CN103012813A - 母料法制备管材专用聚乙烯树脂组合物的方法 - Google Patents

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Abstract

一种母料法制备管材专用聚乙烯树脂组合物的方法，依次包括：1)将作为载体的聚乙烯树脂、着色剂和添加剂混合拌匀后用双螺杆挤出机进行熔融混合造粒制得母料，着色剂为永固橙G或酞菁蓝，添加剂包括抗氧剂B225、光稳定剂2’-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和N，N′-双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)己二胺。着色剂用量为1～5wt％，添加剂的用量为15～50wt％；2)将母料与树脂基料按比例混合拌匀后用螺杆挤出机进行熔融混合造粒制得聚乙烯树脂组合物产品，其中着色剂含量为0.02～0.10wt％，添加剂的含量为0.3～1.0wt％。制得的聚乙烯材料的耐光老化性能明显提高。

Description

母料法制备管材专用聚乙烯树脂组合物的方法
技术领域
本发明涉及一种制造管材专用聚乙烯树脂组合物的制备方法，特别涉及采用的着色剂为永固橙G或酞菁蓝的制造管材专用聚乙烯树脂组合物的制备方法。
背景技术
随着塑料管材开发利用的深化和生产工艺的不断改进，塑料管材的应用领域愈来愈广，其优异的耐化学腐蚀性能和日益完善的机械性能被人们普遍认知，塑料管材已不再简单地依据价格优势而作为金属管材的替代品。其中聚乙烯(PE)管材的发展非常迅速，早期的PE管材主要用于低承压工况的液体介质或固体介质输送，如排污、排水、农业灌溉、矿山细颗粒固体输送等，以后则逐步推广至高承压气体或液体的输送，如给水或燃气的输送等。显然，用于给水或燃气一类高承压介质输送的专用管材要求具有更好和更耐久的机械性能。在额定的温度、压力工况下，在大气环境中通常须保证安全使用50年以上，这就对管材专用PE的耐老化性提出了更高的要求。聚烯烃类高聚物的共同弱点是在紫外线、热和氧的共同催化作用下易按照游离基反应历程发生老化，最终导致大分子链断裂而丧失强度。现有技术中，传统采用黑色PE管材作为燃气输送管道，用于制造黑色PE管材的专用料是在PE中掺入2～2.5wt％的粉末状炭黑，由于碳黑除了着色外同时具有屏蔽紫外线光的作用，能使PE分子减少因光照而引发产生游离基的概率，再配合添加常规的抗氧剂，黑色PE管材能够满足输送燃气一类介质的要求。但工业上燃气管道按习惯需标以橙色，采用黑色PE管材作为燃气输送管道时需再用其它方法增加标识。这显然极不方便，一旦标识磨损或损坏还会导致事故的发生。随着光、热稳定剂性能的不断改进，专用于燃气输送的橙色PE管材逐渐推出，且产量已具一定规模。现有常用的光稳定剂有茎基二苯甲酮的衍生物、三嗪类和取代丙烯晴类苯甲酸酯类、光稳定剂901等紫外线吸收剂；亚硫酸锌和受阻胺类、炭黑、二氧化钛等光屏蔽剂。中国专利ZL 94115267.7介绍苯并呋喃-2-酮用作保护有机物的稳定剂能有效抵抗热降解、氧化降解或光诱导降解，中国专利ZL200480014355.0则介绍了一种与聚合物具有高度兼容性的外线吸收剂羟苯基三嗪。然而，现有采用了光、热稳定剂制造的橙色PE管材其耐老化性能仍然无法达到黑色PE管材的水平，进一步提高制造橙色管材专用PE材料的耐老化性能在本领域至今仍备受关注。
发明内容
本发明提供了一种母料法制备管材专用聚乙烯树脂组合物的方法，制得的聚乙烯树脂组合物可用于制造着色剂为永固橙G或酞菁蓝的非黑色的管材，它通过采用一种改进的组合光稳定剂，解决了非黑色PE管材耐光老化性能较难以达到与黑色PE管材相同水平这一技术问题。
以下是本发明具体的技术方案：
一种母料法制备管材专用聚乙烯树脂组合物的方法，该方法依次包括以下步骤：
1)将作为载体的聚乙烯树脂、着色剂和添加剂混合拌匀后用双螺杆挤出机进行熔融混合造粒制得母料。前述混合后的物料在螺杆内停留时间控制为2～4分钟，螺杆温度控制为160～200℃。聚乙烯树脂的熔体流动速率为18～22g/10min，着色剂为永固橙G或酞菁蓝，添加剂包括抗氧剂、光稳定剂I和光稳定剂II。
其中：
抗氧剂为B225抗氧剂，
光稳定剂I为2’-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯苯并三唑，
光稳定剂II为N，N′-双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)己二胺。
添加剂各组分的配比以重量份计，当抗氧剂为1.0，光稳定剂I为0.5～2.0，光稳定剂II为1.0～3.0；
以载体、着色剂和添加剂的总量为基准，着色剂用量为1～5wt％，添加剂的用量为15～50wt％；
2)将步骤1)得到的母料与树脂基料按比例混合拌匀后用螺杆挤出机进行熔融混合造粒制得聚乙烯树脂组合物产品。母料与树脂基料混合后的物料在螺杆内停留时间控制为2～4分钟，螺杆温度控制为160～200℃。树脂基料为双峰分子量分布聚乙烯，其密度为0.920～0.965g/mL，负载5kg测试条件下的熔体流动速率为0.2～0.5g/10min，其中低分子量部分的重均分子量MwL为20000～22000，高分子量部分的重均分子量MwH为250000～280000，低分子量部分与高分子量部分的重量比WL∶WH为1∶(1.2～1.4)。母料与树脂基料混合后，以母料和树脂基料的总量为基准，着色剂含量为0.02～0.10wt％，添加剂的含量为0.3～1.0wt％。
上述步骤1)所述的添加剂各组分的配比以重量份计，当抗氧剂为1.0，光稳定剂I最好为1.0～1.5；光稳定剂II最好为1.5～2.5；添加剂的用量最好为20～35wt％。
上述步骤2)所述的添加剂的含量最好为0.5～0.7wt％。
发明通过大量的实验对多种化合物进行筛选，选用了两种化合物组成复配的光稳定剂。发明人由实验发现，这两种光稳定剂的组合使用能产生协同作用，在使用量相同的情况下，组合使用比单独使用其吸收紫外线的能力明显增强。
与现有技术相比本发明的积极效果明显，在不增加添加剂使用量的前提下，制得的PE材料的耐光老化性能明显提高，以黑色PE管材专用料为对比进行老化试验，本发明制得的PE树脂组合物呈现几乎相同的耐老化性能，基本解决了现有技术存在的非黑色PE管材耐光老化性能较难以达到与黑色PE管材相同水平这一技术问题。
下面通过具体的实施方案对本发明作进一步的描述，由于相对于现有技术，本发明的重点在于光稳定剂的改进，其余与现有技术基本相同，故实施例将注重对包括抗氧剂和光稳定剂等添加剂及其加入量试验数据的列举。
在实施例中，各物性指标的测试标准分别为：
拉伸屈服应力：             GB/T1040.2-2006
断裂标称应变：             GB/T1040.2-2006
简支梁缺口冲击强度(23℃)： GB/T1043.1-2008
具体实施方式
一、母料的制备：
【实施例1～8】
取熔体流动速率为18～22g/10min的PE树脂作为载体，按所需比例加入着色剂永固橙G以及添加剂的各组分，拌匀。物料投入双螺杆挤出机进行熔融混合造粒。物料在螺杆内的停留时间为2～4分钟，螺杆温度控制为160～200℃。得到的母料粒子经冷却干燥后即为成品，每一实施例制得500kg样品。
上述添加剂包括抗氧剂、光稳定剂I和光稳定剂II，其中：
抗氧剂为B225抗氧剂，
光稳定剂I为2’-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯苯并三唑，
光稳定剂II为N，N′-双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)己二胺。
各实施例中添加剂各组分的配比以及添加剂和着色剂的加入量见表1。
【比较例1～2】
添加剂中光稳定剂单独采用光稳定剂I或光稳定剂II，其余同实施例1～8。
【比较例3】
着色剂采用炭黑，并按常规黑色PE管材的制备方法加入的添加剂仅含抗氧剂，其余同实施例1～8。
表1.
Figure BSA00000583690400041
二、管材专用PE树脂的制备：
【实施例9～16、比较例4～6】
取实施例1～8以及比较例1～3制得的母料，采用常规的母料法制造管材专用PE树脂。
取PE树脂基料500kg，PE树脂基料为双峰分子量分布聚乙烯，其密度为0.920～0.965g/mL，负载5kg测试条件下的熔体流动速率为0.2～0.5g/10min。其中低分子量部分的重均分子量MwL为20000～22000，高分子量部分的重均分子量MwH为250000～280000，低分子量部分与高分子量部分的重量比WL∶WH为1∶(1.2～1.4)。
按最终制得管材专用PE树脂中着色剂永固橙G以及添加剂的所需含量计算所需的母料量，将所需量的母料和PE基料混合拌匀后投入双螺杆挤出机进行熔融混合造粒。物料在螺杆内的停留时间为2～4分钟，螺杆温度控制为160～200℃。得到的PE树脂粒子经冷却干燥后即为成品，每一实施例或比较例制得500kg样品。
实施例9～16、比较例4～6采用的母料见表2，制得的管材专用PE树脂中着色剂永固橙G的含量控制为0.02～0.10wt％，添加剂的含量控制为0.3～1.0wt％，具体见表2。
测试实施例9～16、比较例4～6得到的管材专用PE树脂主要的力学性能指标，结果见表3。然后进行3000小时的氙灯老化试验，再测试各试样主要的力学性能指标并考察各指标的下降情况，结果见表4。
表2.
Figure BSA00000583690400051
注：添加剂和着色剂的含量均以PE树脂基料、添加剂和着色剂的总量为基准。
表3.
表4.
Figure BSA00000583690400061
注：
表中D为各指标的测试数据，A为各指标老化试验后数据占初始数据的百分比，其计算式为：
A = D D 0 × 100 %
其中，D0为表2各指标的测试数据，D为表3各指标的测试数据。

Claims (5)

1.一种母料法制备管材专用聚乙烯树脂组合物的方法，该方法依次包括以下步骤：
1)将作为载体的聚乙烯树脂、着色剂和添加剂混合拌匀后用双螺杆挤出机进行熔融混合造粒制得母料，前述混合后的物料在螺杆内停留时间控制为2～4分钟，螺杆温度控制为160～200℃，聚乙烯树脂的熔体流动速率为18～22g/10min，着色剂为永固橙G或酞菁蓝，添加剂包括抗氧剂、光稳定剂I和光稳定剂II，其中：
抗氧剂为B225抗氧剂，
光稳定剂I为2’-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯苯并三唑，
光稳定剂II为N，N′-双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)己二胺，
添加剂各组分的配比以重量份计，当抗氧剂为1.0，光稳定剂I为0.5～2.0，光稳定剂II为1.0～3.0；
以载体、着色剂和添加剂的总量为基准，着色剂用量为1～5wt％，添加剂的用量为15～50wt％；
2)将步骤1)得到的母料与树脂基料按比例混合拌匀后用螺杆挤出机进行熔融混合造粒制得聚乙烯树脂组合物产品，母料与树脂基料混合后的物料在螺杆内停留时间控制为2～4分钟，螺杆温度控制为160～200℃，树脂基料为双峰分子量分布聚乙烯，其密度为0.920～0.965g/mL，负载5kg测试条件下的熔体流动速率为0.2～0.5g/10min，其中低分子量部分的重均分子量MwL为20000～22000，高分子量部分的重均分子量MwH为250000～280000，低分子量部分与高分子量部分的重量比WL∶WH为1∶(1.2～1.4)，母料与树脂基料混合后，以母料和树脂基料的总量为基准，着色剂含量为0.02～0.10wt％，添加剂的含量为0.3～1.0wt％。
2.根据权利要求1所述的制备管材专用聚乙烯树脂组合物的方法，其特征在于步骤1)所述的添加剂各组分的配比以重量份计，当抗氧剂为1.0，光稳定剂I为1.0～1.5。
3.根据权利要求1所述的制备管材专用聚乙烯树脂组合物的方法，其特征在于步骤1)所述的添加剂各组分的配比以重量份计，当抗氧剂为1.0，光稳定剂II为1.5～2.5。
4.根据权利要求1所述的制备管材专用聚乙烯树脂组合物的方法，其特征在于步骤1)所述的添加剂的用量为20～35wt％。
5.根据权利要求1所述的制备管材专用聚乙烯树脂组合物的方法，其特征在于步骤2)所述的添加剂的含量为0.5～0.7wt％。
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