CN113912918A - 可交联聚乙烯组合物、可交联聚乙烯共混物和复合材料制品 - Google Patents

可交联聚乙烯组合物、可交联聚乙烯共混物和复合材料制品 Download PDF

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CN113912918A CN202010662915.4A CN202010662915A CN113912918A CN 113912918 A CN113912918 A CN 113912918A CN 202010662915 A CN202010662915 A CN 202010662915A CN 113912918 A CN113912918 A CN 113912918A
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Abstract

本发明涉及交联聚乙烯领域，公开了可交联聚乙烯组合物、可交联聚乙烯共混物和复合材料制品。可交联聚乙烯组合物包括：(a)100重量份的聚乙烯基体树脂；(b)0.5‑12重量份的极性分子；(c)0.01‑1重量份的过氧化物交联剂；其中，所述极性分子选自环氧树脂、聚酯树脂、异氰酸酯、异氰酸酯低聚物、丙烯酸酯和丙烯酸酯低聚物中的一种或多种。提供金属部件与由可交联聚乙烯组合物交联而得的交联聚乙烯层之间更好的粘结性，和更好的防腐性能。

Description

可交联聚乙烯组合物、可交联聚乙烯共混物和复合材料制品
技术领域
本发明涉及交联聚乙烯领域，具体涉及可交联聚乙烯组合物、可交联聚乙烯共混物和复合材料制品。
背景技术
可交联聚乙烯组合物具有的优异的耐高温性能、耐化学腐蚀性能，良好的抗冲击强度等，在化学品储运、油气运输、化工防腐等方面有重要的应用价值。
CN1580165A公开了一种耐高温防腐的聚烯烃组合物，包括50-98.95wt％的硅烷接枝聚烯烃；0.5-50wt％极性高分子；0.5-50wt％其它类高分子；0.05-30wt％的无机粉末填料；其中所述其它类高分子选自普通聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙或聚酯；该组合物的熔融指数在1g/10min以上。该组合物能在80℃以上的温度下耐强酸、强碱、盐、有机溶剂，且与金属基底附着效果优良。其中硅烷接枝聚烯烃是将聚乙烯或以聚乙烯为主体混合其他聚烯烃材料的混合物、硅烷和自由基引发剂通过熔融反应基础获得。极性高分子为马来酸酐接枝聚乙烯、丙烯酸接枝聚乙烯、氯化聚乙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物等或混合物。该组合物在未用于涂层成型前凝胶率为15％以下。在形成涂层后，在90℃的热水中充分交联反应后凝胶率在30-80％。
CN105968970A公开了一种高耐温、高粘接交联聚乙烯粘弹性复合涂料。由A和B两组分组成，其中A组分包括聚乙烯、引发剂、接枝物、硅烷、弹性体和接枝助剂，B组分包括聚乙烯、纳米导热剂、分散润滑剂、表面处理剂、催化剂、脱水剂和抗氧剂。两个组分制备的制备中含有低于600ppm的水，易导致发生预交联，生产难度大，不易控制；同样产品在存放过程中易吸水交联，不易储存。
CN103865142A公开了一种可交联聚乙烯共混组合物，包括：100重量份的聚乙烯基树脂，0.5-12重量份的不饱和羧酸、酸酐和/或其酯衍生物接枝的聚烯烃，和，0.2-6重量份的过氧化物交联剂。该专利利用过氧化物进行热交联，向组合物中加入不饱和羧酸、酸酐和/或其酯衍生物接枝的聚烯烃，实际与金属的粘结力较差，而且引入大量极性单体接枝物，增大成本和加工难度。
目前，交联聚乙烯与如金属基体之间粘结性很差，必须对其进行改性以提高与金属之间的粘附力。因此亟需提供增强交联聚乙烯与如金属基体之间粘结性的方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的交联聚乙烯与如金属基体之间粘结性很差问题，提供了可交联聚乙烯组合物、可交联聚乙烯共混物和复合材料制品。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种可交联聚乙烯组合物，包括：
(a)100重量份的聚乙烯基体树脂；
(b)0.5-12重量份的极性分子；
(c)0.01-1重量份的过氧化物交联剂；
其中，所述极性分子选自环氧树脂、聚酯树脂、异氰酸酯、异氰酸酯低聚物、丙烯酸酯和丙烯酸酯低聚物。
优选地，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、脂肪族类环氧树脂、乙烯基类环氧树脂、有机硅类环氧树脂中的一种或多种，其中，所述环氧树脂的环氧值大于0.1；所述聚酯树脂选自饱和聚酯树脂和/或不饱和聚酯树脂，其中，所述聚酯树脂的重均分子量小于5000；所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)中的一种或多种；所述异氰酸酯低聚物选自由甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的一种或多种进行自聚或共聚而得的低聚物；所述异氰酸酯低聚物的重均分子量小于2000；所述丙烯酸酯选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯中的一种或多种；所述丙烯酸酯低聚物选自由丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯中的一种或多种进行自聚或共聚而得的低聚物；优选地，所述丙烯酸酯低聚物的重均分子量小于2000。
本发明第二方面提供一种可交联聚乙烯共混物，所述共混物通过将本发明提供的组合物在130-160℃条件下进行熔融共混，再经造粒、挤出或流延得到。
本发明第三方面提供一种复合材料制品，所述制品包括金属部件和附着在所述金属部件表面的交联聚乙烯层，所述交联聚乙烯层通过将本发明提供的可交联聚乙烯共混物在所述金属部件表面经加热交联而得。
通过上述技术方案，本发明提供了可交联聚乙烯组合物，采用特定的极性分子，能够实现制备的与金属部件复合的复合材料制品中，金属部件与由可交联聚乙烯组合物交联而得的交联聚乙烯层之间更好的粘结性，提供金属部件更好的防腐性能。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种可交联聚乙烯组合物，包括：
(a)100重量份的聚乙烯基体树脂；
(b)0.5-12重量份的极性分子；
(c)0.01-1重量份的过氧化物交联剂；
其中，所述极性分子选自环氧树脂、聚酯树脂、异氰酸酯、异氰酸酯低聚物、丙烯酸酯和丙烯酸酯低聚物。
优选地，可交联聚乙烯组合物，包括：100重量份的聚乙烯基体树脂，1-3重量份的极性分子，0.02-0.8重量份的过氧化物交联剂。更优选0.02-0.4重量份的过氧化物交联剂。
本发明提供的可交联聚乙烯组合物能够经在金属部件表面交联，形成与金属部件之间更好粘结的交联聚乙烯层。特别选择所述极性分子能够实现提供改进的粘结性。本发明提供的一些具体实施方式中，优选地，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、脂肪族类环氧树脂、乙烯基类环氧树脂、有机硅类环氧树脂中的一种或多种，其中，所述环氧树脂的环氧值大于0.1。所述环氧树脂为固体或粘度小于2000Pa·s的液体。所述环氧树脂均不含各种类型的固化剂。可以商购获得，例如环氧树脂E20，环氧值为0.18-0.23的固体。乙烯基类环氧树脂可以商购乙烯基树脂901。
所述聚酯树脂选自饱和聚酯树脂和/或不饱和聚酯树脂，其中，所述聚酯树脂的重均分子量小于5000。所述聚酯树脂为固体或粘度小于2000Pa·s的液体。所述聚酯树脂均不含各种类型的固化剂。可以商购获得，例如不饱和聚酯树脂HS-156，重均分子量为1500-2000，粘度为700-1100Pa·s的液体。
所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)中的一种或多种。所述异氰酸酯均不含各种类型的固化剂。优选为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，可以商购。
所述异氰酸酯低聚物选自由甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的一种或多种进行自聚或共聚而得的低聚物；优选地，所述异氰酸酯低聚物的重均分子量小于2000。所述异氰酸酯低聚物均不含各种类型的固化剂。
所述丙烯酸酯选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯中的一种或多种。所述丙烯酸酯均不含各种类型的固化剂。
所述丙烯酸酯低聚物选自由丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯中的一种或多种进行自聚或共聚而得的低聚物；所述丙烯酸酯低聚物的重均分子量小于2000。所述丙烯酸酯低聚物均不含各种类型的固化剂。可以商购聚氨酯丙烯酸酯RJ429。
本发明提供的一些具体实施方式中，优选地，所述聚乙烯基体树脂选自乙烯均聚物和/或乙烯共聚物。所述聚乙烯基体树脂的选择提供最终得到的交联聚乙烯层能够具有优异的耐高温性、耐化学腐蚀性和抗冲击强度。
本发明提供的一些具体实施方式中，优选地，所述聚乙烯基体树脂的密度为0.85-0.965g/cm3，所述聚乙烯基体树脂在190℃和载荷2.16kg下的熔融指数为0.01-50g/10min；优选，所述聚乙烯基体树脂的密度为0.92-0.965g/cm3，所述聚乙烯基体树脂在190℃和载荷2.16kg下的熔融指数为2-30g/10min。
本发明提供的一些具体实施方式中，优选地，所述聚乙烯基体树脂选自于低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、乙烯与C4-8烯烃共聚物中的至少一种。具体选用的树脂可以商购获得，例如中石化独山子公司提供的HDPE 8920(熔融指数为20g/10min，密度为0.960g/cm3)、神华公司提供的LLDPE 7042(熔融指数为2g/10min，密度为0.924g/cm3)。本发明的实施例中优选所述聚乙烯基体树脂为低密度聚乙烯和高密度聚乙烯的混合物，其中，低密度聚乙烯和高密度聚乙烯的重量比为1-10：1，优选为1.5-9:1。使得混合组成的聚乙烯基体树脂的密度、190℃和载荷2.16kg下的熔融指数在上述范围内。
本发明提供的一些具体实施方式中，优选地，所述过氧化物交联剂选自烷基过氧化物、芳基过氧化物、酰基过氧化物和酮过氧化物中的至少一种。能够满足所述组合物中的极性分子与聚乙烯基体树脂在加热条件下，在金属部件的表面发生接枝，提高聚乙烯基体树脂与金属部件间的粘结性。
本发明提供的一些具体实施方式中，优选地，所述过氧化物交联剂选自过氧化二苯甲酰、过氧化乙酰苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化二枯基、双叔丁基过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2，5-双叔丁基过氧-3-己炔、2,5-二甲基-2,5-苯甲酰过氧己烷、2,5-二甲基-2,5-双叔丁基过氧己烷、2,5-二甲基-2,5-二氢过氧己烷、1,1-二(叔丁基过氧)-3,3,5-三甲基环己烷、2,7-二甲基-2,7-二(碳酸过氧乙酯)-3,5-辛二炔、3,6-二甲基-3,6-二(碳酸过氧乙酯)-4-辛炔、3,6-二甲基-3,6-二(叔丁基过氧)-4-辛炔、2,5-二甲基-2,5-二(苯甲酸过氧酯)-3-己炔、2,5-二甲基-2,5-二(碳酸过氧正丙酯)-3-己炔、2,5-二甲基-2,5-二(碳酸过氧异丁酯)-3-己炔、2,5-二甲基-2,5-二(碳酸过氧乙酯)-3-己炔、2,5-二甲基-2,5-二(α-枯基过氧)-3-己炔、2,5-二甲基-2,5-二(碳酸过氧β-氯乙酯)-3-己炔、过氧化二-2,4-二氯苯甲酰、过氧化二-4-甲基苯甲酰、二叔丁基过氧异丙基苯、过氧化二叔丁基、过氧化叔丁基枯基、叔丁基过氧-3,5,5三甲基己酸酯、苯甲酸叔-丁基过氧酯中的至少一种。
本发明提供的一些具体实施方式中，优选地，所述组合物包括：0.02-0.8重量份的过氧化物交联剂，更优选0.02-0.4重量份的过氧化物交联剂。所述过氧化物交联剂保证聚乙烯基体树脂的交联，以及极性分子与所述聚乙烯基体树脂的接枝。
本发明第二方面提供一种可交联聚乙烯共混物，所述共混物通过将本发明提供的上述组合物在130-160℃条件下进行熔融共混，再经造粒、挤出或流延得到。
本发明得到的可交联聚乙烯共混物可以根据制得的方法，通过涂覆、滚涂或喷涂的方式覆盖金属部件的表面，再经加热交联在技术部件的表面原位实现可交联聚乙烯共聚物的交联和极性分子的接枝，实现与金属部件表面的更好粘结。
本发明第三方面提供一种复合材料制品，所述制品包括金属部件和附着在所述金属部件表面的交联聚乙烯层，所述交联聚乙烯层通过将本发明提供的可交联聚乙烯共混物在所述金属部件表面经加热交联而得。
本发明提供的一些具体实施方式中，优选地，所述加热交联的温度为180-230℃。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例和对比例中，
HDPE 8920(熔融指数为20g/10min，密度为0.960g/cm3)由中石化独山子公司提供；
LLDPE 7042(熔融指数为2g/10min，密度为0.924g/cm3)由神华公司提供；
交联剂为过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双叔丁基过氧-3-己炔。
极性分子选用：环氧树脂E20，购自无锡树脂厂；乙烯基树脂901，购自常州华科聚合物股份有限公司；不饱和聚酯树脂HS-156，购自常州华科聚合物股份有限公司；二苯基甲烷二异氰酸酯MDI，购自新典化学材料(上海)有限公司；聚氨酯丙烯酸酯RJ429，购自日本良制株式会社。
根据ASTM D 2765测定交联聚乙烯产品的交联度。测试方法如下：从交联聚乙烯产品上切取一块质量为W1(约为0.300±0.015g)的塑料块，将其切碎并放入一个100ml的不锈钢网袋中(网袋的规格参照ASTMD 2765的要求)。样品在在170℃在二甲苯溶液中抽提20小时后，将样品取出并在90℃的真空干燥箱内烘6小时后，称其质量为W2。
交联度＝(W2/W1)×100％。
根据GBT5210测定其粘结强度，测试方法如下：将测试锭子(直径5cm)用高强度胶粘剂粘结在测试表面，用专用画格工具将锭子周围涂层刮下，要深透至钢板，用拉力机在垂直方向施加拉伸应力，该应力以0.1MPa/s的速度稳步增加，直至测试锭子脱离被测表面，此时拉力机读数即为粘结强度。
实施例1-9
在140℃以及120rpm下通过用双螺杆挤出机挤出制备实施例1-9的高粘结性交联聚乙烯组合物，然后切割造粒，经塑料磨粉机磨成粉末。各种组分的具体型号和含量如表1所示。
交联聚乙烯粉末涂覆于钢板上后，根据ASTM D 2765测定交联聚乙烯产品的交联度，根据GBT5210测定其粘结强度，结果如表2所示。
表1
Figure BDA0002579284930000081
Figure BDA0002579284930000091
表2
Figure BDA0002579284930000092
对比例1-4
在140℃以及120rpm下通过用双螺杆挤出机挤出制备对比例1-2的高粘结性交联聚乙烯组合物，然后切割造粒，经塑料磨粉机磨成粉末。
对比例3为市售环氧粉末涂料，对比例4为市售PE胶粘剂。
各种组分的具体型号和含量如表3所示。
表3
Figure BDA0002579284930000093
粉末涂覆于钢板上后，根据ASTM D 2765测定交联聚乙烯产品的交联度，根据GBT5210测定其粘结强度，结果如表4所示。
表4
项目 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
粘结强度，MPa <0.1 <0.1 1.34 0.76
交联度，％ 62.6 0 - 0
通过表1-4的结果可以看出，实施例采用本发明提供的组合物，含有交联剂和特定极性分子，能够得到具有更高粘结强度的交联聚乙烯涂料，进一步附着在金属部件表面形成交联聚乙烯层，能够提供具有更好防腐性能的复合材料制品，且金属部件与交联聚乙烯层之间有更好的粘结性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可交联聚乙烯组合物，包括：
(a)100重量份的聚乙烯基体树脂；
(b)0.5-12重量份的极性分子；
(c)0.01-1重量份的过氧化物交联剂；
其中，所述极性分子选自环氧树脂、聚酯树脂、异氰酸酯、异氰酸酯低聚物、丙烯酸酯和丙烯酸酯低聚物中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述聚乙烯基体树脂选自乙烯均聚物和/或乙烯共聚物；
优选地，所述聚乙烯基体树脂的密度为0.85-0.965g/cm3，所述聚乙烯基体树脂在190℃和载荷2.16kg下的熔融指数为0.01-50g/10min；优选，所述聚乙烯基体树脂的密度为0.92-0.965g/cm3，所述聚乙烯基体树脂在190℃和载荷2.16kg下的熔融指数为2-30g/10min。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述聚乙烯基体树脂选自于低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、乙烯与C4-8烯烃共聚物中的至少一种。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的组合物，其中，所述过氧化物交联剂选自烷基过氧化物、芳基过氧化物、酰基过氧化物和酮过氧化物中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的组合物，其中，所述过氧化物交联剂选自过氧化二苯甲酰、过氧化乙酰苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化二枯基、双叔丁基过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2，5-双叔丁基过氧-3-己炔、2,5-二甲基-2,5-苯甲酰过氧己烷、2,5-二甲基-2,5-双叔丁基过氧己烷、2,5-二甲基-2,5-二氢过氧己烷、1,1-二(叔丁基过氧)-3,3,5-三甲基环己烷、2,7-二甲基-2,7-二(碳酸过氧乙酯)-3,5-辛二炔、3,6-二甲基-3,6-二(碳酸过氧乙酯)-4-辛炔、3,6-二甲基-3,6-二(叔丁基过氧)-4-辛炔、2,5-二甲基-2,5-二(苯甲酸过氧酯)-3-己炔、2,5-二甲基-2,5-二(碳酸过氧正丙酯)-3-己炔、2,5-二甲基-2,5-二(碳酸过氧异丁酯)-3-己炔、2,5-二甲基-2,5-二(碳酸过氧乙酯)-3-己炔、2,5-二甲基-2,5-二(α-枯基过氧)-3-己炔、2,5-二甲基-2,5-二(碳酸过氧β-氯乙酯)-3-己炔、过氧化二-2,4-二氯苯甲酰、过氧化二-4-甲基苯甲酰、二叔丁基过氧异丙基苯、过氧化二叔丁基、过氧化叔丁基枯基、叔丁基过氧-3,5,5三甲基己酸酯、苯甲酸叔-丁基过氧酯中的至少一种。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的组合物，其中，所述组合物包括：0.0.2-0.8重量份的过氧化物交联剂。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的组合物，其中，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、脂肪族类环氧树脂、乙烯基类环氧树脂、有机硅类环氧树脂中的一种或多种，其中，所述环氧树脂的环氧值大于0.1；
所述聚酯树脂选自饱和聚酯树脂和/或不饱和聚酯树脂，其中，所述聚酯树脂的重均分子量小于5000；
所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的一种或多种；
所述异氰酸酯低聚物选自由甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的一种或多种进行自聚或共聚而得的低聚物；优选地，所述异氰酸酯低聚物的重均分子量小于2000；
所述丙烯酸酯选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯中的一种或多种；
所述丙烯酸酯低聚物选自由丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯中的一种或多种进行自聚或共聚而得的低聚物；优选地，所述丙烯酸酯低聚物的重均分子量小于2000。
8.一种可交联聚乙烯共混物，所述共混物通过将权利要求1-7中任意一项所述的组合物在130-160℃条件下进行熔融共混，再经造粒、挤出或流延得到。
9.一种复合材料制品，所述制品包括金属部件和附着在所述金属部件表面的交联聚乙烯层，所述交联聚乙烯层通过将权利要求8所述的可交联聚乙烯共混物在所述金属部件表面经加热交联而得。
10.根据权利要求9所述的复合材料制品，其中，所述加热交联的温度为180-230℃。
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