CN104610814A - 一种防腐管道用聚乙烯粉末及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防腐管道用聚乙烯粉末及其制备方法。采用双螺杆挤出工艺挤出共混造粒，并通过机械式磨粉得到聚乙烯粉末；该聚乙烯粉末由按重量百分含量计的如下原料制成：聚乙烯粘接树脂5-10％；聚烯烃基体树脂25-65％；聚乙烯增强树脂15-30％；增韧剂5-20％；流平剂0-10％；炭黑母粒4-6％；抗氧剂0.1-0.5％。该粉末具备良好的干粉流动性、流平性以及优异的力学性能、耐环境应力开裂性、耐紫外光老化性能、抗压性，耐腐蚀性，适合撒粉工艺、火焰喷涂工艺，并且与环氧粉末有非常高的粘接强度。

Description

一种防腐管道用聚乙烯粉末及其制备方法
技术领域
本发明属于涂料领域，涉及功能化聚乙烯及其共混物的应用，具体涉及一种防腐管道用聚乙烯粉末及其制备方法。
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。自从上个世纪90年代至今，管道防腐领域多采用三层(三PE)结构组成，主要包括里层环氧粉末层、中间层粘接层、外层聚乙烯防护层。这三层结构中，环氧粉末起到最关键的防腐作用，中间的胶粘剂层和外层的聚乙烯层的是对环氧粉末的保护，保证环氧粉末能够更好的保护钢管。
3PE防腐同样有其自身的缺陷，主要表现为：首先，传统上国内外钢质管道三层PE涂层成型全部采用挤出机分别挤出中间粘结剂和外层聚乙烯，使其包覆在环氧底胶外面，对于每一套生产成型装置，需要两大挤塑装置，能耗偏大。其次，传统工艺由于热熔胶粘剂层和夹克料层挤出的都是膜片，无论采用缠绕成型或是挤压包覆成型，对于螺旋焊钢管或直缝焊钢管，焊缝防腐层的厚度总会减薄，并且由于负压过小或碾压滚轮碾压不密实，焊缝侧总存在缺陷。另外，在低温状态下，由于中间粘结剂层与环氧粉末底胶不存在物理渗透，防腐层受到外界冲击时，防腐层冲击区可能发生破损。此外，在接头和弯管方面，传统的方法是采用单环氧粉末或者是缠绕聚乙烯热收缩带，这种防腐方法受环境因素和人为因素影响很大，大大降低了防腐层的防腐效果，使防腐层的寿命下降。
目前，专利CN102277042A以及专利CN102676018A都是公开的是用于单层防腐管道的聚乙烯粉末以及制备方法，该方法将环氧层去掉，从一定程度上降低了钢管的防腐效果和使用寿命。专利CN1865379A虽然采用的是两层结构，但是外层聚乙烯防腐胶仍是采用传统的挤出工艺，没有从根本上解决工艺引起的问题。专利CN101240134A讲述的环氧改性聚乙烯双组份粉末涂料，两种组份都是以聚乙烯为基体树脂，对聚乙烯进行环氧改性，该方法已经与传统的3PE防腐思路不一致，钢管防腐效果没有对比性。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种防腐管道用聚乙烯粉末及其制备方法，该聚乙烯粉末具有胶粘剂和夹克料双重性能，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，并与环氧粉末有非常高的剥离强度。其主要作为石油天然气防腐管道防腐层材料使用，同时，也适用于管道接口以及弯管的防腐。
实现本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种防腐管道用聚乙烯粉末，其特征在于，由按重量百分含量计的如下原料制备而成：
上述原料的重量百分比之和为100％。
作为优选，所述防腐管道用聚乙烯粉末，由按重量百分含量计的如下原料制备而成：
上述原料的重量百分比之和为100％。
作为优选，所述聚乙烯粘接树脂的制备工艺为：以聚乙烯或者聚乙烯混合物为基体树脂，以占基体树脂1-3wt％的马来酸酐为接枝单体，以占基体树脂0.1-0.5wt％的过氧化二异丙苯或者过氧化苯甲酰为引发剂，通过反应挤出工艺得到接枝改性粘接树脂，聚乙烯粘接树脂的接枝率为1-2wt％。本发明中的聚乙烯粉末中加入聚乙烯粘结树脂的接枝率高于普通的聚乙烯粘接粘接树脂，少量添加即可使粉末与环氧层由极好的粘接力，对环氧粉末起到很好的保护作用，用量小于会导致热熔胶粉末无粘结力，用量过大会导致热熔胶粉末变脆，影响防腐层的冲击性能以及耐环境应力开裂性能。
作为优选，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)中的一种或两种以上混合。本发明中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聚乙烯粉末的力学性能、改善聚乙烯粉末的干粉流动性及流平性。
作为优选，本发明中的聚乙烯增强树脂主要采用茂金属聚乙烯，茂金属聚乙烯可以使材料保持较高的硬度下提高材料的拉伸强度，抗刺穿性能以及耐环境应力开裂等物理性能。
作为优选，所述增韧剂为EPDM、EVA、POE、SEBS中的一种或两种以上混合。本发明中的聚乙烯粉末中加入增韧剂不仅可以使聚乙烯各个组分之间混合更加均匀，改善聚乙烯加工性能，还可以显著提高聚乙烯材料的冲击性能，拉伸性能以及耐环境应力开裂性能，保证聚乙烯层在长期的使用过程中保持较好的完整性，更好的保护环氧层。
作为优选，所述炭黑母粒为炭黑含量为40-50％wt，聚乙烯树脂含量为50-60％wt的炭黑母粒。本发明中的聚乙烯粉末中加入炭黑母粒不仅可以使炭黑很好的分散在聚乙烯粉末中，还可以提高粉末的耐紫外光老化性能，延长管道的使用年限。
作为优选，所述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。
作为优选，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168、抗紫外线吸收剂、光稳定剂以及抗氧剂245中的一种或两种以上混合。本发明中的聚乙烯粉末加入抗氧剂一方面可以降低材料在加工过程中的降解，另一方面也可以提高材料的氧化诱导期，提高材料的热老化和光老化性能，可以有效的延长防腐管道的使用年限。
一种防腐管道用聚乙烯粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照配方配比将原料加入高速共混机，混合均匀后，在190℃-220℃温度下，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到聚乙烯料粒；
2)将步骤1)制得的聚乙烯料粒以机械法磨粉工艺进行磨粉，得到聚乙烯粉末。
作为优选，在步骤1)中，所述聚乙烯料粒的熔融指数在2-8g/10min(190℃，2.16kg)，拉伸强度≥25MPa，断裂伸长率≥600％，常温冲击强度≥50KJ/m2，耐环境应力开裂≥1000小时，氧化诱导期(220℃)≥30分钟。
作为优选，在步骤2)中，机械法磨粉工艺采用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％，聚乙烯粉末干粉流动性佳，粉末悬浮比≧28％，安息角≦32°。
本发明的有益效果在于：
本发明制备的聚乙烯粉末具备良好的干粉流动性、流平性以及优异的力学性能、耐环境应力开裂性、耐热老化性能，耐紫外光老化性能、抗压性、耐腐蚀性，适合撒粉工艺、火焰喷涂工艺并且与环氧粉末有非常高的粘接强度。本发明制备的聚乙烯粉末不仅满足管道防腐行业对聚乙烯外防腐材料的要求，而且可以省掉胶粘剂层，简化防腐管道的生产工艺，降低生产成本。可使用喷涂生产工艺，粉末流平性能优异，防腐层更薄更均匀，节省材料成本。本发明还可以应用于管道接口以及弯头的防腐，提高接口与弯头的防腐效果。
具体实施方式
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
一种防腐管道用聚乙烯粉末，由按重量百分含量计的如下原料制备而成：聚乙烯接枝物粘接树脂7％，聚烯烃基体树脂55％，聚烯烃增强树脂23％,增韧剂10％，聚丙烯酸酯(流平剂)0％，炭黑母粒4.5％，抗氧剂0.5％。
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，增韧剂的组成为(100％)：
POE    75％；
SEBS   25％；
其中抗氧剂的组成为(100％)：
抗氧剂 1010  30％；
抗氧剂 168   60％；
光稳定剂     10％。
一种防腐管道用聚乙烯粉末的制备方法，包括以下步骤：
1)按照配方配比将原料加入高速共混机，混合均匀后，在210℃温度下，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到聚乙烯料粒；挤出机螺杆转速400rpm,双螺杆长径比L/D＝35:1。
2)将步骤1)制得的聚乙烯料粒以机械法磨粉工艺进行磨粉，得到聚乙烯粉末。机械法磨粉工艺采用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％，聚乙烯粉末干粉流动性佳，粉末悬浮比≧28％，安息角≦32°。
实施例2
一种防腐管道用聚乙烯粉末，由按重量百分含量计的如下原料制备而成：聚乙烯接枝物粘接树脂8％，聚烯烃基体树脂50％，聚烯烃增强树脂22％,增韧剂10％，聚丙烯酸酯流平剂5％，炭黑母粒4.6％，抗氧剂0.4％。
其中，聚烯烃基体树脂的配方(100％)：
高密度聚乙烯  60％；
低密度聚乙烯  40％；
其中，增韧剂的组成为(100％)：
POE     100％；
其中抗氧剂的组成为(100％)：
抗氧剂 B245    80％；
光稳定剂       20％；
一种防腐管道用聚乙烯粉末的制备方法，包括以下步骤：
1)按照配方配比将原料加入高速共混机，混合均匀后，在190℃温度下，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到聚乙烯料粒；挤出机螺杆转速400rpm,双螺杆长径比L/D＝35:1。
2)将步骤1)制得的聚乙烯料粒以机械法磨粉工艺进行磨粉，得到聚乙烯粉末。机械法磨粉工艺采用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％，聚乙烯粉末干粉流动性佳，粉末悬浮比≧28％，安息角≦32°。
实施例3
一种防腐管道用聚乙烯粉末，由按重量百分含量计的如下原料制备而成：聚乙烯接枝物粘接树脂10％，聚烯烃基体树脂50％，聚烯烃增强树脂25％,增韧剂5％，聚丙烯酸酯流平剂5％，炭黑母粒4.6％，抗氧剂0.4％。
其中，聚烯烃基体树脂的配方(100％)：
高密度聚乙烯 50％；
低密度聚乙烯 50％；
其中，增韧剂的组成为：
POE     50％；
EVA     50％；
其中抗氧剂的组成为：
一种防腐管道用聚乙烯粉末的制备方法，包括以下步骤：
1)按照配方配比将原料加入高速共混机，混合均匀后，在220℃温度下，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到聚乙烯料粒；挤出机螺杆转速400rpm,双螺杆长径比L/D＝35:1。
2)将步骤1)制得的聚乙烯料粒以机械法磨粉工艺进行磨粉，得到聚乙烯粉末。机械法磨粉工艺采用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％，聚乙烯粉末干粉流动性佳，粉末悬浮比≧28％，安息角≦32°。
将上述实施例1-5按照本发明中的要求制备成聚乙烯粉末，通过火焰喷涂工艺涂装在钢管上，里层通过静电喷涂环氧粉末。其材料以及防腐层的性能指标如表1所示。
表1 性能指标表
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防腐管道用聚乙烯粉末，其特征在于，由按重量百分含量计的如下原料制备而成：
上述原料的重量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的防腐管道用聚乙烯粉末，其特征在于:所述聚乙烯粘接树脂的制备工艺为：以聚乙烯或者聚乙烯混合物为基体树脂，以占基体树脂1-3wt％的马来酸酐为接枝单体，以占基体树脂0.1-0.5wt％的过氧化二异丙苯或者过氧化苯甲酰为引发剂，通过反应挤出工艺得到接枝改性粘接树脂，聚乙烯粘接树脂的接枝率为1-2wt％。
3.根据权利要求1所述的防腐管道用聚乙烯粉末，其特征在于:所述聚烯烃基体树脂为高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯中的一种或两种以上混合。
4.根据权利要求1所述的防腐管道用聚乙烯粉末，其特征在于:所述聚乙烯增强树脂为茂金属聚乙烯树脂。
5.根据权利要求1所述的防腐管道用聚乙烯粉末，其特征在于:所述增韧剂为EPDM、EVA、POE、SEBS中的一种或两种以上混合。
6.根据权利要求1所述的防腐管道用聚乙烯粉末，其特征在于:所述炭黑母粒为炭黑含量为40-50％wt，聚乙烯树脂含量为50-60％wt的炭黑母粒。
7.根据权利要求1所述的防腐管道用聚乙烯粉末，其特征在于:所述流平剂为聚丙烯酸酯；所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168、抗紫外线吸收剂、光稳定剂以及抗氧剂245中的一种或两种以上混合。
8.一种根据权利要求1所述的防腐管道用聚乙烯粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照配方配比将原料加入高速共混机，混合均匀后，在190℃-220℃温度下，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到聚乙烯料粒；
2)将步骤1)制得的聚乙烯料粒以机械法磨粉工艺进行磨粉，得到聚乙烯粉末。
9.根据权利要求8所述的防腐管道用聚乙烯粉末的制备方法，其特征在于:在步骤1)中，所述聚乙烯料粒的熔融指数在2-8g/10min(190℃，2.16kg)，拉伸强度≥25MPa，断裂伸长率≥600％，常温冲击强度≥50KJ/m2，耐环境应力开裂≥1000小时，氧化诱导期(220℃)≥30分钟。
10.根据权利要求8所述的防腐管道用聚乙烯粉末的制备方法，其特征在于:在步骤2)中，机械法磨粉工艺采用机械法粉碎磨盘式磨粉机，磨粉温度20-60℃，粉末颗粒60目过筛通过率90-100％，80目通过率70-85％，聚乙烯粉末干粉流动性佳，粉末悬浮比≧28％，安息角≦32°。
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