CN105349073A - 用于塑钢缠绕排水管的热熔胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及共聚物粘合剂领域,提供一种用于塑钢缠绕排水管的热熔胶及其制备方法。本发明包括以下组分(重量百分数)组分A:粘接树脂母料20~40%,以聚乙烯和/或乙烯共聚物为基体树脂,加入占粘接树脂母料0.01~0.2%的引发剂和0.01~6%的不饱和极性单体;组分B:聚烯烃树脂57~78%,是茂金属聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯或高抗冲聚苯乙烯中的一种或几种;组分C:抗氧剂0.01~2%,为二苯胺、双硫醚或四季戊四醇酯中的一种或几种;组分D、稳定剂0.01~2%,为钙锌复合稳定剂。本发明粘接性能好、抗氧化、不易脱落、使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及共聚物粘合剂领域,特别是涉及一种用于塑钢缠绕排水管的热熔胶及其制备方法。
背景技术
塑钢缠绕排水管是钢塑复合的异型带材经螺旋缠绕焊接制成,其内壁光滑平整,管材具有耐腐蚀、质量轻、安装简便、通流量大、寿命长等优点,可替代高耗能材质制作的管材,属环保型绿色产品。塑钢缠绕排水管在工农业生产和日常生活以及城市建设中具有较好的应用前景。但是,由于目前塑钢缠绕排水管的使用效果不佳、使用寿命短等问题制约了其应用。传统钢带缠绕排水管外层塑料是与钢带直接贴合,由于塑料是非极性物质,塑料无法与金属很好地结合在一起;并且由于安装、施工和使用环境等外界因素的影响,很容易对管道外层造成破坏,而一旦排水管出现破口、裂痕等情况的时候,伤口容易被水分浸入而导致钢带的锈蚀,进而导致管道外层脱落现象。
目前,新型塑钢缠绕排水管由五层结构组成,其组成由内至外依次为:聚乙烯/热熔胶/钢管或钢带/热熔胶/聚乙烯。烯烃类塑料为非极性物质,若没有热熔胶的参与,金属无法和烯烃类塑料结合在一起。热熔胶不但与聚乙烯等烯烃类塑料有良好的相容性,而且可以实现对钢带的持久性粘结,因此通过热熔胶可以使得塑料和金属获得很好的复合。这种复合结构具有很好的实用性,使得塑料与金属的结合更加紧密,提高排水管的使用寿命。
针对金属与高分子材料的复合粘接已有不少的专利报道。申请号为ZL01114800.4的中国专利,提到了以PE或EVA作为基体,以LLDPE和HDPE作为共混材料来增强热熔胶的综合性能,得到性能优良的铝塑管复合材料;但是若将上述热熔胶应用到塑钢缠绕排水管中则有很多局限性。申请号为201110087796.5的中国专利,以聚乙烯和/或乙烯共聚物为基体树脂,LLDPE、HDPE、mPE或EVA中的一种或几种为共混材料,并加入了增粘树脂和稀土氧化物增强热熔胶性能,应用范围较广,适用于钢塑复合管的粘黏,但是由于塑钢缠绕排水管特殊的工作环境和用途,对热熔胶的物理机械性能、耐化学性能、耐老化性能和加工性能等方面有着更高的要求:铝塑复合管属于小规格复合管材,对热熔胶的粘结强度要求低,塑钢缠绕排水管主要应用于市政工程、天然气管道等大规格复合管,对热熔胶的粘结强度要求较高;同时塑钢缠绕排水管需长时间通水,对热熔胶的抗氧化性能要求也较高,因此当其用于塑钢排水管时,接口处容易出现热熔胶氧化、开裂、脱落等情况,从而降低了塑钢管的整体性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种专用于塑钢缠绕排水管的粘接性能好、抗氧化、不易脱落、使用方便的热熔胶。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
本发明用于塑钢缠绕排水管的热熔胶,包括以下组分(重量百分数):
组分A:粘接树脂母料20~40%,以聚乙烯和/或乙烯共聚物为基体树脂,加入占粘接树脂母料0.01~0.2%的引发剂和0.01~6%的不饱和极性单体;
组分B:聚烯烃树脂57~78%,为茂金属聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯或高抗冲聚苯乙烯中的一种或几种;
组分C:抗氧剂0.01~2%,为二苯胺、双硫醚或四季戊四醇酯中的一种或几种;
组分D、稳定剂0.01~2%,为钙锌复合稳定剂。
本发明用于塑钢缠绕排水管的热熔胶,进一步的,所述基体树脂为高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯或EVA中的一种或几种。
本发明用于塑钢缠绕排水管的热熔胶,进一步的,所述引发剂为过氧化苯甲酰和/或过氧化二异丙苯。
本发明用于塑钢缠绕排水管的热熔胶,进一步的,所述不饱和极性单体为马来酸酐和/或丙烯酸。
本发明用于塑钢缠绕排水管的热熔胶,进一步的,所述不饱和极性单体占粘接树脂母料的0.05-5%(重量百分数)。
本发明用于塑钢缠绕排水管的热熔胶,进一步的,所述抗氧剂占热熔胶的0.5-2%(重量百分数)。
本发明用于塑钢缠绕排水管的热熔胶,进一步的,所述组分A粘接树脂母料采用如下方法制备而成:向基体树脂中加入引发剂和不饱和极性单体,在150-170℃的温度下采用平行双螺杆挤出,得到粘接树脂母料。
本发明制备用于塑钢缠绕排水管的热熔胶的方法,具体步骤如下:
(1)备料:按照以下重量百分数进行备料:粘接树脂母料20~40%、聚烯烃树脂57~78%、抗氧剂0.01~2%和稳定剂0.01~2%;
(2)熔融挤出:将步骤(1)所述原料混合搅拌,进行双螺杆挤压,机筒加热温度150-170℃,口模温度150-200℃,螺杆转速20~50rmp,加料转速10~50rmp;
(3)冷却切粒:物料挤出后进行冷却、切粒,过80-120目筛经筛分后得到热熔胶成品。
本发明用于塑钢缠绕排水管的热熔胶与现有技术相比,具有如下有益效果:
本发明用于塑钢缠绕排水管的热熔胶中调整了粘接树脂母料与聚烯烃树脂的比例,以及挤压工艺的参数,提高了热熔胶的粘接性能,与市售普通热熔胶和现有的用于塑钢复合材料中的热熔胶产品相比,其粘接性能提升了约一倍,并且当管道出现破损情况时,不同于市售产品的热熔胶成片脱落的情况,本发明热熔胶只是呈点状脱落,连带范围极小,不会发生大面积的破坏。本发明用于塑钢缠绕排水管的热熔胶中加入了抗氧剂来改善热熔胶的抗氧化性能,其氧化诱导时间约为市售产品的3-7倍,可有效提高塑钢缠绕排水管的使用性能,即使在安装、施工或使用过程中有破损情况发生,造成热熔胶裸露在外,但是其优良的抗氧化性能会使热熔胶保持活性,延长排水管的使用寿命。另外,本发明用于塑钢缠绕排水管的热熔胶中加入了稳定剂来增强热熔胶的稳定性,防止光、热分解或氧化分解等反应的发生,保持化学平衡,降低表面张力,减慢了热熔胶在环境中的反应速度,最大限度的保证了产品性能的稳定,延缓其老化程度,本发明热熔胶的最长老化时间为市售产品的1.5倍左右,约为50年左右,而市售用于塑钢复合材料的热熔胶的最长老化时间约为35年左右,延长了使用寿命。
具体实施方式
制备实施例
采用下述方法制备本发明用于塑钢缠绕排水管的热熔胶:
(1)备料:按照表1所示重量百分比进行配料;
(2)熔融挤出:将步骤(1)所述原料混合搅拌,进行双螺杆挤压,机筒加热温度150-170℃,口模温度150-200℃,螺杆转速20~50rmp,加料转速10~50rmp;
(3)冷却切粒:物料挤出后进行冷却、切粒,过80-120目筛经筛分后得到热熔胶成品。
其中粘接树脂母料按照表2所示重量百分比进行配料,在150-170℃的温度下采用平行双螺杆挤出制得。
表1各原料组分的重量百分比
表2粘接树脂母料的重量百分比
对上述制备实施例制得的热熔胶进行了性能测试,分别测试了其MI(熔融指数),δt(拉伸强度),TS(软化点)和PS(90℃剥离强度),测试结果如表3所示。
表3热熔胶性能测试结果
编号 | MI(g/10min) | δt(Mpa) | TS(℃) | PS(N/25mm) |
制备例1 | 2.7 | 31 | 118 | 463 |
制备例2 | 3.2 | 30 | 116 | 452 |
制备例3 | 2.9 | 28 | 115 | 449 |
制备例4 | 3.8 | 29 | 120 | 465 |
制备例5 | 3.5 | 30 | 117 | 410 |
制备例6 | 2.3 | 27 | 124 | 458 |
制备例7 | 3.2 | 33 | 119 | 455 |
市场上常见的用于塑钢复合管的热熔胶熔融指数(MI)一般在4.0-4.5g/10min,而表3结果显示,本发明所述热熔胶在并未明显提高制备温度的前提下,有效降低了热熔胶的MI值至2.3-3.8g/10min,且此状态下的热熔胶在使用过程中不会在重力作用下流动,使用和存放都更加方便;市场上常见的热熔胶对不锈钢板的90°剥离强度(PS)一般为300-370N/25mm,而本发明所述热熔胶的PS为410-470N/25mm,在粘接强度上有较大的提高,较市面上常见热熔胶提高30%左右,同时本发明所述热熔胶的拉伸强度(δt)和软化点(TS)均维持在较高的标准值,显示本发明具有较好的耐热性能和力学性能。
分析例1
按照上述制备实施例2所述配比制得的热熔胶,与市售的普通热熔胶和申请号为201110087796.5的中国专利中的用于塑钢复合材料的热熔胶,进行对比试验,利用剥离强度试验机,以拉伸速度50mm/min、剥离角度90°剥离粘接在不锈钢带上的热熔胶,剥离宽度为5mm,测得的实验结果如表4所示,并同时对比了两种热熔胶用于塑钢缠绕排水管后,长时间通水造成排水管破损的情况。
表4粘接效果对比实验
PS(N/5mm) | 塑钢缠绕排水管破损情况 | |
普通热熔胶 | 37 | 片状 |
对比专利热熔胶 | 40 | 片状 |
制备例2热熔胶 | 76 | 点状 |
如表4所示,在相同的实验条件下,本发明用于塑钢缠绕排水管的热熔胶与市售普通热熔胶和对比专利中的热熔胶相比,剥离强度高出近一倍,即粘接性能明显优于普通热熔胶,并且在塑钢缠绕排水管使用热熔胶后,由于长时间通水,管道出现破损情况后易造成粘接胶体的脱落,但是观察结果显示,使用普通热熔胶的排水管其胶体呈片状脱落,而使用本发明所述热熔胶的管道表面胶体仅呈点状脱落,连带范围极小,不会发生大面积的破坏,在一定程度上延长了塑钢缠绕排水管的使用寿命。
分析例2
按照上述制备实施例5所述配比制得的热熔胶,调节其中抗氧剂的用量,其中利用差热分析仪,以10℃/min的升温速率升温至200℃,以50mL/min的流速通入氧气,进行氧化诱导实验,实验结果如表5所示。
表5氧化诱导对比实验
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
抗氧剂(重量百分数%) | 0 | 0.01 | 0.1 | 0.5 | 0.8 | 1 | 1.5 | 2 |
氧化诱导时间(min) | 3 | 31 | 93 | 137 | 176 | 199 | 203 | 206 |
如表5所示,抗氧化剂的使用,可以明显提高热熔胶的抗氧化性能,并且从0.01-2%(重量百分比)随着抗氧剂的量的增加,热熔胶的氧化诱导时间逐渐延长,在1-2%(重量百分比)的用量范围内,热熔胶的氧化诱导时间在200min左右,增加趋势趋于稳定。目前,市面上普通热熔胶和已有的专用于塑钢复合材料的热熔胶产品(对比专利)的氧化诱导时间大多集中在30-60min,本发明的抗氧化性能明显优于市售普通热熔胶和适用于塑钢复合材料的热熔胶产品,其氧化诱导时间约为市售产品的3-7倍,可有效提高塑钢缠绕排水管的使用性能,即使在安装、施工或使用过程中有破损情况发生,造成热熔胶裸露在外,但是其优良的抗氧化性能会使热熔胶保持活性,延长排水管的使用寿命。
分析例3
按照上述制备实施例7所述配比制得的热熔胶,与市售的普通热熔胶和申请号为201110087796.5的中国专利中的用于塑钢复合材料的热熔胶进行对比试验,将热熔胶涂覆于塑料外层和不锈钢板之间,放入紫外线老化试验箱进行环境强化和模拟,控制温度在50-60℃,空气湿度为10%,紫外光辐射波长为270-350nm,进行老化试验,实验结果如表6所示。
表6老化试验
胶层发黄(d) | 胶层干裂(d) | 外层与钢板间无粘结力(d) | |
普通热熔胶 | 21 | 30 | 33 |
对比专利热熔胶 | 25 | 31 | 38 |
制备例7热熔胶 | 42 | 46 | 52 |
如表6所示,与市售的现有产品相比,本发明用于塑钢缠绕排水管的热熔胶出现老化迹象到完全老化、失去作用能力所用时间均长于市售产品,在模拟加强的环境中,普通热熔胶与对比专利中的热熔胶产品的最长老化时间在35d左右,相当于日常情况下的35年,而本发明热熔胶初显老化迹象的时间为42d,最长老化时间为52d,即相当于日常情况下的52年,为市售产品的1.5倍左右,热熔胶的稳定性得到了极大程度的提高。本发明热熔胶中加入的稳定剂减慢了热熔胶在环境中的反应速度,防止光、热分解或氧化分解等反应的发生,保持了化学平衡,同时降低了表面张力,最大限度的保证了产品性能的稳定。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.用于塑钢缠绕排水管的热熔胶,其特征在于:包括以下组分(重量百分数):
组分A:粘接树脂母料20~40%,以聚乙烯和/或乙烯共聚物为基体树脂,加入占粘接树脂母料0.01~0.2%的引发剂和0.01~6%的不饱和极性单体;
组分B:聚烯烃树脂57~78%,为茂金属聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯或高抗冲聚苯乙烯中的一种或几种;
组分C:抗氧剂0.01~2%,为二苯胺、双硫醚或四季戊四醇酯中的一种或几种;
组分D、稳定剂0.01~2%,为钙锌复合稳定剂。
2.根据权利要求1所述的用于塑钢缠绕排水管的热熔胶,其特征在于:所述基体树脂为高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯或EVA中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的用于塑钢缠绕排水管的热熔胶,其特征在于:所述引发剂为过氧化苯甲酰和/或过氧化二异丙苯。
4.根据权利要求1所述的用于塑钢缠绕排水管的热熔胶,其特征在于:所述不饱和极性单体为马来酸酐和/或丙烯酸。
5.根据权利要求1所述的用于塑钢缠绕排水管的热熔胶,其特征在于:所述不饱和极性单体占粘接树脂母料的0.05-5%(重量百分数)。
6.根据权利要求1所述的用于塑钢缠绕排水管的热熔胶,其特征在于:所述抗氧剂占热熔胶的0.5-2%(重量百分数)。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的用于塑钢缠绕排水管的热熔胶,其特征在于:所述组分A粘接树脂母料采用如下方法制备而成:向基体树脂中加入引发剂和不饱和极性单体,在150-170℃的温度下采用平行双螺杆挤出,得到粘接树脂母料。
8.制备权利要求1所述的用于塑钢缠绕排水管的热熔胶的方法,其特征在于:具体步骤如下:
(1)备料:按照以下重量百分数进行备料:粘接树脂母料20~40%、聚烯烃树脂57~78%、抗氧剂0.01~2%和稳定剂0.01~2%;
(2)熔融挤出:将步骤(1)所述原料混合搅拌,进行双螺杆挤压,机筒加热温度150-170℃,口模温度150-200℃,螺杆转速20~50rmp,加料转速10~50rmp;
(3)冷却切粒:物料挤出后进行冷却、切粒,过80-120目筛经筛分后得到热熔胶成品。
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