CN111808349B - 一种耐化学品高密度聚乙烯树脂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子化学领域，具体涉及一种耐化学品高密度聚乙烯树脂及其制备方法。该耐化学品高密度聚乙烯树脂由包括以下组分的原料通过反应制备而成：高密度聚乙烯树脂65‑85重量份，黄原胶8‑18重量份，聚芳基乙炔基树脂0.8‑8重量份，交联剂0.2‑0.8重量份，交联助剂0.3‑0.8重量份，主抗氧剂0.04‑0.1重量份，辅助抗氧剂0.08‑0.20重量份，无机助剂0.5‑8重量份。本发明的耐化学品高密度聚乙烯树脂具有优异的综合性能，特别是高温耐化学品的性能优异，对复杂化学腐蚀环境具有耐受性，可广泛应用于瓶、桶等包装材料及土工膜等，拓宽了其应用领域。

Description

一种耐化学品高密度聚乙烯树脂及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子化学领域，具体涉及一种耐化学品高密度聚乙烯树脂及其制备方法。
背景技术
随着高分子材料的广泛应用，用户对高分子材料的各方面要求越来越高，择优取用的市场经济使得高分子材料的竞争越来越激烈。高密度聚乙烯由于其强度、刚性、拉伸、压缩、弯曲等力学性能较低密度聚乙烯优越，且质轻、价廉、无味、无毒，还具有优异的耐湿性、优异的耐热性、耐磨性和抗冲击强度，因此被广泛用于制备注塑制品、吹塑制品、管材制品、板材制品、电线电缆、薄膜类制品等。未来几年内，中国高密度聚乙烯HDPE在各应用领域的消费量将有不同程度的增长，其中中空、注塑和薄膜制品仍将是主要终端产品，而管材将是增长较快的终端产品。
聚乙烯的稳定性较强，室温下可耐受一般的酸碱类化学物质，但硝酸以及硫酸对聚乙烯有着极强的破坏作用。高密度聚乙烯由于较强的化学稳定性被广泛应用于制备瓶、桶等包装材料，但由于其耐化学品的局限性，使得高密度聚乙烯的应用领域受到了限制。基于目前的现状，研发一种耐化学品高密度聚乙烯材料具有重要的意义和广阔的应用前景。
对高密度聚乙烯进行改性以得到性能更优良的高分子材料，是行业技术发展的普遍追求。现有技术做了很多尝试和努力。中国专利文献《一种耐化学品腐蚀的土工格栅用阻燃聚乙烯材料及其制作方法》公开了：一种耐化学品腐蚀的土工格栅用阻燃聚乙烯材料，将纳米氢氧化镁表面进行硅烷改性后作为阻燃剂，将红磷胶囊化改性，将无机填料活性白土表面进行化学改性，后配伍其他有效助剂制得的聚乙烯材料阻燃性好。但该方法流程比较繁琐，且原料种类繁多，难以实现工业化。中国专利文献《一种高温耐化学品聚丙烯复合材料及其制备方法》公开了：一种高温耐化学品聚丙烯复合材料，通过在聚丙烯组合物体系中引入耐化学品较好的大分子硅烷、氟聚合物或其组合物改性剂，同时提高材料表面的致密性，用以在高温下抵御酸碱以及热油对聚丙烯基材的侵蚀，极大的提高聚丙烯材料在高温下耐化学品性。但该方法用于改性的聚丙烯材料本身耐化学品性能并不如高密度聚乙烯材料，改性后使用也有一定的局限性。
因此，迫切需要研发一种耐化学品性能优异的耐化学品高密度聚乙烯树脂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的高密度聚乙烯耐化学品性能局限的问题，本发明的目的是提供一种耐化学品性能优异的耐化学品高密度聚乙烯树脂，进而提供其制备方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
第一方面，本发明提供一种耐化学品高密度聚乙烯树脂，由包括以下组分的原料通过反应制备而成：
高密度聚乙烯树脂，65-85重量份，优选70-80重量份，比如可以为67重量份、72重量份、78重量份或83重量份；
黄原胶，8-18重量份，优选10-15重量份，比如可以为9重量份、14重量份或17重量份；
聚芳基乙炔基树脂，0.8-8重量份，优选1-5重量份，比如可以为2重量份、4重量份或7重量份；
交联剂，0.2-0.8重量份，优选0.3-0.5重量份，比如可以为0.25重量份或0.6重量份；
交联助剂，0.3-0.8重量份，优选0.4-0.6重量份，比如可以为0.35重量份或0.7重量份；
无机助剂，0.5-8重量份，优选1-5重量份，比如可以为0.8重量份、2.5重量份或7重量份。
优选地，上述耐化学品高密度聚乙烯树脂中，所述高密度聚乙烯树脂为低支化度即每1000个碳原子所含有的支链数低于10个的分子量为28×104～30×104g/mol(比如可以为29×104g/mol)、分子量分布指数为25～28(比如可以为26或27)、且颗粒平均粒径为150-250μm(比如可以为170μm或230μm)的粉末。例如市售产品吉林石化100S及四川石化100N。
优选地，上述耐化学品高密度聚乙烯树脂中，所述黄原胶为黄原胶的粉末。
优选地，上述耐化学品高密度聚乙烯树脂中，所述聚芳基乙炔基树脂选自聚二乙炔基联苯、聚二乙炔基二苯基甲烷和聚萘乙炔中的一种或多种，优选为聚二乙炔基联苯。聚芳基乙炔基树脂的分子量范围为5×103～17×105g/mol，比如可以为8×103g/mol，4×104g/mol，10×104g/mol，13×104g/mol或16×105g/mol。
优选地，上述耐化学品高密度聚乙烯树脂中，所述交联剂为有机过氧化物交联剂，优选为叔丁基过氧化物，更优选为过氧化二叔丁基醚。
优选地，上述耐化学品高密度聚乙烯树脂中，所述交联助剂为烯丙基类助交联剂，优选为三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基三聚氰酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的一种或多种。交联助剂能够进一步提高交联高密度聚乙烯树脂HDPE在加热环境中的耐久性，且可进一步提高材料的交联度，使得材料达到较高的交联密度，进而保持稳定的力学性能及热性能。
优选地，上述耐化学品高密度聚乙烯树脂中，还包括以下组分的原料：
主抗氧剂，0.04-0.1重量份，优选0.05-0.08重量份，比如可以为0.06重量份或0.09重量份；
辅助抗氧剂，0.08-0.20重量份，优选0.10-0.15重量份，比如可以为0.09重量份、0.12重量份或0.18重量份。
优选地，上述耐化学品高密度聚乙烯树脂中，所述无机助剂选自碳化硅、氮化硼、氮化硅、磷化硼和磷化硅中的一种或多种；和/或，所述主抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂，优选为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯和1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或多种；和/或，所述辅助抗氧剂为亚磷酸酯类辅助抗氧剂，优选为三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、三(壬基苯基)亚磷酸酯和四(2,4-二叔丁基苯基-4-4’-联苯基)-双磷酸酯中的一种或多种。
第二方面，本发明提供一种上述耐化学品高密度聚乙烯树脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将选定重量份的高密度聚乙烯树脂、黄原胶、聚芳基乙炔基树脂、交联剂、交联助剂、任选的主抗氧剂、任选的辅助抗氧剂和无机助剂混合均匀(例如在高速混合机中混合均匀)，得到混合均匀的物料；
(2)将所述混合均匀的物料挤出造粒(例如通过专用挤出机挤出造粒)，得到耐化学品高密度聚乙烯树脂。
优选地，上述制备方法中，所述专用挤出机的温度为180-220℃，例如可以为185℃或210℃，螺杆转速为80-150r/min，例如可以为90r/min或120r/min，优选100r/min。
第三方面，本发明还提供上述制备方法制备得到的耐化学品高密度聚乙烯树脂。
优选地，上述耐化学品高密度聚乙烯树脂或上述制备方法制备得到的耐化学品高密度聚乙烯树脂，所述耐化学品高密度聚乙烯树脂的吸油率为3-6％，渗透量为3-7mg，拉伸强度为35-65MPa，断裂伸长率为650-950％，耐环境应力开裂为100-200h，简支梁缺口冲击强度为20-50kJ·m-2。
本申请中，“任选的”表示该组分存在或不存在。
本发明的技术方案具有如下优点：
(1)本发明创造性地选用具有多种官能团、易于发生交联且性能优异的黄原胶和耐化学品腐蚀且耐高温的聚芳基乙炔基树脂，在交联剂和交联助剂的作用下与高密度聚乙烯形成三元共聚物，聚合物大分子间相互交联形成化学键、提高键能、增强分子间及分子内作用力且形成三维空间致密结构，具备优异的性能；并通过无机助剂改变分子取向及增强其结晶度，使得制备的耐化学品高密度聚乙烯树脂具备良好的致密结构，非晶区减少和无机助剂分散在致密结构聚合物大分子中有利于阻隔性能提高。
(2)本发明的耐化学品高密度聚乙烯树脂具有优异的综合性能，特别是高温耐化学品的性能优异，对复杂化学腐蚀环境具有耐受性，可广泛应用于瓶、桶等包装材料及土工膜等，拓宽了其应用领域。
具体实施方式
本发明以下实施例和对比例的原料来源如下：
高密度聚乙烯，高密度聚乙烯树脂100N，支化度为每1000个碳原子含有的支链数为4个，分子量29×104g/mol，分子量分布指数为27，且颗粒平均粒径为200μm，四川石化；
黄原胶，江苏富盛德生物工程有限公司；
过氧化二叔丁基醚，二叔丁基过氧化物，上海海曲化工有限公司；
三烯丙基异氰脲酸酯，上海迈瑞尔化学技术有限公司；
四[β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，山东君瑞医药科技有限公司；
三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，上海超研生物科技有限公司；
聚二乙炔基联苯，分子量为12×104g/mol，上海笛柏生物科技有限公司；
聚二乙炔基二苯基甲烷，分子量为15×104g/mol，上海百舜生物科技有限公司；
双叔丁基过氧化二异丙基苯，苏州甫路生物科技有限公司；
三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，广州三旺化工材料有限公司。
实施例1
本实施例的耐化学品高密度聚乙烯树脂的原料包括以下质量份的成分：70份高密度聚乙烯，10份黄原胶，0.3份过氧化二叔丁基醚，0.4份三烯丙基异氰脲酸酯，0.05份四[β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，0.10份三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，1份碳化硅，1份聚二乙炔基联苯。
其制备方法包括以下步骤：按选定质量份数取各原料加入到高速混合机中混合均匀，将混合均匀的物料加入到专用挤出机中挤出造粒，挤出机温度为180℃，螺杆转速为150r/min，得到耐化学品高密度聚乙烯树脂。
实施例2
本实施例的耐化学品高密度聚乙烯树脂的原料包括以下质量份的成分：包括80份高密度聚乙烯，13份黄原胶，0.4份过氧化二叔丁基醚，0.5份三烯丙基异氰脲酸酯，0.06份四[β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，0.12份三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，3份氮化硼，3份聚二乙炔基联苯。
其制备方法包括以下步骤：按选定质量份数取各原料加入到高速混合机中混合均匀，将混合均匀的物料加入到专用挤出机中挤出造粒，挤出机温度为200℃，螺杆转速为100r/min，得到耐化学品高密度聚乙烯树脂。
实施例3
本实施例的耐化学品高密度聚乙烯树脂的原料包括以下质量份的成分：76份高密度聚乙烯，15份黄原胶，0.5份过氧化二叔丁基醚，0.6份三烯丙基异氰脲酸酯，0.08份四[β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，0.15份三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，5份磷化硅，5份聚二乙炔基联苯。
其制备方法包括以下步骤：按选定质量份数取各原料加入到高速混合机中混合均匀，将混合均匀的物料加入到专用挤出机中挤出造粒，挤出机温度为220℃，螺杆转速为80r/min，得到耐化学品高密度聚乙烯树脂。
实施例4
本实施例的耐化学品高密度聚乙烯树脂的原料与实施例1的区别仅在于：将1份聚二乙炔基联苯替换为1.1份聚二乙炔基二苯基甲烷，其余原料种类及其质量份均与实施例1相同。
其制备方法与实施例1的区别仅在于：将1份聚二乙炔基联苯替换为1.1份聚二乙炔基二苯基甲烷，其余原料种类及其质量份、实验条件和操作步骤均与实施例1相同。
实施例5
本实施例的耐化学品高密度聚乙烯树脂的原料与实施例2的区别仅在于：将0.4份过氧化二叔丁基醚替换为0.3份双叔丁基过氧化二异丙基苯，其余原料种类及其质量份均与实施例2相同。
其制备方法与实施例2的区别仅在于：将0.4份过氧化二叔丁基醚替换为0.3份双叔丁基过氧化二异丙基苯，其余原料种类及其质量份、实验条件和操作步骤均与实施例2相同。
实施例6
本实施例的耐化学品高密度聚乙烯树脂的原料与实施例3的区别仅在于：将0.6份三烯丙基异氰脲酸酯替换为0.4份三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，其余原料种类及其质量份均与实施例3相同。
其制备方法与实施例3的区别仅在于：将0.6份三烯丙基异氰脲酸酯替换为0.4份三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，其余原料种类及其质量份、实验条件和操作步骤均与实施例3相同。
实施例7
本实施例的耐化学品高密度聚乙烯树脂的原料与实施例1的区别仅在于：将0.05份四[β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯替换为0份四[β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，其余原料种类及其质量份均与实施例1相同。
其制备方法与实施例1的区别仅在于：将0.05份四[β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯替换为0份四[β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，其余原料种类及其质量份、实验条件和操作步骤均与实施例1相同。
对比例1
本对比例的耐化学品高密度聚乙烯树脂的原料包括以下质量份的成分：70份高密度聚乙烯，0.3份过氧化二叔丁基醚，0.4份三烯丙基异氰脲酸酯，0.05份四[β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，0.1份三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
其制备方法包括以下步骤：按选定质量份数取各原料加入到高速混合机中混合均匀，将混合均匀的物料加入到专用挤出机中挤出造粒，挤出机温度为200℃，螺杆转速为100r/min，得到耐化学品高密度聚乙烯树脂。
对比例2
本对比例的耐化学品高密度聚乙烯树脂的原料包括以下质量份的成分：70份高密度聚乙烯，0.3份过氧化二叔丁基醚，0.4份三烯丙基异氰脲酸酯，0.05份四[β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，0.10份三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，5份氮化硼。
其制备方法包括以下步骤：按选定质量份数取各原料加入到高速混合机中混合均匀，将混合均匀的物料加入到专用挤出机中挤出造粒，挤出机温度为200℃，螺杆转速为100r/min，得到耐化学品高密度聚乙烯树脂。
对比例3
本对比例的耐化学品高密度聚乙烯树脂的原料包括以下质量份的成分：70份高密度聚乙烯，10份黄原胶，0.3份过氧化二叔丁基醚，0.5份三烯丙基异氰脲酸酯，0.05份四[β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，0.10份三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，5份聚二乙炔基联苯。
其制备方法包括以下步骤：按选定质量份数取各原料加入到高速混合机中混合均匀，将混合均匀的物料加入到专用挤出机中挤出造粒，挤出机温度为200℃，螺杆转速为100r/min，得到耐化学品高密度聚乙烯树脂。
实验例
将实施例1-7和对比例1-3制备得到的耐化学品高密度聚乙烯树脂共混物制成样条及薄片，按照如下方法进行性能测试：
吸油率测试采用国际上通行的对塑料的吸油值隔油性的测定方法(即测定吸油值的方法)来标定阻隔性；
渗透量测试参照美国材料与试验协会ASTM-D2684-89标准进行；
拉伸强度及断裂伸长率测试按GB/T 1040-92的方法进行拉伸试验；
耐环境应力开裂按照GB/T 1842-1999进行测试；
简支梁缺口冲击强度按国家标准GB/T 1043-93冲击试验方法要求进行测试。
具体测试结果见表1。
表1实施例1-7及对比例1-3的性能测试结果
Figure BDA0002582024880000101
由表1可知，通过对比实施例1-7与对比例1-3的测试数据可以看出，实施例1-7的高密度聚乙烯材料的综合性能均明显改善，具备优异的综合性能，这是由于聚合物大分子间交联形成化学键、提高键能、增强了分子间及分子内作用力且形成三维空间致密结构，并通过无机助剂改变分子取向及增强其结晶度，使得制备的耐化学品高密度聚乙烯树脂具备良好的致密结构，从而大大提高了阻隔型能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (17)

1.一种耐化学品高密度聚乙烯树脂，其特征在于，由包括以下组分的原料通过反应制备而成：
高密度聚乙烯树脂 65-85重量份，
黄原胶 8-18重量份，
聚芳基乙炔基树脂 0.8-8重量份，
交联剂 0.2-0.8重量份，
交联助剂 0.3-0.8重量份，
无机助剂 0.5-8重量份，
所述无机助剂选自碳化硅、氮化硼、氮化硅、磷化硼和磷化硅中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的耐化学品高密度聚乙烯树脂，其特征在于，由包括以下组分的原料通过反应制备而成：
高密度聚乙烯树脂 70-80重量份，
黄原胶 10-15重量份，
聚芳基乙炔基树脂 1-5重量份，
交联剂 0.3-0.5重量份，
交联助剂 0.4-0.6重量份，
无机助剂 1-5重量份。
3.根据权利要求1所述的耐化学品高密度聚乙烯树脂，其特征在于，所述高密度聚乙烯树脂为低支化度的分子量为28×104~30×104g/mol、分子量分布指数为25~28、且颗粒平均粒径为150-250μm的粉末。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的耐化学品高密度聚乙烯树脂，其特征在于，所述聚芳基乙炔基树脂选自聚二乙炔基联苯、聚二乙炔基二苯基甲烷和聚萘乙炔中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的耐化学品高密度聚乙烯树脂，其特征在于，所述聚芳基乙炔基树脂为聚二乙炔基联苯。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的耐化学品高密度聚乙烯树脂，其特征在于，所述交联剂为有机过氧化物交联剂。
7.根据权利要求6所述的耐化学品高密度聚乙烯树脂，其特征在于，所述交联剂为叔丁基过氧化物。
8.根据权利要求7所述的耐化学品高密度聚乙烯树脂，其特征在于，所述交联剂为过氧化二叔丁基醚。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的耐化学品高密度聚乙烯树脂，其特征在于，所述交联助剂为烯丙基类助交联剂。
10.根据权利要求9所述的耐化学品高密度聚乙烯树脂，其特征在于，所述交联助剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基三聚氰酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的一种或多种。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的耐化学品高密度聚乙烯树脂，其特征在于，还包括以下组分的原料：
主抗氧剂 0.04-0.1重量份，
辅助抗氧剂 0.08-0.20重量份。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的耐化学品高密度聚乙烯树脂，其特征在于，还包括以下组分的原料：
主抗氧剂 0.05-0.08重量份，
辅助抗氧剂 0.10-0.15重量份。
13.根据权利要求11所述的耐化学品高密度聚乙烯树脂，其特征在于，
所述主抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂；和/或，
所述辅助抗氧剂为亚磷酸酯类辅助抗氧剂。
14.根据权利要求13所述的耐化学品高密度聚乙烯树脂，其特征在于，
所述主抗氧剂为四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸十八碳醇酯和1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基）苯中的一种或多种；和/或，
所述辅助抗氧剂为三［2,4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯、三（壬基苯基）亚磷酸酯和四（2,4-二叔丁基苯基-4-4’-联苯基）-双磷酸酯中的一种或多种。
15.权利要求1-3中任一项所述的耐化学品高密度聚乙烯树脂，其特征在于，所述耐化学品高密度聚乙烯树脂的吸油率为3-6%，渗透量为3-7mg，拉伸强度为35-65MPa，断裂伸长率为650-950%，耐环境应力开裂 为100-200h，简支梁缺口冲击强度为20-50kJ·m-2。
16.一种权利要求1-15中任一项所述的耐化学品高密度聚乙烯树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将选定重量份的高密度聚乙烯树脂、黄原胶、聚芳基乙炔基树脂、交联剂、交联助剂、任选的主抗氧剂、任选的辅助抗氧剂和无机助剂混合均匀，得到混合均匀的物料；
（2）将所述混合均匀的物料通过挤出机挤出造粒，得到耐化学品高密度聚乙烯树脂。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述挤出机的温度为180-220℃，螺杆转速为80-150r/min。
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