CN105567135A - 一种防腐管道用聚丙烯胶粘剂粉末及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防腐管道用聚丙烯胶粘剂粉末及其制备方法，各原料按重量百分比计算包括：聚丙烯粘接树脂5-35％；聚烯烃基体树脂30-70％；增韧剂5-25％；纳米填料1-5％；流动改性剂0-5％；抗氧剂0.1-0.5％；所述聚烯烃基体树脂包括均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的至少一种；所述增韧剂包括三元乙丙橡胶、乙烯-乙酸乙烯共聚物、聚乙烯辛烯共弹性体和SEBS中的至少一种；所述制备方法包括以下步骤:1)将原料混合后，双螺杆挤出机挤出造粒；2)聚丙烯胶粘剂料粒研磨；该粉末在施工过程中能够自然流平，并与环氧粉末和外层聚丙烯有非常高的剥离强度；同时，也适用于管道接口以及弯管的防腐。

Description

一种防腐管道用聚丙烯胶粘剂粉末及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料领域，涉及功能化聚丙烯及其共混物的应用，具体涉及一种防腐管道用聚丙烯胶粘剂粉末及其制备方法。
背景技术
从上个世纪90年代至今，管道防腐领域多采用三层(3PE)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是对环氧粉末的保护，保证环氧粉末能够更好地保护钢管。随着石油天然气等能源的需求量越来越大，易开采地区的能源容量已经无法满足要求，石油天然气的的开采逐步迈向深海以及热带雨林等极端恶劣的环境和地区。所以，对管道防腐的要求也越来越高，而传统的3PE无法满足耐高温等恶劣环境需求。3PP防腐综合性能优异，将环氧粉末和聚丙烯的优点集于一体，具有良好的粘接性能、高度电绝缘性、优良的防水、抗透湿性能、密度小、耐化学侵蚀性能以及良好的机械强度、抗冲击性能，可用于各类环境，特别适用于对涂层机械性能、耐土壤应力及阻力屏障性能要求较高的苛刻的环境如碎(卵)石土壤、石方段、土壤含水量高，生物活动频繁，植物根系发达地区。对于挤压型聚丙烯其使用温度可以达到120℃，甚至可以短期承受140℃高温。3PP防腐技术于20世纪初进入我国，目前规模越来越大，日益受到重视。
3PP防腐同样有其自身的缺陷，主要表现为：1、传统的国内外钢质管道三层PP涂层成型全部采用挤出机分别挤出中间粘结剂和外层聚丙烯，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。2、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。3、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。4、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丙烯带，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。使用粉末胶粘剂可以有效的解决以上问题，减少管道的防腐缺陷，大大提高管道的使用寿命。
专利号CN102052543A公开了一种复合PE粉末热喷涂石油天然气管道防腐涂层，该防腐涂层是在石油天然气管道的内壁或者外壁依次热喷涂低温固化环氧粉末(PBE)、胶粘剂(AD)、改性PE粉末三种涂料，在石油天然气管道的内壁或者外壁上形成共混界面的防腐涂层。专利号CN102533162A介绍了3PE防腐管道中的PE胶粘剂粉末，但是PE和PP材料有着本质的区别，在设计配方过程中的创新思路不一样，不能沿用PE的开发思路去研究PP，此外PP粉末的制备方法也与PE粉末的制备方法完全不同。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种防腐管道用聚丙烯胶粘剂粉末，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，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。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种防腐管道用聚丙烯胶粘剂粉末，各原料按重量百分比计算包括：
作为本发明的一种优选的方案：所述聚丙烯粘接树脂通过以下制备工艺制得：以均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的至少一种为基体树脂；以马来酸酐为接枝单体，接枝单体占聚丙烯粘接树脂制备原料的质量浓度为1～2wt％；以过氧化二异丙苯或过氧化苯甲酰为引发剂，引发剂占聚丙烯粘接树脂制备原料的质量浓度为0.05～0.1wt％；加入苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯，苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯占聚丙烯粘接树脂制备原料的质量浓度为1～5wt％；通过反应挤出工艺得到聚丙烯粘接树脂。
该聚丙烯粘接树脂的接枝率达到1～2wt％，高于普通的聚丙烯粘接粘接树脂，少量添加即可使聚丙烯胶粘剂粉末与环氧层由极好的粘接力，对环氧粉末起到良好的保护作用，在本发明方案中，聚丙烯粘接树脂的用量少会减低热熔胶粉末的粘结力，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。
作为本发明的一种优选的方案：所述聚烯烃基体树脂包括均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的至少一种。基体树脂的作用是用以改善聚丙烯胶粘剂粉末的干粉流动性及流平性。
作为本发明的一种优选的方案：所述增韧剂包括三元乙丙橡胶、乙烯-乙酸乙烯共聚物、聚乙烯辛烯共弹性体和SEBS中的至少一种。加入增韧剂可以使聚丙烯各个组分之间混合更加均匀，改善聚丙烯的加工性能，还可以显著提高聚丙烯材料的冲击性能，保证胶粘剂层在长期的使用过程中保持较好的完整性，更好地保护环氧层。
作为本发明的一种优选的方案：所述纳米填料包括经硅烷偶联剂处理过的纳米碳酸钙、纳米氧化锌和纳米二氧化硅中的至少一种。纳米填料可以改善材料的力学性能以及提高材料与环氧层的粘接力。
作为本发明的一种优选的方案：所述流动改性剂为聚丙烯酸酯。流动改性剂的加入能够调节体系熔体的表面张力，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。
作为本发明的一种优选的方案：所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂245、紫外线吸收剂和光稳定剂中的至少一种。抗氧剂主要是改善材料的热老化性和光老化性能，提高材料的使用年限。
本发明的另一个目的在于提供一种防腐管道用聚丙烯胶粘剂粉末的制备方法；该方法采用双螺杆挤出工艺得到聚丙烯胶粘剂粒料，通过液氮冷冻磨粉机磨粉得到胶粘剂粉末。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
1)按配比将原料混合后，在温度为190～220℃的条件下，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到聚丙烯胶粘剂料粒；
2)将步骤1)得到的聚丙烯胶粘剂料粒研磨，得到聚丙烯胶粘剂粉末。
作为本发明的一种优选的方案，步骤1)中，所述聚丙烯胶粘剂料粒在温度为23℃、压力为2.16kg的条件下，其熔融指数为4～10g/10min；所述聚丙烯胶粘剂料粒的拉伸强度≥20MPa，断裂伸长率≥400％，常温冲击强度≥50KJ/m2。
作为本发明的一种优选的方案，所述步骤2)中，聚丙烯胶粘剂料粒通过氮冷冻磨粉设备研磨，研磨温度为-20～-80℃；优选地，研磨效果的较佳的温度为-40～-60℃。研磨后，粉末颗粒60目过筛的通过率为90-100％，80目通过率为80-90％，胶粘剂粉末干粉流动性佳，粉末悬浮比≧28％，安息角≦32°。
本发明的有益效果在于：
1、本发明制备的聚丙烯胶粘剂粉末不需添加增粘剂，采用流动改性剂提高干粉的流动性、流平性以及优异的力学性能，结合添加纳米填料提高材料的剥离强度，粉末具有良好的耐环境应力开裂性、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。
2、本发明可以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。
3、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
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：
具体实施例：
实施例1
本实施例公开了一种防腐管道用聚丙烯胶粘剂粉末的制备方法，包括以下步骤：
1)备料：
2)按配比将原料通过高速共混机混合后，在温度为210℃的条件下，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到聚丙烯胶粘剂料粒；挤出机螺杆转速400rpm,双螺杆长径比L/D＝35:1。
3)将步骤2)得到的聚丙烯胶粘剂料粒采用液氮冷冻机械法粉碎磨盘式磨粉机研磨，研磨温度为-40℃得到聚丙烯胶粘剂粉末；该粉末颗粒60目过筛的通过率为90-100％，80目通过率为80-90％，胶粘剂粉末干粉流动性佳，粉末悬浮比≧28％，安息角≦32°。
实施例2
1)备料：
2)按配比将原料通过高速共混机混合后，在温度为220℃的条件下，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到聚丙烯胶粘剂料粒；挤出机螺杆转速400rpm,双螺杆长径比L/D＝35:1。
3)将步骤2)得到的聚丙烯胶粘剂料粒采用液氮冷冻机械法粉碎磨盘式磨粉机研磨，研磨温度为-50℃得到聚丙烯胶粘剂粉末；该粉末颗粒60目过筛的通过率为90-100％，80目通过率为80-90％，胶粘剂粉末干粉流动性佳，粉末悬浮比≧28％，安息角≦32°。
实施例3
1)备料：
2)按配比将原料通过高速共混机混合后，在温度为210℃的条件下，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到聚丙烯胶粘剂料粒；挤出机螺杆转速400rpm,双螺杆长径比L/D＝35:1。
3)将步骤2)得到的聚丙烯胶粘剂料粒采用液氮冷冻机械法粉碎磨盘式磨粉机研磨，研磨温度为-60℃得到聚丙烯胶粘剂粉末；该粉末颗粒60目过筛的通过率为90-100％，80目通过率为80-90％，胶粘剂粉末干粉流动性佳，粉末悬浮比≧28％，安息角≦32°。
将上述实施例1-3得到的聚丙烯胶粘剂粉末，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防腐层的性能指标
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丙烯胶粘剂粉末，其特征在于各原料按重量百分比计算包括：
2.如权利要求1所述的防腐管道用聚丙烯胶粘剂粉末，其特征在于：所述聚丙烯粘接树脂通过以下制备工艺制得：以均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的至少一种为基体树脂；以马来酸酐为接枝单体，接枝单体占聚丙烯粘接树脂制备原料的质量浓度为1～2wt％；以过氧化二异丙苯或过氧化苯甲酰为引发剂，引发剂占聚丙烯粘接树脂制备原料的质量浓度为0.05～0.1wt％；加入苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯，苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯占聚丙烯粘接树脂制备原料的质量浓度为1～5wt％；通过反应挤出工艺得到聚丙烯粘接树脂。
3.如权利要求1所述的防腐管道用聚丙烯胶粘剂粉末，其特征在于：所述聚烯烃基体树脂包括均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的至少一种。
4.如权利要求1所述的防腐管道用聚丙烯胶粘剂粉末，其特征在于：所述增韧剂包括三元乙丙橡胶、乙烯-乙酸乙烯共聚物、聚乙烯辛烯共弹性体和SEBS中的至少一种。
5.如权利要求1所述的防腐管道用聚丙烯胶粘剂粉末，其特征在于：所述纳米填料包括经硅烷偶联剂处理过的纳米碳酸钙、纳米氧化锌和纳米二氧化硅中的至少一种。
6.如权利要求1所述的防腐管道用聚丙烯胶粘剂粉末，其特征在于：所述流动改性剂为聚丙烯酸酯。
7.如权利要求1所述的防腐管道用聚丙烯胶粘剂粉末，其特征在于：所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂245、紫外线吸收剂和光稳定剂中的至少一种。
8.如权利要求1-7任一所述的防腐管道用聚丙烯胶粘剂粉末的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)按配比将原料混合后，在温度为190～220℃的条件下，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到聚丙烯胶粘剂料粒；
2)将步骤1)得到的聚丙烯胶粘剂料粒研磨，得到聚丙烯胶粘剂粉末。
9.如权利要求8所述的防腐管道用聚丙烯胶粘剂粉末的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述聚丙烯胶粘剂料粒在温度为23℃、压力为2.16kg的条件下，其熔融指数为4～10g/10min；所述聚丙烯胶粘剂料粒的拉伸强度≥20MPa，断裂伸长率≥400％，常温冲击强度≥50KJ/m2。
10.如权利要求8所述的防腐管道用聚丙烯胶粘剂粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，聚丙烯胶粘剂料粒通过氮冷冻磨粉设备研磨，研磨温度为-20～-80℃。
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