CN105062227A - 一种有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料及其制备方法 - Google Patents

一种有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料及其制备方法 Download PDF

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董明哲
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Abstract

本发明涉及一种有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料及其制备方法。采用微波晶化法制备有机阴离子插层水滑石。有机阴离子插层水滑石与再生聚乙烯颗粒，再生增韧剂颗粒，成核剂，马来酸酐接枝聚乙烯，抗氧剂，氟树脂等加工助剂通过熔融共混挤出制备有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯防管道腐专用料。共混后剥离状态的水滑石纳米片层有效提高再生聚乙烯专用料的阻隔性能及与聚乙烯胶黏剂层的粘接性能。同时水滑石的剥离片层能够提高再生聚乙烯专用料的力学性能、加工性能，并降低腐蚀介质对聚乙烯基体的渗透作用。纳米片层结构还能够提高聚乙烯专用料的耐候性及耐环境应力开裂性。本发明使用再生聚乙烯，提高再生资源利用率，具有较高的社会价值和经济价值。

Description

一种有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料及其制备方法
技术领域
本发明属于再生塑料利用领域，具体涉及一种利用有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料的制备工艺。
背景技术
目前油气输送管道的防腐方式仍以三层聚乙烯（3PE）防腐涂层为主，3PE防腐涂层以其优良的耐腐蚀性能、力学性能及绝缘性能而得到广泛的应用并占据油气输送管道涂层防腐领域的主导地位。3PE防腐涂层包括环氧树脂底层，胶黏剂层，聚乙烯专用料外层。3PE防腐涂层能够使基体与腐蚀介质隔离，起到阻止或延缓腐蚀的作用。近年来水滑石（LDHs）以其合成可控、层间的阴离子可交换等特征，广泛用于制备具有吸附、离子交换、药物缓释等功能性材料领域。本发明在再生聚乙烯基体中引入有机酸根插层水滑石，通过与再生聚乙烯熔融共混，制备具有片层剥离结构的水滑石/再生聚乙烯管道防腐复合材料。再生聚乙烯专用料中纳米片层剥离结构的引入能够增强再生聚乙烯的力学性能，耐环境应力开裂性能，提高对环境腐蚀介质的阻隔性能及耐防腐性能。该聚乙烯专用料层能够有效延缓管道防腐层的破坏，延长防腐层和管道的使用寿命，确保管道安全和油气正常运输。目前聚乙烯专用料层材料普遍使用管材级高密度聚乙烯，但其粘度大挤出效率低并且成本较高。本发明使用再生塑料中回收量最大的再生聚乙烯制备聚乙烯防腐专用料，提高资源再利用率，节约资源和能源符合可持续发展趋势，具有较大的社会效益和经济效益。
发明内容
具体工艺步骤如下：
1.有机阴离子插层水滑石制备
（1）水滑石的合成
按[M2+]和[M3+]的摩尔比为2:1制备混合盐溶液，[M2+]=1.714mol/L，[M3+]=0.857mol/L，其中M2+为+2价金属阳离子，M3+为+3价金属阳离子。另取NaOH与插层阴离子的混合溶液，其中NaOH浓度为1.333mol/L插层阴离子浓度为0.249mol/L。强烈搅拌下，缓慢地将65℃的混合盐溶液与碱液同时滴加到含有少量水的容器中。滴加完毕后所得浆液在300W的微波辐射下晶化30min。将得到的有机阴离子插层水滑石，抽滤并用去CO2的去离子水洗涤至pH=7.5并干燥。
所述的+2价金属盐为硝酸镁、硝酸锌中的一种，+3价金属盐为硝酸铝。
所述的插层剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十八烷基硫酸钠、硬脂酸钠、对苯乙烯硫酸钠中的一种。
（2）聚乙烯管道防腐专用料的制备
聚乙烯管道防腐专用料原料按重量百分比配比如下：
马来酸酐接枝聚乙烯颗粒3~5%
再生聚乙烯基体树脂颗粒30~60%
再生聚乙烯管道料颗粒20~30%
再生增韧剂颗粒5~10%
流平剂5~10%
炭黑母粒5~6%
复合抗氧剂0.3~0.6%
成核剂0.1~0.8%
氟树脂1~1.5%
润滑剂0.5~1%
有机阴离子插层水滑石1~4%
上述原料在配方中总量为100%。
所述的马来酸酐接枝聚乙烯颗粒接枝率为1~1.5%。
所述的聚乙烯基体树脂中组成按重量百分比为再生高密度聚乙烯颗粒30~60%，再生低密度聚乙烯颗粒0~20%，再生线性低密度聚乙烯颗粒20~30%。
所述的再生聚乙烯管道料颗粒为PE80或PE100级进水管再生料，采用双峰分布的管道料能够提高再生料体系的加工性能及耐环境应力开裂。
所述的增韧剂为POE再生颗粒、EVA再生颗粒中的一种。
所述的炭黑母粒中炭黑含量40~50%，LDPE含量50~60%。
所述的流平剂为热塑性酚醛树脂、聚丙烯酸酯中的一种。
所述抗氧剂为1010、168、300、硫代二丙酸二月桂酯（DLTP）其中的两种。
所述的成核剂为硬脂酸钾、硬脂酸锌、巴斯夫K7090、TM-3，二亚苄基山梨醇对羟基苯甲酸中的一种或几种。
所述的润滑剂为裂解蜡、乙撑双硬脂酸酰胺、白蜡油中的一种。
所述的氟树脂为聚全氟乙丙烯粉末、聚四氟乙烯粉末中的一种。
其制备工艺如下：
（1）首先将马来酸酐接枝聚乙烯，再生聚乙烯基体树脂颗粒、再生聚乙烯管道料颗粒、再生增韧剂颗粒、有机阴离子插层水滑石及其他助剂按配方比放入混料机中以400r/min混合15~20min；
（2）混合料通过双螺杆挤出机共混后造粒即得成品，挤出机转速350r/min，双螺杆各区温度为一区180℃，二区180℃，三区190℃，四区190℃，五区200℃，六区200℃，七区200℃，八区200℃，九区200℃，机头190℃。
本发明具有如下优点：
（1）本发明使用有机阴离子插层水滑石与再生聚乙烯通过熔融共混制备再生聚乙烯管道防腐专用料，有机阴离子插层水滑石在熔融共混过程中通用剪切作用在聚乙烯基体中剥离，形成纳米片层结构，增加了对3PE粘结剂层的粘接作用。
（2）纳米粒径的片层剥离状水滑石在聚乙烯专用料中起到增强作用，同时层状结构对腐蚀介质具有较好的阻隔作用。
（3）本发明配方以再生聚乙烯为基材制备聚乙烯管材防腐专用料，属于再生资源回收利用领域，能够大幅度节省能源，具有较高的经济效益和社会价值。
（4）通过纳米材料复合工艺及复合配方能够提高再生聚乙烯材料性能。
具体实施方式
应用实例
实施例1
（一）有机阴离子插层水滑石的制备
按Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O的摩尔比为2:1制备混合盐溶液，其中[Mg2+]=1.714mol/L，[Al3+]=0.857mol/L。另取NaOH与插层阴离子的混合溶液，其中NaOH浓度为1.333mol/L，十二烷基硫酸钠浓度为0.249mol/L。强烈搅拌下缓慢地将65℃混合盐溶液与碱液同时滴加到含有少量水的容器中。滴加完毕后所得浆液在300W的微波辐射下晶化30min。将得到的十二烷基硫酸根插层水滑石抽滤并用去CO2的去离子水洗涤至pH=7.5后干燥。
（二）有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯防腐管道专用料的制备
再生聚乙烯管道防腐专用料原料按重量百分称取原料（单位：公斤）：
马来酸酐接枝聚乙烯颗粒5
再生聚乙烯基体树脂颗粒60
再生聚乙烯管道料颗粒20
再生增韧剂颗粒10
流平剂6
炭黑母粒5
复合抗氧剂0.3
插层水滑石1
成核剂0.1
氟树脂1
润滑剂0.2
所述的马来酸酐接枝聚乙烯颗粒接枝率为1.0~1.5%。
所述的聚乙烯基体树脂中组成按重量百分比为再生高密度聚乙烯颗粒60%，再生低密度聚乙烯颗粒20%，再生线性低密度聚乙烯颗粒20%。
所述的再生聚乙烯管道料颗粒为PE80级进水管再生料。
所述的增韧剂为POE再生颗粒。
所述的炭黑母粒中炭黑含量50%，LDPE含量50%。
所述的流平剂为聚丙烯酸酯。
所述的抗氧剂为1010与168，质量比为3:1。
所述的成核剂为巴斯夫K7090。
所述的润滑剂为裂解蜡。
所述的氟树脂为聚全氟乙丙烯粉末。
再生聚乙烯防腐管道专用料的制备工艺：
(1)首先将马来酸酐接枝聚乙烯颗粒，再生聚乙烯基体树脂颗粒、再生聚乙烯管道料颗粒、再生增韧剂颗粒、有机阴离子插层水滑石及其他助剂按配方比放入混合机中以400r/min混合15~20min；
(2)混合料通过双螺杆挤出机共混后造粒即得成品，挤出机转速350r/min，双螺杆各区温度为一区180℃，二区180℃，三区190℃，四区190℃，五区200℃，六区200℃，七区200℃，八区200℃，九区200℃，机头190℃。
实施例2
（一）有机阴离子插层水滑石的制备
按Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O的摩尔比为2:1制备混合盐溶液，其中[Mg2+]=1.714mol/L,[Al3+]=0.857mol/L。另取NaOH与插层阴离子的混合溶液，其中NaOH浓度为1.333mol/L，十二烷基苯磺酸钠浓度为0.249mol/L。强烈搅拌下缓慢地将65℃混合盐溶液与碱液同时滴加到含有少量水的容器中。滴加完毕后所的浆液在300W的微波辐射下晶化30min。将得到的有机阴离子插层水滑石抽滤，并用去CO2的去离子水洗涤至pH=7.5后干燥。
（二）有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料制备
聚乙烯管道防腐专用料原料按重量百分称取原料（单位：公斤）：
马来酸酐接枝聚乙烯颗粒5
再生聚乙烯基体树脂颗粒50
再生聚乙烯管道料颗粒30
再生增韧剂颗粒10
流平剂6
炭黑母粒5
复合抗氧剂0.3
插层水滑石1
成核剂0.1
氟树脂0.2
润滑剂0.2
所述的马来酸酐接枝聚乙烯颗粒接枝率为1~1.5%。
所述聚乙烯基体树脂中组成按重量百分比为再生高密度聚乙烯颗粒60%，再生低密度聚乙烯颗粒20%，再生线性低密度聚乙烯颗粒20%。
所述再生聚乙烯管道料颗粒为PE80级进水管再生料。
所述增韧剂为EVA再生颗粒。
所述的炭黑母粒中炭黑含量50%，LDPE含量50%。
所述流平剂为聚丙烯酸树脂中的一种。
所述抗氧剂为1010与168，质量比为3:1。
所述的成核剂为巴斯夫K7090。
所述的润滑剂为裂解蜡。
所述的氟树脂为聚全氟乙丙烯粉末。
再生聚乙烯管道防腐专用料的制备工艺：
(1)首先将马来酸酐接枝聚乙烯颗粒，再生聚乙烯基体树脂颗粒、再生聚乙烯管道料颗粒、再生增韧剂颗粒、有机阴离子插层水滑石及其他助剂按配方比放入混合机中以400r/min混合15~20min；
(2)混合料通过双螺杆挤出机共混后造粒即得成品，挤出机转速350r/min，双螺杆各区温度为一区180℃，二区180℃，三区190℃，四区190℃，五区200℃，六区200℃，七区200℃，八区200℃，九区200℃，机头190℃。
实施例3
（一）有机阴离子插层水滑石的制备
按Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O的摩尔比为2:1制备混合盐溶液其中[Mg2+]=1.714mol/L,[Al3+]=0.857mol/L。另取NaOH与插层阴离子的混合溶液，其中NaOH浓度为1.333mol/L十八烷基硫酸钠浓度为0.249mol/L。强烈搅拌下缓慢地将65℃的混合盐溶液与碱液同时滴加到含有少量水的容器中。滴加完毕后所的浆液在300W的微波辐射下晶化30min。将得到的有机阴离子插层水滑石抽滤，并用去CO2的去离子水洗涤至pH=7.5，抽滤并干燥。
（二）有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料制备
防腐管道聚乙烯专用料原料按重量百分称取原料（单位：公斤）:
马来酸酐接枝聚乙烯颗粒5
再生聚乙烯基体树脂颗粒40
再生聚乙烯管道料颗粒40
再生增韧剂颗粒10
流平剂6
炭黑母粒5
复合抗氧剂0.3
插层水滑石1
成核剂0.1
氟树脂0.2
润滑剂0.2
所述的马来酸酐接枝聚乙烯颗粒接枝率为1~1.5%。
所述聚乙烯基体树脂中组成按重量百分比为再生高密度聚乙烯颗粒60%，再生低密度聚乙烯颗粒20%，再生线性低密度聚乙烯颗粒20%。
所述再生聚乙烯管道料颗粒为PE80级进水管再生料。
所述增韧剂为POE再生颗粒。
所述的炭黑母粒中炭黑含量50%，LDPE含量50%。
所述流平剂为聚丙烯酸树脂中的一种。
所述抗氧剂为1010与168，质量比为3:1。
所述的成核剂为巴斯夫K7090。
所述的润滑剂为裂解蜡。
所述的氟树脂为聚全氟乙丙烯粉末。
再生聚乙烯管道防腐专用料的制备工艺：
(1)首先将马来酸酐接枝聚乙烯颗粒，再生聚乙烯基体树脂颗粒、再生聚乙烯管道料颗粒、再生增韧剂颗粒、有机阴离子插层水滑石及其他助剂按配方比放入混合机中以400r/min混合15~20min；
(2)混合料通过双螺杆挤出机共混后造粒即得成品，挤出机转速350r/min，双螺杆各区温度为一区180℃，二区180℃，三区190℃，四区190℃，五区200℃，六区200℃，七区200℃，八区200℃，九区200℃，机头190℃。
实施例4
（一）缓蚀剂插层水滑石的制备
按Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O的摩尔比为2:1制备混合盐溶液其中[Mg2+]=1.714mol/L,[Al3+]=0.857mol/L。另取NaOH与插层阴离子的混合溶液，其中NaOH浓度为1.333mol/L硬脂酸钠浓度为0.249mol/L。强烈搅拌下缓慢地将65℃的混合盐溶液与碱液同时滴加到含有少量水的容器中。滴加完毕后所的浆液在300W的微波辐射下晶化30min。将得到的有机阴离子插层水滑石抽滤，并用去CO2的去离子水洗涤至pH=7.5，抽滤并干燥。
（二）有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料制备
再生聚乙烯管道防腐专用料原料按重量百分称取原料（单位：公斤）:
马来酸酐接枝聚乙烯颗粒5
再生聚乙烯基体树脂颗粒30
再生聚乙烯管道料颗粒50
再生增韧剂颗粒10
流平剂6
炭黑母粒5
复合抗氧剂0.3
插层水滑石1.5
成核剂0.1
氟树脂0.2
润滑剂0.2
所述的马来酸酐接枝聚乙烯颗粒接枝率为1~1.5%。
所述聚乙烯基体树脂中组成按重量百分比为再生高密度聚乙烯颗粒60%，再生低密度聚乙烯颗粒20%，再生线性低密度聚乙烯颗粒20%。
所述再生聚乙烯管道料颗粒为PE80级进水管再生料。
所述增韧剂为POE再生颗粒。
所述的炭黑母粒中炭黑含量50%，LDPE含量50%。
所述流平剂为聚丙烯酸树脂中的一种。
所述抗氧剂为1010与168，质量比为3:1。
所述的成核剂为巴斯夫K7090。
所述的润滑剂为裂解蜡。
所述的氟树脂为聚全氟乙丙烯粉末。
再生聚乙烯管道防腐专用料的制备工艺：
（1）首先将接枝聚乙烯，再生聚乙烯基体树脂颗粒、再生聚乙烯管道料颗粒、再生增韧剂颗粒、有机阴离子插层水滑石及其他助剂按配方比放入混合机中以400r/min混合15~20min；
(2)混合料通过双螺杆挤出机共混后造粒即得成品，挤出机转速350r/min，双螺杆各区温度为一区180℃，二区180℃，三区190℃，四区190℃，五区200℃，六区200℃，七区200℃，八区200℃，九区200℃，机头190℃。
使用本发明有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯制备的专用料性能符合国家标准。
本发明对上述实施例的成品料进行了测试，测试结果如下表所示。
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，做出其他的相应的改变以及变形，而所有这些相应的变化均属于本发明要求的保护范围。

Claims (15)

1.一种有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料，其特征在于，由以下原料按重量百分比制备：
马来酸酐接枝聚乙烯颗粒3~5%
再生聚乙烯基体树脂颗粒30~60%
再生聚乙烯管道料颗粒20~30%
再生增韧剂颗粒5~10%
流平剂5~10%
炭黑母粒5~6%
复合抗氧剂0.3~0.6%
成核剂0.1~0.8%
氟树脂1~1.5%
润滑剂0.5~1%
有机阴离子插层水滑石1~4%
上述原料在配方中总量为100%。
2.根据权利要求1所述的一种有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料，其特征在于，所述的马来酸酐接枝聚乙烯颗粒接枝率为1~1.5%。
3.根据权利要求1所述的一种有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料，其特征在于，所述的聚乙烯基体树脂中组成按重量百分比为再生高密度聚乙烯颗粒30~60%，再生低密度聚乙烯颗粒0~20%，再生线性低密度聚乙烯颗粒20~30%。
4.根据权利要求1所述的一种有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料，其特征在于，所述的再生聚乙烯管道料颗粒为PE80或PE100级进水管再生料，采用双峰分布的管道料能够提高再生料体系的加工性能及耐环境应力开裂。
5.根据权利要求1所述的一种有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料，其特征在于，所述的增韧剂为POE再生颗粒、EVA再生颗粒中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料，其特征在于，所述的炭黑母粒中炭黑含量40~50%，LDPE含量50~60%。
7.根据权利要求1所述的一种有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料，其特征在于，所述的流平剂为热塑性酚醛树脂、聚丙烯酸树脂中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料，其特征在于，所述抗氧剂为1010、168、300、硫代二丙酸二月桂酯（DLTP）其中的两种。
9.根据权利要求1所述的一种有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料，其特征在于，所述的成核剂为硬脂酸钾、硬脂酸锌、巴斯夫K7090、TM-3、二亚苄基山梨醇对羟基苯甲酸中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的一种有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料，其特征在于，所述的润滑剂为裂解蜡、乙撑双硬脂酸酰胺、白蜡油中的一种。
11.根据权利要求1所述的一种有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料，其特征在于，所述的氟树脂为聚全氟乙丙烯粉末、聚四氟乙烯粉末中的一种。
12.根据权利要求1所述的一种有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料，其特征在于，其制备工艺如下：
（1）首先将马来酸酐接枝聚乙烯颗粒，再生聚乙烯基体树脂颗粒、再生聚乙烯管道料颗粒、再生增韧剂颗粒、有机阴离子插层水滑石及其他助剂按配方比放入混合机中以400r/min混合15~20min；
（2）混合料通过双螺杆挤出机共混后造粒即得成品，挤出机转速350r/min，双螺杆各区温度为一区180℃，二区180℃，三区190℃，四区190℃，五区200℃，六区200℃，七区200℃，八区200℃，九区200℃，机头190℃。
13.根据权利要求1所述的一种有机阴离子插层水滑石/再生聚乙烯管道防腐专用料，其特征在于，有机阴离子插层水滑石制备工艺如下：
按[M2+]和[M3+]的摩尔比为2:1制备混合盐溶液，[M2+]=1.714mol/L[M3+]=0.857mol/L，其中M2+为+2价金属阳离子，M3+为+3价金属阳离子；另取NaOH与插层阴离子的混合碱液，其中NaOH浓度为1.333mol/L插层阴离子浓度为0.249mol/L，强烈搅拌下，缓慢地将65℃的混合盐溶液与碱液同时滴加到含有少量水的容器中，滴加完毕后所的浆液在300W的微波辐射下晶化30min；将得到的有机阴离子插层水滑石，抽滤并用去CO2的去离子水洗涤至pH=7.5并干燥。
14.根据权利要求1所述的一种有机阴离子插层水滑石，其特征在于，所述的+2价金属盐为硝酸镁、硝酸锌中的一种，+3价金属盐为硝酸铝。
15.根据权利要求1所述的一种有机阴离子插层水滑石，其特征在于，所述的插层剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十八烷基硫酸钠、硬脂酸钠、对苯乙烯硫酸钠中的一种。
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