CN115636998A

CN115636998A - 一种大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN115636998A
Application number: CN202211377147.3A
Authority: CN
Inventors: 刘智博; 倪奉尧; 伍金奎; 刘树; 孔涛; 孙之状; 孔祥奇
Original assignee: Shandong Donghong Pipe Industry Co Ltd
Current assignee: Shandong Donghong Pipe Industry Co Ltd
Priority date: 2022-11-04
Filing date: 2022-11-04
Publication date: 2023-01-24
Anticipated expiration: 2042-11-04
Also published as: CN115636998B

Abstract

本发明公开了一种高附着力耐焊缝开裂的大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末及其制备方法和应用，属于高分子材料技术领域。本发明的聚乙烯粉末由A组分和B组分组成，A组分：B组分＝1～2：1～2，质量比；A组分包括低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯树脂、马来酸酐接枝聚乙烯蜡、聚烯烃弹性体、填料、黑色母、抗氧剂；B组分原料包括低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯树脂、端环氧基聚乙烯蜡、聚醚蜡、聚烯烃弹性体、填料、黑色母、抗氧剂。本发明的聚乙烯粉末具有高粘附力，耐焊缝开裂，能够很好地解决大口径螺旋钢管在聚乙烯涂覆过程中焊缝处开裂的问题，具有良好的市场应用。

Description

一种大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高附着力耐焊缝开裂的大口径螺旋钢管用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。

聚乙烯粉末是整个粉末涂料体系中最早开发的品种，在热塑性粉末涂料中，用量最广，产量最大。聚乙烯粉末应用钢质管道的防腐工艺也比较成熟，但是大部分是应用于2米以下的钢管防腐涂覆使用，能够应用于2米以上的大口径螺旋钢管防腐的聚乙烯粉末较少。随着国家和地方上跨流域的调蓄水工程的增多，2米以上的大口径聚乙烯粉末防腐螺旋钢管的应用也越来越多。目前的聚乙烯粉末涂料应用于大口径螺旋钢管的防腐涂装，一方面存在与钢管附着力差的问题，另一方面螺旋钢管焊接过程中由于焊缝余高的存在使焊缝处的板材厚度较钢管本体的大，在聚乙烯粉末涂敷冷却过程中由于聚乙烯涂层在钢管本体处和焊缝处冷却结晶速率不同，聚乙烯粉末的结晶度高造成涂层收缩严重，导致焊缝处开裂的问题。因此，开发一种既能解决聚乙烯粉末涂层与钢管附着力差的问题又能解决大口径螺旋钢管涂覆聚乙烯粉末过程中焊缝处开裂问题的专用聚乙烯粉末意义重大。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末及其制备方法和应用，本发明提供的聚乙烯粉末具有高附着力耐焊缝开裂的特点，非常适合用于大口径螺旋钢管的防腐涂装。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末，所述聚乙烯粉末由A组分和B组分组成，A组分：B组分＝1～2：1～2，质量比；

其中，A组分原料按重量份包括低密度聚乙烯LDPE 30-50份、线性低密度聚乙烯LLDPE 20-40份、马来酸酐接枝聚乙烯树脂PE-g-MAH 5-20份、马来酸酐接枝聚乙烯蜡5-10份、聚烯烃弹性体5-10份、填料1-5份、黑色母2-5份、抗氧剂0.1-1份；

B组分原料按重量份包括低密度聚乙烯LDPE 30-50份、线性低密度聚乙烯LDPE20-40份、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯树脂PE-g-GMA 5-20份、端环氧基聚乙烯蜡5-10份、聚醚蜡1-5份、聚烯烃弹性体5-10份、填料1-5份、黑色母2-5份、抗氧剂0.1-1份。

另一方面，上述大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末的制备方法，包括以下步骤：

1)将A组分原料按照配方配比加入高速共混机，混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到聚乙烯料粒A；

2)将步骤1)制得的聚乙烯料粒A以机械法磨粉工艺进行磨粉，并通过振动筛进行过筛得到聚乙烯粉末A。

3)将B组分原料按照配方配比加入高速共混机，混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到聚乙烯料粒B；

4)将步骤1)制得的聚乙烯料粒B以机械法磨粉工艺进行磨粉，并通过振动筛进行过筛得到聚乙烯粉末B；

5)将2)得到的聚乙烯粉末A和4)得到的聚乙烯粉末B按照质量比A：B＝1～2：1～2在翻转混合机中混合均匀，即得。

第三方面，上述大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末在大口径螺旋钢管防腐中的应用。

本发明的有益效果为：

本发明的聚乙烯粉末中含有马来酸酐接枝聚乙烯树脂、马来酸酐接枝聚乙烯蜡、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯树脂、端环氧基聚乙烯蜡、聚醚蜡，在涂覆过程中A组分中的马来酸酐接枝聚乙烯树脂和马来酸酐接枝聚乙烯蜡与B组分中的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯树脂、端环氧基聚乙烯蜡、聚醚蜡以及螺旋钢管表面的极性基团发生反应，形成多种极性共价键，从而提高聚乙烯粉末与大口径螺旋焊接钢管的附着力。同时，添加的马来酸酐接枝聚乙烯蜡、端环氧基聚乙烯蜡、聚醚蜡等蜡基产品，能够与聚烯烃弹性体共同作用，降低聚乙烯粉末的结晶度，从而解决聚乙烯涂层在钢管本体处和焊缝处冷却结晶速率不同，导致焊缝处开裂的问题。本发明的聚乙烯粉末具有高粘附力，耐焊缝开裂，能够很好地解决大口径螺旋钢管在聚乙烯涂覆过程中焊缝处开裂的问题，具有良好的市场应用。

本发明的大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末制备方法简单、快速，生产效率高。

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，本文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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

鉴于目前无大口径螺旋钢管防腐专用涂料，且聚乙烯粉末涂料应用于大口径螺旋钢管的防腐涂装时存在聚乙烯粉末涂层与钢管附着力差、大口径螺旋钢管涂覆聚乙烯粉末过程中焊缝处开裂的问题，本发明提出了一种大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末及其制备方法和应用。

本发明的一种典型实施方式，提供了一种大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末，所述聚乙烯粉末由A组分和B组分组成，A组分：B组分＝1～2：1～2，质量比；

本发明的聚乙烯粉末中含有马来酸酐接枝聚乙烯树脂、马来酸酐接枝聚乙烯蜡、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯树脂、端环氧基聚乙烯蜡、聚醚蜡，在涂覆过程中A组分中的马来酸酐接枝聚乙烯树脂和马来酸酐接枝聚乙烯蜡与B组分中的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯树脂、端环氧基聚乙烯蜡、聚醚蜡以及螺旋钢管表面的极性基团发生反应，形成多种极性共价键，从而提高聚乙烯粉末与大口径螺旋焊接钢管的附着力。同时，本发明的聚乙烯粉末还添加了马来酸酐接枝聚乙烯蜡、端环氧基聚乙烯蜡、聚醚蜡等蜡基产品，能够与聚烯烃弹性体共同作用，降低聚乙烯粉末的结晶度，从而解决聚乙烯涂层在钢管本体处和焊缝处冷却结晶速率不同，导致焊缝处开裂的问题。

该实施例的一些实施方式中，A组分：B组分＝1：1，质量比。

该实施例的一些实施方式中，低密度聚乙烯LDPE 190℃，2.16kg负荷下熔融指数为5-20g/10min。优选的，所述低密度聚乙烯LDPE为：燕山石化的1C10A、1C7A、LD615，大庆石化的18G、1810S中的一种或多种的混合物。

该实施例的一些实施方式中，线性低密度聚乙烯LLDPE 190℃，2.16kg负荷下熔融指数为1.5-20g/10min。优选的，所述线性低密度聚乙烯LLDPE为：大庆石化的7042、7144，茂名石化的8916中的一种或多种的混合物。

该实施例的一些实施方式中，聚烯烃弹性体190℃，2.16kg负荷下熔融指数为1-20g/10min；优选的，所述聚烯烃弹性体为乙烯-辛烯共聚的聚烯烃弹性体。进一步优选的，所述聚烯烃弹性体为：LG化学的LC170、LC670，埃克森美孚的Exact POE8210，陶氏化学的POE7447、POE8130、POE8411、POE8450中的一种或多种的混合物。

该实施例的一些实施方式中，填料为纳米硫酸钡、纳米硅微粉、纳米碳酸钙中的一种或几种的混合物。

该实施例的一些实施方式中，黑色母中炭黑含量在40wt％-60wt％，聚乙烯含量在40wt％-60wt％，190℃、2.16kg负荷下熔融指数为10-50g/10min。优选的，所述黑色母为山东鲁燕的PE黑色母，或山东中艺橡塑的PE黑色母。

该实施例的一些实施方式中，抗氧剂为复合抗氧剂，优选为抗氧剂215。进一步优选的，所述抗氧剂215为山东临沂市三丰化工的抗氧剂215，或北京极易化工的抗氧剂215。

该实施例的一些实施方式中，马来酸酐接枝聚乙烯树脂PE-g-MAH 190℃，2.16kg负荷下熔融指数为2-10g/10min，酸酐接枝率为1-3％。优选的，所述马来酸酐接枝聚乙烯树脂PE-g-MAH为：山东东宏管业的M-6、F-1，陶氏化学的TY1351，美国杜邦的E265、E100中的一种或多种的混合物。

该实施例的一些实施方式中，马来酸酐接枝聚乙烯蜡，酸酐接枝率为2-10％。优选的，所述马来酸酐接枝聚乙烯蜡为寿光国发高分子材料有限公司的XY-5302、XY-5308，杭州海一高分子材料有限公司的HY-3308中的一种。

该实施例的一些实施方式中，甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯树脂PE-g-GMA在190℃，2.16kg负荷下熔融指数为2-10g/10min，甲基丙烯酸缩水甘油酯含量为5-12wt％。优选的，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯树脂为住友化工的IGETABOND BF-2C。

该实施例的一些实施方式中，端环氧基聚乙烯蜡为端基为环氧基团改性的聚乙烯蜡产品。优选的，所述端环氧基聚乙烯蜡为寿光国发高分子材料有限公司的XY-5201，或杭州海一高分子材料有限公司的HY-3201。

该实施例的一些实施方式中，聚醚蜡为端基为醚化改性的聚乙烯蜡产品。优选的，所述聚醚蜡为寿光国发高分子材料有限公司的XY-5206，或杭州海一高分子材料有限公司的HY-3206。

本发明的第二种典型实施方式，提供了上述大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末的制备方法，包括以下步骤：

该是实施例的一些实施方式中，1)中，所述聚乙烯料粒A的熔融指数为5-20g/10min(190℃，2.16kg)，拉伸强度＞9.8MPa，断裂伸长率＞300％。

该是实施例的一些实施方式中，3)中，所述聚乙烯料粒B的熔融指数在5-20g/10min(190℃，2.16kg)，拉伸强度＞9.8MPa，断裂伸长率＞300％。

该实施例的一些实施方式中，在130℃-150℃温度下，通过双螺杆挤出机挤出造粒。

该实施例的一些实施方式中，振动筛目数为60目。

该实施例的一些实施方式中，将2)得到的聚乙烯粉末A和4)得到的聚乙烯粉末B按照质量比A：B＝1：1在翻转混合机中混合均匀。

本发明的第三种典型实施方式，提供了上述大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末在大口径螺旋钢管防腐中的应用。本发明的聚乙烯粉末具有高粘附力，耐焊缝开裂，能够很好地解决大口径螺旋钢管在聚乙烯涂覆过程中焊缝处开裂的问题，具有良好的市场应用。

该实施例的一些实施方式中，所述螺旋钢管直径大于2米。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

以下实施例中熔融指数的测试方法采用GB/T3682-2020中的测试方法，测试条件为：190℃，2.16kg。

以下实施例中的拉伸强度和断裂伸长率按照GB/T1040.1-2018的方法进行测试。

以下实施例中附着力采用CJ/T120-2016附录A中的方法进行测试。

以下实施例中的结晶度(χc％)按照下式进行计算：

其中ΔH_f为聚乙烯粉末的熔融热焓，按照GB/T19466.3-2004中的方法进行测试。

为聚乙烯完全结晶时的熔融焓，为287.3J/g。(张乾.聚乙烯结晶度测定及结晶机理的研究[M].西安：西北工业大学，2003.)

以下实施例中的焊缝处开裂测试采用如下方法：选用直径为3448mm除锈后的大口径螺旋钢管，经过预热炉进行加热到钢管表面温度为200-240℃，将制备的聚乙烯粉末倒入流化槽中，采用流化槽工艺使钢管表面涂覆一层厚度1.8mm以上的聚乙烯粉末，经过熔融冷却后，采用10倍放大镜观察螺旋钢管焊缝处的聚乙烯涂层是否有开裂现象。

以下实施例中的涂层外观测试采用目视的方法，观察涂层是否光滑平整。

各实施例和对比例选用原料具体信息如下：

1、LDPE:燕山石化1C10A(熔融指数为10g/10min，190℃，2.16kg)；

2、LLDPE:茂名石化的8916(熔融指数为16g/10min，190℃，2.16kg)；

3、PE-g-MAH：山东东宏管业的F-1(熔融指数为5g/10min，190℃，2.16kg，接枝率为1.5％)；

4、PE-g-GMA：住友化工的IGETABOND BF-2C(熔融指数为3g/10min，190℃，2.16kg，接枝率为6％)；

5、马来酸酐接枝聚乙烯蜡：寿光国发高分子材料有限公司的XY-5302(接枝率2％)；

6、端环氧基聚乙烯蜡：杭州海一高分子材料有限公司的HY-3201；

7、聚醚蜡：寿光国发高分子材料有限公司的XY-5206；

8、聚烯烃弹性体：LG化学的LC170(熔融指数为1.1g/10min，190℃，2.16kg)；

9、填料：纳米硫酸钡(宜昌中泰新材料有限公司)；

10、黑色母：山东中艺橡塑的PE黑色母；

11、抗氧剂：山东临沂市三丰化工的抗氧剂215。

实施例1-3和对比例1-4的聚乙烯粉末的制备方法如下：

1、双组分聚乙烯粉末(实施例1-3以及对比例3、4)：

1)将A组分原料按照配方配比加入高速共混机，混合均匀后，在130℃-150℃温度下，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到聚乙烯料粒A；

2)将步骤1)制得的聚乙烯料粒A以机械法磨粉工艺进行磨粉，并通过60目振动筛进行过筛得到聚乙烯粉末A。

3)将B组分原料按照配方配比加入高速共混机，混合均匀后，在130℃-150℃温度下，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到聚乙烯料粒B；

4)将步骤3)制得的聚乙烯料粒B以机械法磨粉工艺进行磨粉，并通过60目振动筛进行过筛得到聚乙烯粉末B。

5)将步骤2)制备的聚乙烯粉末A和步骤4)制备的聚乙烯粉末B按照1:1的比例在翻转混合机中混合均匀，得到聚乙烯粉末。

2、单组分聚乙烯粉末(对比例1、2)：

对比例1和对比例2为单组分聚乙烯粉末其制备方法为：将原料按照配方配比加入高速共混机，混合均匀后，在130℃-150℃温度下，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到聚乙烯料粒；将制得的聚乙烯料粒以机械法磨粉工艺进行磨粉，并通过60目振动筛进行过筛得到聚乙烯粉末。

实施例1-3和对比例1-4的聚乙烯粉末原料及原料配比及制备的聚乙烯粉末测试性能如下表1所示：

表1、实施例1-3及对比例1-4原料配比及制备的聚乙烯粉末性能

由表1中的实施例1与对比例1、对比例2的测试结果分析可知，单独使用本发明聚乙烯粉末中的一种组分(A组分或B组分)制备的聚乙烯粉末与金属的附着力均较低。由对比例3和对比例4中的数据分析可知，单独使用马来酸酐接枝聚乙烯蜡、端环氧基聚乙烯蜡、聚醚蜡和单独使用弹性体的聚乙烯粉末其结晶度均较高，导致大口径螺旋钢管聚乙烯防腐涂层在焊缝处开裂。

由表1中的结果可知，本发明所提供的一种大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末，其涂覆后的聚乙烯粉末涂层与金属的附着力远大于CJ/T120-2016中要求的30N/cm，具有较为优异的附着力，且结晶度低，能够很好的解决大口径螺旋钢管在聚乙烯涂覆过程中焊缝处开裂的问题，因此本发明中的聚乙烯粉末具有良好的市场应用。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims

1.一种大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末，其特征是，所述聚乙烯粉末由A组分和B组分组成，A组分：B组分＝1～2：1～2，质量比；

其中，A组分原料按重量份包括低密度聚乙烯LDPE 30-50份、线性低密度聚乙烯LLDPE20-40份、马来酸酐接枝聚乙烯树脂PE-g-MAH 5-20份、马来酸酐接枝聚乙烯蜡5-10份、聚烯烃弹性体5-10份、填料1-5份、黑色母2-5份、抗氧剂0.1-1份；

B组分原料按重量份包括低密度聚乙烯LDPE 30-50份、线性低密度聚乙烯LDPE 20-40份、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯树脂PE-g-GMA 5-20份、端环氧基聚乙烯蜡5-10份、聚醚蜡1-5份、聚烯烃弹性体5-10份、填料1-5份、黑色母2-5份、抗氧剂0.1-1份。

2.如权利要求1所述大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末，其特征是，A组分：B组分＝1：1，质量比。

3.如权利要求1所述大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末，其特征是，所述低密度聚乙烯LDPE190℃，2.16kg负荷下熔融指数为5-20g/10min；

或，所述线性低密度聚乙烯LLDPE 190℃，2.16kg负荷下熔融指数为1.5-20g/10min；

或，所述聚烯烃弹性体190℃，2.16kg负荷下熔融指数为1-20g/10min；优选的，所述聚烯烃弹性体为乙烯-辛烯共聚的聚烯烃弹性体；

或，所述填料为纳米硫酸钡、纳米硅微粉、纳米碳酸钙中的一种或几种的混合物；

或，所述黑色母中炭黑含量在40wt％-60wt％，聚乙烯含量在40wt％-60wt％，190℃、2.16kg负荷下熔融指数为10-50g/10min；

或，所述抗氧剂为复合抗氧剂，优选为抗氧剂215。

4.如权利要求1所述大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末，其特征是，所述马来酸酐接枝聚乙烯树脂PE-g-MAH 190℃，2.16kg负荷下熔融指数为2-10g/10min，酸酐接枝率为1-3％；

或，所述马来酸酐接枝聚乙烯蜡，酸酐接枝率为2-10％。

5.如权利要求1所述大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末，其特征是，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯树脂PE-g-GMA在190℃，2.16kg负荷下熔融指数为2-10g/10min，甲基丙烯酸缩水甘油酯含量为5-12wt％。

6.如权利要求1所述大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末，其特征是，所述端环氧基聚乙烯蜡为端基为环氧基团改性的聚乙烯蜡产品。

7.如权利要求1所述大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末，其特征是，所述聚醚蜡为端基为醚化聚乙烯蜡产品。

8.权利要求1-7任一所述大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末的制备方法，其特征是，在130℃-150℃温度下，通过双螺杆挤出机挤出造粒；

所述振动筛目数为60目；

或，将2)得到的聚乙烯粉末A和4)得到的聚乙烯粉末B按照质量比A：B＝1：1在翻转混合机中混合均匀。

10.权利要求1～7中任意一项所述大口径螺旋钢管用聚乙烯粉末在大口径螺旋钢管防腐中的应用；

优选的，所述螺旋钢管直径大于2米。