CN115260842A - 一种高附着力、耐开裂聚乙烯粉末及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高附着力、耐开裂聚乙烯粉末及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢质管道外防腐用聚乙烯粉末及其制备方法。所述的聚乙烯粉末由以下以重量份计的原料组成：10‑15份马来酸酐接枝改性的聚乙烯、2‑5份苯乙烯马来酸酐共聚物、2‑8份弹性体增韧剂、0.5‑3份高长径比的填料、5‑30份茂金属线性聚乙烯、30‑70份高流动性聚乙烯、3‑8份功能性助剂，经过共混、双螺杆熔融造粒、机械磨粉得到所述的高附着力、耐开裂的聚乙烯粉末。本发明所述的聚乙烯粉末对钢管具有极好的附着力、优异的光亮度，卓越的耐开裂性能，能适应钢管表面焊缝高度大、规整性性差的钢管的防腐。本发明所述的聚乙烯粉末尤其适合用于管道直径大于2米以上的大口径钢管的防腐。

Description

一种高附着力、耐开裂聚乙烯粉末及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及钢管防腐领域，具体涉及一种高附着力、耐开裂聚乙烯粉末及其制备方法和应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着国家对基础实施建设的重视，涂塑钢管趋于大口径化，目前国内供水管道工程的涂塑钢管最大可达到DN4000。涂塑钢管的外壁聚乙烯粉末防腐是一种性价比优异的防腐方式，但随着钢管口径的增大，聚乙烯防腐容易出现一些问题：(1)钢管口径增大后钢管的壁厚也增大了，因此在防腐过程中的热量大，聚乙烯粉末流平因钢管热量大容易引起聚乙烯涂层的老化导致涂层发脆；(2)钢管口径增大后，一般采用螺旋焊接方式成型，焊缝的高度及不规则性，容易引起焊缝位置的聚乙烯涂层发生开裂；(3)钢管口径增大后，聚乙烯粉末在温度低的管端容易出现流平不佳、涂层光亮性差的问题。
发明内容
为了解决现有技术中聚乙烯粉末用于2米以上大口径钢管防腐易出现聚乙烯涂层老化、焊缝涂层开裂、流平差等问题，本发明提出一种高附着力、耐开裂的聚乙烯粉末及其制备方法和应用。由马来酸酐接枝改性的聚乙烯、苯乙烯马来酸酐共聚物、弹性体增韧剂、高长径比的填料、茂金属线性聚乙烯、高流动性聚乙烯等基体配合，使得聚乙烯粉末具有更优的附着力、耐开裂性能。通过添加马来酸酐接枝改性的聚乙烯、苯乙烯马来酸酐共聚物两种不同类型的马来酸酐改性聚合物提高了粉末的附着力。通过茂金属线性聚乙烯、弹性体增韧剂、高长径比的填料的共同作用，提供了聚乙烯粉末在钢管焊缝处形成涂层时的抗开裂能力。本发明所述聚乙烯粉末尤其适合用于管道直径大于2米以上的大口径钢管的防腐。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种高附着力、耐开裂的聚乙烯粉末，包括：10-15份马来酸酐接枝改性的聚乙烯、2-5份苯乙烯马来酸酐共聚物、2-8份弹性体增韧剂、0.5-3份高长径比的填料、5-30份茂金属线性聚乙烯、30-70份高流动性聚乙烯、3-8份功能性助剂。
进一步的，所述马来酸酐接枝改性的聚乙烯中，马来酸酐的接枝率为0.5％-1.5％，熔体质量流动速率为3-12g/10min(190℃，2.16kg砝码)。
进一步的，所述的苯乙烯马来酸酐共聚物的重均分子量为5000-50000，苯乙烯与马来酸酐的组成摩尔比为1:1～10:1。
进一步的，所述的弹性体增韧剂为的乙烯丁烯共聚物、乙烯辛烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)中的至少一种。
进一步的，所述的高长径比的填料的长径比为3:1～15:1，高长径比的填料的粒径为50-3000目。优选的，所述高长径比的填料选自针状硅灰石、玻璃纤维粉、碳纤维粉、碳纳米管、硫酸钙晶须、钛酸钾晶须。
进一步的，所述的茂金属线性聚乙烯的熔体质量流动速率为3-20g/min(190℃，2.16kg砝码)。
进一步的，所述高流动聚乙烯为熔体质量流动速率为40-70g/min(190℃，2.16kg砝码)的低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的至少一种。
进一步的，所述功能助剂包括粉末用的抗氧剂、紫外光稳定剂、色母、流平剂、抗结块剂的至少一种。
本发明第二方面，提供一种高附着力、耐开裂的聚乙烯粉末的制备方法，包括如下步骤：将马来酸酐接枝改性的聚乙烯、苯乙烯马来酸酐共聚物、弹性体增韧剂、高长径比的填料、茂金属线性聚乙烯、高流动性聚乙烯、功能性助剂进行混合，熔融共混、造粒、机械磨粉。
进一步的，熔融共混的具体条件为：采用螺杆挤出机在130-160℃，螺杆转速为350-600rpm。
进一步的，熔融共混造粒后利用机械磨粉机进行磨粉，选择30-80目筛网过筛，得到需要细度的聚乙烯粉末。
本发明第三方面，提供一种高附着力、耐开裂的聚乙烯粉末在大口径钢质管道中的应用。优选的，用于管道直径大于2米以上的大口径钢管采用淋涂、流化槽工艺等防腐。
本发明具有以下有益效果：
1)利用马来酸酐接枝改性的聚乙烯、苯乙烯马来酸酐共聚物两种不同类型的马来酸酐改性的聚合物的协同作用，提升了聚乙烯粉末对钢管的附着力。相对于马来酸酐接枝改性的聚乙烯，苯乙烯马来酸酐共聚物中马来酸酐的含量可以高达40％。通过增加马来酸酐接枝改性的聚乙烯的含量虽然可以一定程度提高聚乙烯粉末对钢管的附着力，但马来酸酐接枝改性的聚乙烯是通过接枝反应生产的，过高的添加量引起聚乙烯粉末流平效果差，涂层流平后容易出现橘皮纹。而苯乙烯马来酸酐共聚物则不一样，是通过共聚合反应生产的，本身的流动性好，因此不会影响聚乙烯粉末的流平性。
2)利用聚乙烯丁烯共聚物、聚乙烯辛烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)等弹性体增韧剂与茂金属线性聚乙烯协同，聚乙烯粉末具有优异的韧性，即使在240℃的高温流平过程中的热老化，流平后的涂层的热性好，不发脆。
3)通过添加高长径比的填料，聚乙烯粉末在大口径钢管表面流平过程中，可以作为成核剂诱发聚乙烯快速结晶。高长径比填料作为成核剂，形成类似串晶从而提高了涂层的抗开裂性。
4)结合利用马来酸酐接枝改性的聚乙烯、苯乙烯马来酸酐共聚提高了聚乙烯粉末对钢管的附着力、利用弹性体增韧剂与茂金属线性聚乙烯协同增加了涂层的韧性及耐老化性能、采用加高长径比的填料作为成核剂加速聚乙烯流平过程中的结晶三种手段，即使在焊缝高度大、焊道形状规整性差的大口径钢管，聚乙烯粉末在钢管表面流平后，能够在钢管表面形成高附着力、高韧性的涂层，从而避免在焊缝位置发生涂层开裂问题。
5)苯乙烯马来酸酐共聚物作为一种与聚乙烯不相容的成分，由于其本身的分子量低，流平的过程中倾向往表面迁移。因苯乙烯马来酸酐共聚物具有优异的光泽性，因此聚乙烯粉末流平后在钢管表面形成的涂层的光泽度高、平整性好。
6)本申请的聚乙烯粉末具有优异的附着力、良好的韧性、卓越的耐老化性能、优秀的流平性等综合性能，使用本申请聚乙烯粉末防腐的钢质管道，可以提供对钢管更好的保护作用，因而使用寿命更长。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。份数均为质量份数。
实施例1
聚乙烯粉末按表1组成：
表1实施例1中的聚乙烯粉末配备
Figure BDA0003786470790000051
实施例1中用到的原材料的信息如下：
马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH):AMPLFY GR204，熔体质量流动速率为12g/10min，基体为HDPE，陶氏化学；
弹性体(SEBS):YH-501，岳阳石化；
苯乙烯马来酸酐共聚物(SMA):EF-60P(S:MA摩尔比为6:1，分子量为11500)，法国Crayvalley；
填料(针状硅灰石)：粒径1250目，长径比5:1，江西奥特科技有限公司；
茂金属线性聚乙烯(mPE)：ExceedTM 0015XC，埃克森美孚；
高流动PE：LD450，熔体质量流动速率40g/10min，燕山石化；
炭黑色母：EM105G，炭黑含量42％，山东东宏管业股份有限公司；
抗氧剂：B215，北京极易化工有限公司。
聚乙烯粉末的制备具体步骤为：
按配比将各组分用混料机混合均匀，加入到双螺杆挤出机，在160℃进行熔融共混，造粒后得到改性聚乙烯颗粒，然后用机械磨粉机进行磨粉，过60目筛网，得到聚乙烯粉末。
聚乙烯粉末的测试及应用：
按照GB/T28897-2021测试熔体流动速率、拉伸强度、断裂伸长率、维卡软化点、氧化诱导时间，相关数据见表4所示。
选择DN3448钢管，钢管抛丸除锈后，通过淋涂工艺对钢管外壁进行涂覆，其中钢管表面的温度为225℃温度时进行滚涂，控制涂层厚度为1.8-2.2cm，涂覆后涂层的剥离强度、外观见表4所示。
实施例2
聚乙烯粉末按表2组成：
表2实施例2中的聚乙烯粉末配备
Figure BDA0003786470790000061
实施例2中用到的原材料的信息如下：
马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH):OREVAC OE825，熔体质量流动速率为3g/10min，基体为LLDPE，法国阿科玛；
弹性体(POE):DF740，日本三井化学；
苯乙烯马来酸酐共聚物(SMA):EF-30P(S:MA摩尔比为3:1，分子量为9500)，法国Crayvalley；
填料(玻璃纤维粉)：粒径200目，长径比13:1，五河县维佳复合材料有限公司；
茂金属线性聚乙烯：ExceedTM 3518CB，埃克森美孚；
高流动PE：LLDPE2650，熔体质量流动速率为50g/10min，中国石油化工天津分公司；
炭黑色母：EM105G，炭黑含量42％，山东东宏管业股份有限公司；
抗氧剂：1010，北京极易化工有限公司。
聚乙烯粉末的制备具体步骤为：
按配比将各组分用混料机混合均匀，加入到双螺杆挤出机，在130℃进行熔融共混，造粒后得到改性聚乙烯颗粒，然后用机械磨粉机进行磨粉，过40目筛网，得到聚乙烯粉末。
聚乙烯粉末的测试及应用：
按照GB/T28897-2021测试熔体流动速率、拉伸强度、断裂伸长率、维卡软化点、氧化诱导时间，相关数据见表4所示。
选择DN3448钢管，钢管抛丸除锈后，通过流化槽滚涂工艺对钢管外壁进行涂覆，其中钢管表面的温度为240℃温度时进行滚涂，控制涂层厚度为1.8-2.2cm，涂覆后涂层的剥离强度、外观见表4所示。
对比例1
聚乙烯粉末按表3组成：
表3对比例1中的聚乙烯粉末配备
Figure BDA0003786470790000081
马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH):OREVAC OE825，熔体质量流动速率为3g/10min，基体为LLDPE，法国阿科玛；
弹性体(POE):DF740，日本三井化学；
苯乙烯马来酸酐共聚物(SMA):EF-30P(S:MA摩尔比为3:1，分子量为9500)，法国Crayvalley；
填料(玻璃纤维粉)：粒径200目，长径比13:1，五河县维佳复合材料有限公司；
茂金属线性聚乙烯：ExceedTM 3518CB，埃克森美孚；
高流动PE：LLDPE2650，熔体质量流动速率为50g/10min，中国石油化工天津分公司；
炭黑色母：EM105G，炭黑含量42％，山东东宏管业股份有限公司；
抗氧剂：1010，北京极易化工有限公司。
聚乙烯粉末的制备具体步骤为：
按配比将各组分用混料机混合均匀，加入到双螺杆挤出机，在130℃进行熔融共混，造粒后得到改性聚乙烯颗粒，然后用机械磨粉机进行磨粉，过40目筛网，得到聚乙烯粉末。
聚乙烯粉末的测试及应用：
按照GB/T28897-2021测试熔体流动速率、拉伸强度、断裂伸长率、维卡软化点、氧化诱导时间，相关数据见表4所示。
选择DN3448钢管，钢管抛丸除锈后，通过流化槽滚涂工艺对钢管外壁进行涂覆，其中钢管表面的温度为240℃温度时进行滚涂，控制涂层厚度为1.8-2.2cm，涂覆后涂层的剥离强度、外观见表4所示。
表4实施例及对比例的测试及应用效果数据
Figure BDA0003786470790000091
Figure BDA0003786470790000101
通过实施例1-实施例2可知，本申请所制备的聚乙烯粉末各项指标均符合GB/T28897-2021要求，尤其涂层的剥离强度，加入苯乙烯马来酸酐共聚物可以大幅度提高涂层对钢管的附着力，同时可以使得涂层光亮。由2C与3A可知，添加了2份苯乙烯马来酸酐共聚物的3C，剥离强度达到了88N/cm，而不添加苯乙烯马来酸酐共聚物的3A，涂层的剥离强度低于了标准的要求；由3C、3D可知，通过提高配方中马来酸酐接枝聚乙烯的含量至19-27份，涂层的剥离强度虽然达到了标准的要求，但过高的添加量引起涂层流平性欠佳，出现轻微甚至严重的橘皮纹。由1C、1D可知，添加4-5份苯乙烯马来酸酐共聚物特层光亮如镜面；由2C与3A、3C、3D对比可知，不添加苯乙烯马来酸酐共聚物流平后的聚乙烯粉末失去了光泽性。对比实施例1、实施例2及对比列1可知，配方体系中未添加高长径比填料的对比例3B、3C、3D，涂层在焊缝处均出现了不同程度的开裂问题，而加入了填料的实施例1、实施例2涂层在焊缝处均不会出现开裂问题。可见，结合马来酸酐接枝改性的聚乙烯、苯乙烯马来酸酐共聚提高了聚乙烯粉末对钢管的附着力、利用弹性体增韧剂与茂金属线性聚乙烯协同增加了涂层的韧性及耐老化性能、采用加高长径比的填料作为成核剂加速聚乙烯流平过程中的结晶三种手段，本发明解决现有技术中聚乙烯粉末用于2米以上大口径钢管防腐易出现聚乙烯涂层老化、焊缝涂层开裂、流平差等问题。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种高附着力、耐开裂的聚乙烯粉末，其特征在于，包括如下重量份的组分：10-15份马来酸酐接枝改性的聚乙烯、2-5份苯乙烯马来酸酐共聚物、2-8份弹性体增韧剂、0.5-3份高长径比的填料、5-30份茂金属线性聚乙烯、30-70份高流动性聚乙烯、3-8份功能性助剂。
2.根据权利要求1所述高附着力、耐开裂的聚乙烯粉末，其特征在于，所述马来酸酐接枝改性的聚乙烯中，马来酸酐的接枝率为0.5％-1.5％；在温度190℃、砝码重量为2.16kg下，熔体质量流动速率为3-12g/10min。
3.根据权利要求1所述高附着力、耐开裂的聚乙烯粉末，其特征在于，所述的苯乙烯马来酸酐共聚物的重均分子量为5000-50000，苯乙烯与马来酸酐的组成摩尔比为1:1～10:1。
4.根据权利要求1所述高附着力、耐开裂的聚乙烯粉末，其特征在于，所述的弹性体增韧剂为的乙烯丁烯共聚物、乙烯辛烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)中的至少一种。
5.根据权利要求1所述高附着力、耐开裂的聚乙烯粉末，其特征在于，所述的高长径比的填料的长径比为3:1～15:1，高长径比的填料的粒径为50-3000目；优选的，所述高长径比的填料选自针状硅灰石、玻璃纤维粉、碳纤维粉、碳纳米管、硫酸钙晶须、钛酸钾晶须中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述高附着力、耐开裂的聚乙烯粉末，其特征在于，在温度190℃、砝码重量为2.16kg下，所述的茂金属线性聚乙烯的熔体质量流动速率为3-20g/min。
7.根据权利要求1所述高附着力、耐开裂的聚乙烯粉末，其特征在于，在温度190℃、砝码重量为2.16kg下，所述高流动聚乙烯的熔体质量流动速率为40-70g/min；所述高流动聚乙烯为低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的至少一种。
8.根据权利要求1所述高附着力、耐开裂的聚乙烯粉末，其特征在于，所述的功能助剂包括粉末用的抗氧剂、紫外光稳定剂、色母、流平剂、抗结块剂的至少一种。
9.一种如上述权利要求任一项所述高附着力、耐开裂的聚乙烯粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将马来酸酐接枝改性的聚乙烯、苯乙烯马来酸酐共聚物、弹性体增韧剂、高长径比的填料、茂金属线性聚乙烯、高流动性聚乙烯、功能性助剂进行混合，熔融共混、造粒、机械磨粉；
优选的，熔融共混的具体条件为：采用螺杆挤出机在130-160℃，螺杆转速为350-600rpm；
优选的，熔融共混造粒后利用机械磨粉机进行磨粉，选择30-80目筛网过筛，得到聚乙烯粉末。
10.一种如权利要求1-8任一项所述高附着力、耐开裂的聚乙烯粉末在大口径钢质管道中的应用，优选的，用于管道直径大于2米以上的大口径钢管。
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