CN1186821A - 一种包覆金属管用聚乙烯组合物及制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包覆管用聚乙烯组合物及其制法,属于高分子组合物及管道防腐技术领域。其特点是以乙烯－α烯烃共聚物为主要基础树脂,以低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯为改性组分,配合以胺类抗氧剂为主抗氧剂的复合抗氧体系。本发明组合物采用两步法工艺路线制备。该组合物不仅具有优良的物理机械性能、耐低温冲击性能和良好的成型加工性能,而且,耐环境应力开裂性能和耐热氧老化性能突出。可广泛应用于各种金属管道的内外防腐和挤出管材、板材。

Description

一种包覆金属管用聚乙烯组合物及制备工艺
本发明属于高分子组合物领域，具体地说本发明涉及用聚乙烯、抗氧剂和颜料制备具有耐热氧老化和耐环境应力开裂的聚乙烯组合物，用于金属管道及容器的内外防腐层和挤出管材、板材。
金属管的腐蚀是制约管道使用寿命的关键因素之一，管道防腐材料和防腐技术的研究一直受到高度重视，聚乙烯作为一种新型防腐材料，与传统的防腐材料相比，具有良好的机械强度、电绝缘性能和易施工特性，另外为使用所需，该类材料还应具备良好的耐环境应力开裂性能、耐高低温性能和耐老化性能。日本专利特开昭-210947公开了一种用于钢管防腐的耐低温冲击性的聚乙烯组合物，该组合物包含乙烯聚合物和乙烯-α烯烃共聚物。它是采用密度大于0.950g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)为(5～2000)g/10min的聚乙烯(A)30～60重量份，与密度为(0.890～0.940)g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)为(0.005～0.1)g/10min的乙烯-α烯烃共聚物(B)40～70重量份混合，添加抗氧剂、紫外线吸收剂、稳定剂组成。这种组合物具有良好的耐低温冲击性能和耐应力开裂性能，但该发明并未能解决材料的耐热氧老化问题。
本发明的目的在于提供一种既具有良好物理机械性能、耐低温冲击性能、耐应力开裂性能，又兼具良好耐热氧老化性能的聚乙烯组合物。
本发明的目的还在于提供本发明组合物的制备工艺。
本发明提供的组合物的组成为(重量)：聚乙烯A密度(0.930～0.949)g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)(0.05～1.0)g/10min 70～95份，聚乙烯B密度(0.890～0.930)g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)(1.0～10.0)g/10min 5～30份，抗氧剂0.1～1.0份，颜料0～3.0份。聚乙烯A是一种乙烯-α稀烃共聚物，其密度最佳范围为(0.935～0.945)g/cm3，熔体流动速率最最佳范围(2.16kg砝码)为(0.1～0.5)g/10min，聚乙烯B选自低密度或线性低密度聚乙烯中的一种，添加该组分的目的主要是方便组合物的制备，因为颜料、抗氧剂可以先添加到聚乙烯B中制成浓缩母料，这样就能保证小剂量的颜料和抗氧剂在组合物中分布均匀，同时，加入聚乙烯B也改善了组合物的成型加工性能。聚乙烯B的密度最佳范围为(0.900～0.920)g/cm3，熔体流动速率最佳范围为(2.16kg砝码)(2.0～5.0)g/10min。抗氧剂可以只含有抗氧剂A，也可以由抗氧剂A和抗氧剂B组成抗氧剂体系或由抗氧剂A、抗氧剂B和抗氧剂C组成抗氧剂体系。抗氧剂A为胺类抗氧剂，抗氧剂B和抗氧剂C分别选自硫酯类抗氧剂、酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种，当由抗氧剂A和抗氧剂B组成抗氧剂体系时，其重量比为A∶B＝(1～5)∶1。当由抗氧剂A、抗氧剂B和抗氧剂C组成抗氧剂体系时，其重量比为A∶B∶C＝(1～10)∶(1～5)∶1。抗氧剂A最好是具有 结构的对苯胺型抗氧剂，其中R、R’分别为烷基或苯基。这种抗氧剂体系具有优良的抗氧效率，特别适于深色材料，尤其是黑色材料。在组合物中抗氧剂用量为0.1～1.0份，太低无法保证组合物的耐热氧老化性能，太高不仅增加了成本，而且组合物的耐热氧老化性能反而下降。本发明不加颜料亦可达到发明效果，但组合物的耐光性差，本发明中的颜料优选为炭黑。
本发明提供的组合物的制备工艺为“两步法”工艺，首先将颜料、抗氧剂与聚乙烯B混合，经密闭式炼塑机、双辊筒炼塑机和螺杆挤出机混炼捏合成母料，然后将母料与聚乙烯A混合制备组合物。
本发明提供的聚乙烯组合物具备良好的物理机械性能、耐低温冲击性能和耐应力开裂性能，复合抗氧剂体系的加入，大幅度地改善了组合物的耐热氧老化性能，采用“两步法”工艺制备组合物，能保证组合物内各种组分均匀分布及分散，提高组合物性能稳定性和可靠性，因此组合物具备优良的综合性能。
以下实施例说明本发明的效果，实施例性能测定结果见表1。
实施例1：
聚乙烯A密度0.945g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)0.15g/10min：85份，聚乙烯B密度0.920g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)2.5g/10min：15份，抗氧剂N，N’-双(1-乙基-3-甲基戊基)对苯二胺0.2份。
实施例2：
聚乙烯A  密度o.945g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)0.15g/10min：85份，聚乙烯B密度0.920g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)2.5g/10min：15份，抗氧剂N，N’-双(1-乙基-3-甲基戊基)对苯二胺0.3份。炭黑2.0份。
实施例3：
聚乙烯A密度0.945g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)0.15g/10min：85份，聚乙烯B密度0.920g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)2.5g/10min：15份，抗氧剂N.N’-双(1-乙基-3-甲基戊基)对苯二胺0.3份。抗氧剂亚磷酸三苯酯0.1份，炭黑2.0份。
实施例4
聚乙烯A密度0.940g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)0.15g/10min：90份，聚乙烯B密度0.920g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)2.5g/10min：10份，抗氧剂N.N’-双(1-乙基-3-甲基戊基)对苯二胺0.2份。抗氧剂硫代二丙酸二月桂酯0.1份，炭黑2.0份。
实施例5：
聚乙烯A密度0.935g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)0.10g/10min：80份，聚乙烯B  密度0.920g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)2.5g/10min：20份，抗氧剂N.N’-2-甲基对苯二胺0.3份，抗氧剂亚磷酸三苯酯0.1份，抗氧剂四〔3-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯0.1份，炭黑2.0份。
实施例6：
聚乙烯A密度0.935g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)0.10g/10min：95份，聚乙烯B密度0.920g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)2.5g/10min：5份，抗氧剂N.N’-2-甲基对苯二胺0.2份，抗氧剂亚磷酸三苯酯0.1份，抗氧剂硫代二丙酸二月桂酯0.1份，炭黑2.0份。
                      表1实施例性能测试结果
  项目 测试方法 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
密度(g/cm3) ASTM D1505  0.940  0.950  0.947  0.947  0.941  0.942
熔体流动速率(21.6kg)(g/10min) ASTM D1238  0.20  0.20  0.18  0.17  0.25  0.12
拉伸强度(MPa) ASTM D638  31.0  30.8  30.9  29.7  32.2  31.8
断裂伸长率(％) ASTM D638  850  950  870  900  880  910
耐环境应力开裂(h) ASTM D1693  ＞1000  ＞1000  ＞1000  ＞1000  ＞1000  ＞1000
冲击脆化温度(℃) ASTM D746  ＜-100  ＜-100  ＜-100  ＜-100  ＜-100  ＜-100
氧化诱导温度(℃) ASTM D3350  255  257  275  270  275  281

Claims (11)

1、一种包覆金属管用聚乙烯组合物，其组成为：
(a)聚乙烯A密度(0.930～0.949)g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)为(0.05～1.0)g/10min；
(b)聚乙烯B密度(0.890～0.930)g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)为(1.0～10.0)g/10min；
(c)抗氧剂
(d)颜料
各组份的重量含量为聚乙烯A 70～95份，聚乙烯B 5～30份，抗氧剂0.1～1.0份，颜料0～3.0份。
2、如权利要求1所述的聚乙烯组合物，其特征在于聚乙烯A是乙烯-α烯烃共聚物，密度范围为(0.935～0.945)g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)范围为(0.1～0.5)g/10min。
3、如权利要求1所述的聚乙烯组合物，其特征在于聚乙烯B选自低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯中的一种，密度范围为(0.900～0.920)g/cm3，熔体流动速率(2.16kg砝码)范围为(2.0～5.0)g/10min。
4、如权利要求1所述的聚乙烯组合物，其特征在于抗氧剂是选抗氧剂A胺类抗氧剂，用量为0.1～0.5份。
5、如权利要求1所述的聚乙烯组合物，其特征在于抗氧剂是由抗氧剂A和抗氧剂B按重量比(1～5)∶1组成的，抗氧剂A为胺类抗氧剂，抗氧剂B选自酚类、亚磷酸酯类、硫酯类抗氧剂。
6、如权利要求1所述的聚乙烯组合物，其特征在于抗氧剂是由抗氧剂A、抗氧剂B和抗氧剂C按重量比(1～10)∶(1～5)∶1组成的，抗氧剂A为胺类抗氧剂，抗氧剂B和抗氧剂C分别选自酚类、亚磷酸酯类、硫酯类抗氧剂。
7、如权利要求4至6所述之一的抗氧剂A是指含有
Figure A9611614400021
结构的对苯胺型抗氧剂，R、R′分别是烷基或苯基。
8、如权利要求1所述的聚乙烯组合物，其特征在于颜料为炭黑，重量含量为1～3份。
9、一种如权利要求1所述聚乙烯组合物的制备工艺，包括以下步骤：将抗氧剂、炭黑与聚乙烯B混合制成母料，然后将母料与聚乙烯A混合制成包覆金属管用聚乙烯组合物。
10、如权利要求1所述的聚乙烯组合物用于挤出管材、板材。
11、如权利要求1所述的聚乙烯组合物，用于制备金属管道、容器的外防腐层和防腐内衬层。
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