CN112538205A - 一种管道用的耐酸碱pe复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管道用的耐酸碱PE复合材料及其制备方法，所述管道用的耐酸碱PE复合材料包括以下重量份的组分：线性低密度聚乙烯20‑25份，改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉20‑25份，增塑剂2‑4份，润滑剂1‑3份和抗氧剂1‑3份。本发明的管道用的耐酸碱PE复合材料具有较好的耐酸碱性能，与管道基体有极强的附着力，并使生产的涂塑复合管具有长期的耐环境开裂能力和优异的机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及聚乙烯材料技术领域，具体的说是一种管道用的耐酸碱PE复合材料及其制备方法。
背景技术
聚乙烯粉末涂料是用聚乙烯作为基材，经改性后再磨成规定尺寸而制备的一种卫生性好、耐酸碱好的防护产品，其在管道防护、装饰器材、高速护栏、保护网等多种领域有着广泛应用。
涂塑复合管，是通过喷、滚或浸涂在管道内外表面熔结一层粉末涂层的复合管。涂塑复合管具有可以很好的保护管道不被腐蚀、承压好、内壁光滑等优点，目前已获得广泛的应用，以聚乙烯粉末材料为涂层是其中主要的一类。目前，涂塑复合管经常发生因酸碱腐蚀造成涂层脱落、开裂的现象。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种管道用的耐酸碱PE复合材料及其制备方法，该管道用的耐酸碱PE复合材料具有较好的耐酸碱性能，与管道基体有极强的附着力，并使生产的涂塑复合管具有长期的耐环境开裂能力和优异的机械性能。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种管道用的耐酸碱PE复合材料，包括以下重量份的组分：线性低密度聚乙烯20-25份，改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉20-25份，硅烷偶联剂3-6份，乳化剂5-7份，增塑剂2-4份，润滑剂1-3份和抗氧剂1-3份。
优选的，所述改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉由以下步骤制备而得：
S11：将重量份15-20份的聚甲基丙烯酸甲酯、重量份20-25份的苯甲醚和重量份3-6份的硅烷偶联剂混合均匀，得混合分散液A；
S12：将重量份5-7份的乳化剂、重量份5-8份的无机颗粒加入到重量份50-55份的去离子水中，得混合分散液B；
S13：混合分散液B加入到混合分散液A中，得到溶液C，经搅拌、老化、干燥得到，制备得到改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉。
优选的，所述硅烷偶联剂为正辛基三乙氧基硅烷。
优选的，所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠。
优选的，所述无机颗粒的制备方法为：将氧化铝、氧化硅和氧化钙粉末放入马弗炉中，以10℃/min升温至2600-2800℃并保温1小时，得熔融液，将熔融液冷却至600-900℃，水淬，干燥，球磨至200目以下，得无机颗粒。
优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
优选的，所述润滑剂为聚乙烯蜡。
优选的，所述抗氧剂为四丙酸季戊四醇酯。
本发明还提供一种管道用的耐酸碱PE复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按照重量份将线性低密度聚乙烯、改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉、增塑剂、润滑剂和抗氧剂放入高速混合机中混合4-6min，获得组分混合物；
S2：将上述组分混合物由料斗加入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、造粒研磨得到耐酸碱PE复合材料。
优选的，步骤S1中改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉由以下步骤制备而得：
S11：将重量份15-20份的聚甲基丙烯酸甲酯、重量份20-25份的苯甲醚和重量份3-6份的硅烷偶联剂混合均匀，得混合分散液A；
S12：将重量份5-7份的乳化剂、重量份5-8份的无机颗粒加入到重量份50-55份的去离子水中，得混合分散液B；
S13：混合分散液B加入到混合分散液A中，得到溶液C，经搅拌、老化、干燥得到，制备得到改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉。
优选的，所述搅拌、老化、干燥是指在室温下搅拌1-2小时后老化1-2天，老化后放进60-80℃干燥箱中干燥0.5小时，即得所述改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉。
优选的，步骤S12中无机颗粒的制备方法为：将氧化铝、氧化硅和氧化钙粉末放入马弗炉中，以10℃/min升温至2600-2800℃并保温1小时，得熔融液，将熔融液冷却至600-900℃，水淬，干燥，球磨至200目以下，得无机颗粒。
本发明通过添加乳化剂以减少无机颗粒在聚甲基丙烯酸甲酯中的团聚，同时乳化剂和无机颗粒又在无机填料和聚甲基丙烯酸甲酯之间起到桥梁作用，形成模量梯度的界面过渡层，使无机颗粒交联在聚乙烯树脂的结构中，不仅显著提高聚甲基丙烯酸甲酯界面结合力性能，加强聚甲基丙烯酸甲酯与无机颗粒之间的作用力，同时又可以在一定程度上增加改善组分体系的分散性，增强聚甲基丙烯酸甲酯与涂料中其他组分之间的相容性，进而提高了聚乙烯复合材料的均匀性和致密性。
本发明的偶联剂溶液改性聚甲基丙烯酸甲酯，能够降低聚甲基丙烯酸甲酯表面能，减少它在有机机体中的团聚现象，以促进与无机颗粒的交联。由于聚甲基丙烯酸甲酯的柔性分子链，能够阻止纳米材料向外部的扩散，形成了连续的表面阻隔结构，使得无机颗粒注入聚甲基丙烯酸甲酯与线性低密度聚乙烯长链中，起到填充作用，来改善符合体系的力学性能，位于表面的无机颗粒又能够进一步减少交联时的长链损伤，同时相较于其他高分子材料的分散共混体系，线性低密度聚乙烯链段和其他组分粒子，能够被改性聚甲基丙烯酸甲酯链段进一步地交联，使得线性结构变为向支链方向延伸的网状结构，以提高复合材料的稳定性、耐酸碱性能和机械性能。
具体实施方式
本发明的产品、方法及应用已经通过较佳的实施例进行了面述，相关人员明显能再不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明。这里需要说明的是，本发明所述原材料均可从市面购得，这里不做一一详述，制备工艺中所用设备均为现有设备。
实施例1：
一种管道用的耐酸碱PE复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按照重量份将22份线性低密度聚乙烯、22份改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉、3份邻苯二甲酸二丁酯、2份聚乙烯蜡和2份四丙酸季戊四醇酯放入高速混合机中混合4-6min，获得组分混合物；
S2：将上述组分混合物由料斗加入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、造粒研磨得到耐酸碱PE复合材料。
其中，步骤S1中改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉由以下步骤制备而得：
S11：将重量份18份的聚甲基丙烯酸甲酯、重量份22份的苯甲醚和重量份5份的正辛基三乙氧基硅烷混合均匀，得混合分散液A；
S12：将重量份6份的十二烷基苯磺酸钠、重量份6的无机颗粒加入到重量份52份的去离子水中，得混合分散液B；
S13：混合分散液B加入到混合分散液A中，得到溶液C，在室温下搅拌1-2小时后老化1-2天，老化后放进60-80℃干燥箱中干燥0.5小时，即得所述改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉。
其中，步骤S12中无机颗粒的制备方法为：将氧化铝、氧化硅和氧化钙粉末按1:1:1的重量比放入马弗炉中，以10℃/min升温至2600-2800℃并保温1小时，得熔融液，将熔融液冷却至600-900℃，水淬，干燥，球磨至200目以下，得无机颗粒。
其中，双螺杆挤出机分4区加工温度：
一区温度为200-230℃，二区温度为250-300℃，三区温度为250-300℃，四区温度为280-320℃，喷嘴温度为400℃，模温为200℃。
实施例2：
一种管道用的耐酸碱PE复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按照重量份将20份线性低密度聚乙烯、20份改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉、2份邻苯二甲酸二丁酯、1份聚乙烯蜡和1份四丙酸季戊四醇酯放入高速混合机中混合4-6min，获得组分混合物；
S2：将上述组分混合物由料斗加入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、造粒研磨得到耐酸碱PE复合材料。
其中，步骤S1中改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉由以下步骤制备而得：
S11：将重量份15份的聚甲基丙烯酸甲酯、重量份20份的苯甲醚和重量份3份的正辛基三乙氧基硅烷混合均匀，得混合分散液A；
S12：将重量份5份的十二烷基苯磺酸钠、重量份5份的无机颗粒加入到重量份50的去离子水中，得混合分散液B；
S13：混合分散液B加入到混合分散液A中，得到溶液C，在室温下搅拌1-2小时后老化1-2天，老化后放进60-80℃干燥箱中干燥0.5小时，即得所述改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉。
其中，步骤S12中无机颗粒的制备方法为：将氧化铝、氧化硅和氧化钙粉末按1:1:1的重量比放入马弗炉中，以10℃/min升温至2600-2800℃并保温1小时，得熔融液，将熔融液冷却至600-900℃，水淬，干燥，球磨至200目以下，得无机颗粒。
其中，双螺杆挤出机分4区加工温度：
一区温度为200-230℃，二区温度为250-300℃，三区温度为250-300℃，四区温度为280-320℃，喷嘴温度为400℃，模温为200℃。
实施例3：
一种管道用的耐酸碱PE复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按照重量份将25份线性低密度聚乙烯、25份改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉、4份邻苯二甲酸二丁酯、3份聚乙烯蜡和3份四丙酸季戊四醇酯放入高速混合机中混合4-6min，获得组分混合物；
S2：将上述组分混合物由料斗加入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、造粒研磨得到耐酸碱PE复合材料。
其中，步骤S1中改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉由以下步骤制备而得：
S11：将重量份20份的聚甲基丙烯酸甲酯、重量份25份的苯甲醚和重量份6份的正辛基三乙氧基硅烷混合均匀，得混合分散液A；
S12：将重量份7份的十二烷基苯磺酸钠、重量份8份的无机颗粒加入到重量份55份的去离子水中，得混合分散液B；
S13：混合分散液B加入到混合分散液A中，得到溶液C，在室温下搅拌1-2小时后老化1-2天，老化后放进60-80℃干燥箱中干燥0.5小时，即得所述改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉。
其中，步骤S12中无机颗粒的制备方法为：将氧化铝、氧化硅和氧化钙粉末按1:1:1的重量比放入马弗炉中，以10℃/min升温至2600-2800℃并保温1小时，得熔融液，将熔融液冷却至600-900℃，水淬，干燥，球磨至200目以下，得无机颗粒。
其中，双螺杆挤出机分4区加工温度：
一区温度为200-230℃，二区温度为250-300℃，三区温度为250-300℃，四区温度为280-320℃，喷嘴温度为400℃，模温为200℃。
对比例1：
对比例1与实施例1基本相同，不同之处在于：制作方法中，直接加入聚甲基丙烯酸甲酯，即：
一种PE复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按照重量份将22份线性低密度聚乙烯、22份聚甲基丙烯酸甲酯、3份邻苯二甲酸二丁酯、2份聚乙烯蜡和2份四丙酸季戊四醇酯放入高速混合机中混合4-6min，获得组分混合物；
S2：将上述组分混合物由料斗加入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、造粒研磨得到耐酸碱PE复合材料。
其中，双螺杆挤出机分4区加工温度：
一区温度为200-230℃，二区温度为250-300℃，三区温度为250-300℃，四区温度为280-320℃，喷嘴温度为400℃，模温为200℃。
对比例2：
对比例2与实施例1基本相同，不同之处在于：制作方法中，不加无机颗粒，即：
一种PE复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按照重量份将22份线性低密度聚乙烯、22份改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉、3份邻苯二甲酸二丁酯、2份聚乙烯蜡和2份四丙酸季戊四醇酯放入高速混合机中混合4-6min，获得组分混合物；
S2：将上述组分混合物由料斗加入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、造粒研磨得到耐酸碱PE复合材料。
其中，步骤S1中改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉由以下步骤制备而得：
S11：将重量份18份的聚甲基丙烯酸甲酯、重量份22份的苯甲醚和重量份5份的正辛基三乙氧基硅烷混合均匀，得混合分散液A；
S12：将重量份6份的十二烷基苯磺酸钠加入到重量份52份的去离子水中，得混合分散液B；
S13：混合分散液B加入到混合分散液A中，得到溶液C，在室温下搅拌1-2小时后老化1-2天，老化后放进60-80℃干燥箱中干燥0.5小时，即得所述改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉。
其中，双螺杆挤出机分4区加工温度：
一区温度为200-230℃，二区温度为250-300℃，三区温度为250-300℃，四区温度为280-320℃，喷嘴温度为400℃，模温为200℃。
下面对本发明实施例1-3的耐酸碱PE复合材料及对比例1-2得到的PE复合材料进行性能测试，拉伸强度以ISO-527的测试标准进行测试；耐酸碱和氢氧化钠腐蚀试验：盐酸的腐蚀条件为：介质为10wt％盐酸，腐蚀温度为40℃，腐蚀时间为120小时；氢氧化钠的腐蚀条件为：介质为pH值为12的氢氧化钠溶液，腐蚀温度为40℃，腐蚀时间为120小时；测试结果如表1所示。
表1
从表1中可以看出，实施例1-3与对比例1-2相比，本发明的管道用的耐酸碱PE复合材料，具有高耐酸碱性，同时具有良好的机械性能。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种管道用的耐酸碱PE复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：线性低密度聚乙烯20-25份，改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉20-25份，增塑剂2-4份，润滑剂1-3份和抗氧剂1-3份。
2.如权利要求1所述的管道用的耐酸碱PE复合材料，其特征在于，所述改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉由以下步骤制备而得：
S11：将重量份15-20份的聚甲基丙烯酸甲酯、重量份20-25份的苯甲醚和重量份3-6份的硅烷偶联剂混合均匀，得混合分散液A；
S12：将重量份5-7份的乳化剂、重量份5-8份的无机颗粒加入到重量份50-55份的去离子水中，得混合分散液B；
S13：混合分散液B加入到混合分散液A中，得到溶液C，经搅拌、老化、干燥得到，制备得到改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉。
3.如权利要求2所述的管道用的耐酸碱PE复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为正辛基三乙氧基硅烷，所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠，所述无机颗粒的制备方法为：将氧化铝、氧化硅和氧化钙粉末放入马弗炉中，以10℃/min升温至2600-2800℃并保温1小时，得熔融液，将熔融液冷却至600-900℃，水淬，干燥，球磨至200目以下，得无机颗粒。
4.如权利要求1所述的管道用的耐酸碱PE复合材料，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
5.如权利要求1所述的管道用的耐酸碱PE复合材料，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡。
6.如权利要求1所述的管道用的耐酸碱PE复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为四丙酸季戊四醇酯。
7.一种如权利要求1所述的管道用的耐酸碱PE复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按照重量份将线性低密度聚乙烯、改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉、增塑剂、润滑剂和抗氧剂放入高速混合机中混合4-6min，获得组分混合物；
S2：将上述组分混合物由料斗加入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、造粒研磨得到耐酸碱PE复合材料。
8.如权利要求7所述的管道用的耐酸碱PE复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉由以下步骤制备而得：
S11：将重量份15-20份的聚甲基丙烯酸甲酯、重量份20-25份的苯甲醚和重量份3-6份的硅烷偶联剂混合均匀，得混合分散液A；
S12：将重量份5-7份的乳化剂、重量份5-8份的无机颗粒加入到重量份50-55份的去离子水中，得混合分散液B；
S13：混合分散液B加入到混合分散液A中，得到溶液C，经搅拌、老化、干燥得到，制备得到改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉。
9.如权利要求8所述的管道用的耐酸碱PE复合材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌、老化、干燥是指在室温下搅拌1-2小时后老化1-2天，老化后放进60-80 ℃干燥箱中干燥0.5小时，即得所述改性聚甲基丙烯酸甲酯凝胶粉。
10.如权利要求8所述的管道用的耐酸碱PE复合材料的制备方法，其特征在于，
步骤S12中无机颗粒的制备方法为：将氧化铝、氧化硅和氧化钙粉末放入马弗炉中，以10℃/min升温至2600-2800℃并保温1小时，得熔融液，将熔融液冷却至600-900℃，水淬，干燥，球磨至200目以下，得无机颗粒。
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