例为30～80wt％。

本发明中通过双螺杆造粒经过磨粉设备磨粉得到PE热熔胶粉末，磨粉设备优选机械法粉碎磨盘式磨粉机，磨粉温度20-60℃，最佳温度30-55℃。粉末颗粒60目过筛通过率90-100％，80目通过率70-85％。

PE热熔胶粉末粒径大于60目会影响粉末的干粉流动性，影响上粉效果，并最终影响防腐层的流平性。粉末悬浮比≥28％，安息角≤32°，悬浮比、安息角主要用于表征粉末的干粉流动性，悬浮比小于28％、安息角大于32°会引起干粉流动性不佳，影响上粉的均匀性，进一步影响涂层效果。

本发明按照防腐层的使用场合会在配方当中添加抗氧剂、紫外线吸收剂、无机纳米ZnO等助剂，改善材料的耐候性。可添加色母、光亮剂等提高其可识别性。可添加少许加工助剂改善其加工性能。

以下通过较佳实施例对本发明作进一步详细表述，但本发明并不仅限于以下的实施例。

实施例1

PE热熔胶粉末配方(100％)如下：

聚乙烯接枝物粘接树脂15％

聚烯烃基体树脂65％

弹性体增粘树脂14％

聚丙烯酸酯流平剂6％

其中，聚乙烯接枝物粘接树脂的配方(100％)：

高密度聚乙烯60％

线性低密度聚乙烯38.55％

马来酸酐单体1.3％

过氧化二异丙苯0.15％；

其中，聚烯烃基体树脂的配方(100％)：

高密度聚乙烯70％

低密度聚乙烯30％；

其中，弹性体增粘树脂的组成为：

乙烯-辛烯共聚物75％

EVA25％；

将聚乙烯接枝物粘接树脂配方中各组分原料精确称重后通过高混机预混，确保各组分分散均匀，然后经双螺杆反应挤出得到聚乙烯接枝物粘接树脂。将称重好的粘接树脂、基体树脂、增粘树脂、流平剂预混后经过双螺杆挤出机混炼得到PE热熔胶颗粒。挤出机温度为175℃，螺杆转速300rpm，双螺杆长径比L/D＝40∶1。将PE热熔胶颗粒通过机械法磨粉后得到PE热熔胶粉末。

实施例2

PE热熔胶粉末配方(100％)如下：

聚乙烯接枝物粘接树脂20％

聚烯烃基体树脂57％

弹性体增粘树脂18％

聚丙烯酸酯流平剂5％；

其中，聚乙烯接枝物粘接树脂的配方(100％)：

高密度聚乙烯65％

线性低密度聚乙烯33.22％

马来酸酐单体1.6％

过氧化二异丙苯0.18％；

其中，聚烯烃基体树脂的配方与实施例1相同；

其中，聚烯烃类增粘树脂的组成为乙烯-辛烯共聚物；

将聚乙烯接枝物粘接树脂配方中各组分原料精确称重后通过高混机预混，确保各组分分散均匀，然后经双螺杆反应挤出得到聚乙烯接枝物粘接树脂。将称重好的粘接树脂、基体树脂、增粘树脂、流平剂预混后经过双螺杆挤出机混炼得到PE热熔胶颗粒。挤出机温度为175℃，螺杆转速300rpm，双螺杆长径比L/D＝40∶1。将PE热熔胶颗粒通过机械法磨粉后得到PE热熔胶粉末。

实施例3

PE热熔胶粉末配方(100％)如下：

聚乙烯接枝物粘接树脂25％

聚烯烃基体树脂50％

弹性体增粘树脂15％

聚丙烯酸酯流平剂10％；

其中，聚乙烯接枝物粘接树脂的配方(100％)：

高密度聚乙烯65％

线性低密度聚乙烯33.22％

马来酸酐单体1.6％

过氧化二异丙苯0.18％；

其中，聚烯烃基体树脂的配方与实施例1相同；

其中，聚烯烃类增粘树脂的组成为乙烯-辛烯共聚物；

将聚乙烯接枝物粘接树脂配方中各组分原料精确称重后通过高混机预混，确保各组分分散均匀，然后经双螺杆反应挤出得到聚乙烯接枝物粘接树脂。将称重好的粘接树脂、基体树脂、增粘树脂、流平剂预混后经过双螺杆挤出机混炼得到PE热熔胶颗粒。挤出机温度为175℃，螺杆转速300rpm，双螺杆长径比L/D＝40∶1。将PE热熔胶颗粒通过机械法磨粉后得到PE热熔胶粉末。

将上述实施例1-3按照本发明中的要求制备成PE热熔胶粉末，通过幕帘式撒粉工艺涂装在大口径普通钢管上，其作为防腐层外胶的性能指标如表1所示。

表1实施例1-3的PE热熔胶粉末作为防腐层外胶的性能指标

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种3PE防腐管道用PE热熔胶粉末的制备方法，采用双螺杆挤出实施共混复合工艺挤出造粒，以机械法磨粉工艺并通过磨粉设备得到PE热熔胶粉末，其特征在于：所述PE热熔胶粉末包含如下重量百分含量的各原料组分：

聚乙烯接枝物粘接树脂10-40%；

聚烯烃基体树脂30-80%；

弹性体增粘树脂5-30%；

流平剂5-30%；

所述聚乙烯接枝物粘接树脂的制备工艺为：以聚乙烯为基体树脂，以0.5-2.5wt%的马来酸酐(MAH)、丙烯酸(AA)、丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)中的一种或共混物为接枝单体，以0.15-0.25wt%的过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酰(BPO)中的一种或共混物为引发剂，通过反应挤出工艺得到接枝改性粘接树脂，其中高密度聚乙烯在粘接树脂中的用量为20-70wt%；

所述流平剂为聚丙烯酸酯。

2.根据权利要求1所述的3PE防腐管道用PE热熔胶粉末的制备方法，其特征在于：所述聚烯烃基体树脂为高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)或聚乙烯共混物。

3.根据权利要求2所述的3PE防腐管道用PE热熔胶粉末的制备方法，其特征在于：所述低密度聚乙烯为线性低密度聚乙烯(LLDPE)。

4.根据权利要求2所述的3PE防腐管道用PE热熔胶粉末的制备方法，其特征在于：所述弹性体增粘树脂为SBS、EPDM、POE、POP，通过与聚烯烃的复配得到热熔胶。

5.根据权利要求1所述的3PE防腐管道用PE热熔胶粉末的制备方法，其特征在于：粉末颗粒60目过筛通过率90-100%，80目通过率70-85%，PE热熔胶粉末干粉流动性佳，粉末悬浮比≧28%，安息角≦32°。

6.根据权利要求1所述的3PE防腐管道用PE热熔胶粉末的制备方法，其特征在于：所述机械法磨粉工艺采用的是机械法粉碎磨盘式磨粉机，磨粉温度为20-60℃。

7.根据权利要求6所述的3PE防腐管道用PE热熔胶粉末的制备方法，其特征在于：所述磨粉温度为30-55℃。

8.权利要求1-7中任一项所述的3PE防腐管道用PE热熔胶粉末的制备方法，其特征在于：还可以在配方组分中添加抗氧剂、紫外线吸收剂、无机纳米ZnO，或添加色母、光亮剂、少许加工助剂。