聚乙烯组合物及其制备方法

文档序号:9762079阅读:263来源:国知局
聚乙烯组合物及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子材料领域,具体涉及一种聚乙烯组合物及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 低压管道输水灌溉是节水灌溉中一项行之有效的工程技术,通过机泵和管理系 统,直接将低压水流引入田间、沟、畦灌溉农田。低压输水管主要采用薄壁的硬聚氯乙烯 (PVC-υ)管和聚乙烯(PE)管。PE材料具有良好的柔韧性、耐寒性和耐内压等综合性能,同 时在挤出成型时具有优异的加工特性,满足高速加工要求,因此PE在管材用原料中占据主 要地位。
[0003] 灌溉管材的质量性能要求最重要的一点就是使用寿命,这与材料的耐老化和耐环 境应力开裂(ESCR)性能息息相关。灌溉管一般都在地表铺设,经常受到弯折,同时直接受 紫外线照射,老化速度很快,往往使用寿命不到半年。而且低压薄壁灌溉管的挤出速度非 常快(通常大于l〇〇m/min),采用单一的聚乙烯很难达到要求,必须对聚乙烯进行改性,主 要从拓宽相对分子质量分布入手,同时还要考虑到其耐老化、ESCR性能。目前国内没有专 用于节水灌溉的PE树脂牌号,各厂家使用聚乙烯树脂牌号杂乱,大多使用高密度聚乙烯 (HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)掺混使用,以适应产品的不同 应用领域,同时满足生产工艺和成本的要求。
[0004] 中国专利CN 103571007A公开了一种滴灌带材料的组合物,组成包括聚乙烯树 月旨、炭黑母料、PPA加工改性剂、硬脂酸钙,通过在聚乙烯树脂中添加适量的加工改性剂解决 了滴灌带产品生产过程中成型困难、生产效率低、外观质量差等问题,同时提高了产品加工 性能,减少了口 t旲积料,提1? 了广品外观质量,提1? 了广品的一次合格率。
[0005] 中国专利CN 1693356公开了一种超薄滴灌带的材料组合物,组成包含有中密度 聚乙烯,乙烯-乙酸乙烯共聚物,低密度聚乙烯,高密度聚乙烯,炭黑,纳米碳酸钙,使超薄 滴灌带的生产成本与原滴灌带成本降低三分之一,生产速度提高三倍以上。
[0006] 中国专利CN 103665508A公开了一种滴灌管用聚乙烯组合物,各组分包括HDPE、 LDPE、茂金属PE、抗氧剂、炭黑和含氟加工助剂,具有良好的强度、柔韧性、耐老化和加工性 能,但其ESCR时间仅大于200h。
[0007] 上述专利中的组合物都采用HDPE和LDPE共混作为基体树脂,可通过高速挤出可 实现管材的薄壁化,所制备的滴灌管在强度、柔韧性、加工性能和耐老化性能等方面都表现 良好,适用于节水灌溉系统所用的管材。但在制备过程中上述专利中未对炭黑进行适当的 预处理,因此炭黑分散性较差,从而造成材料的力学和加工性能下降。滴灌管一般在地表铺 设,直接受太阳照射和雨水浸泡,而且在施工和使用中管材常受弯折和挤压作用,目前所用 滴灌管材料的耐老化、ESCR性能均有所不足。

【发明内容】

[0008] 针对上述问题,本发明提供一种聚乙烯组合物,其以高密度聚乙烯(HDPE)和线性 低密度聚乙烯(LLDPE)共混为基础树脂,并包含聚乙烯分子接枝烯基硅烷偶联剂的产物以 及由所述烯基硅烷偶联剂改性的炭黑。本发明的技术方案在满足高速挤出的同时,改善材 料的耐环境应力开裂性能(ESCR)。
[0009] 在一个具体的实施方式中,按重量计,所述低压灌溉管用聚乙烯组合物包括以下 组份:
[0010] a.高密度聚乙烯,100份;
[0011] b.线性低密度聚乙烯,10-100份,优选20-40份;
[0012] c.抗氧剂,0· 1-2 份;
[0013] d.改性的炭黑,1-5份,优选2-3份;
[0014] e.烯基??圭烧偶联剂,1_5份,优选2_4份;
[0015] f.引发剂,0· 1-1 份。
[0016] 在一个具体的实施方式中,所述烯基硅烷偶联剂为乙烯基烯基硅烷偶联剂,其通 式为CH 2 = CH2- (CH2) n-SiX3,其中X选自甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、三叔丁氧基、乙酰氧 基,η选自0、1、2和3。
[0017] 在一个具体的实施方式中,所述抗氧剂选自酚类、受阻胺类和亚磷酸酯类抗氧剂 中的至少一种。例如所述抗氧剂可以是四[β-(3,5_二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊 四醇酯、三[2. 4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八 碳醇醋等。
[0018] 在一个具体的实施方式中,所述改性的炭黑的粒径为20_50nm。
[0019] 在一个具体的实施方式中,所述引发剂可为本领域常规的引发剂,优选有机过氧 化物,更优选二烷基过氧化物,例如过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基等。
[0020] 本发明还提供一种上述聚乙烯组合物的制备方法,包括以下步骤:
[0021] 步骤A,采用高能球磨法将炭黑粒子细化,同时将溶于溶剂的所述烯基硅烷偶联剂 以喷雾的方式涂覆在细化后的炭黑表面上,得到改性的炭黑;
[0022] 步骤B,将所述高密度聚乙烯、所述线性低密度聚乙烯、所述抗氧剂、所述引发剂和 所述改性后的炭黑预混,然后熔融共混,随后挤出造粒,得到所述聚乙烯组合物。
[0023] 在一个【具体实施方式】中,各原料的质量份数分别为:
[0024] a.高密度聚乙烯,100份;
[0025] b.线性低密度聚乙烯,10-100份,优选20-40份;
[0026] c.抗氧剂,0· 1-2 份;
[0027] d.改性的炭黑,1-5份,优选2-3份;
[0028] e.烯基??圭烧偶联剂,1-5份,优选2-4份;
[0029] f.引发剂,〇· 1_1 份。
[0030] 在本发明的步骤A中,通过边粉碎边涂覆的方法,更容易实现炭黑的微细化,采用 的炭黑粒子可以是工业级炭黑,细化后的炭黑的粒径优选为20-50nm。
[0031] 在本发明的制备方法中,所述烯基硅烷偶联剂中的-SiX3基团可与炭黑粒子表面 结合形成Si-0-CB键,同时其另一端的烯基可与PE大分子链接枝反应。炭黑表面和PE分 子链的结合更为牢固,组合物中残余小分子含量更少,可大大提高组合物的耐ESCR性能。
[0032] 在一个具体的实施方式中,步骤A还包括将球磨并涂覆烯基硅烷偶联剂的炭黑过 筛,95-105°C下脱除多余的溶剂,得到烯基硅烷偶联剂改性后的炭黑。优选地,在球磨的过 程中要控制力度,避免物料的温度超过105°C。烯基硅烷偶联剂中的X基团与炭黑表面的羟 基或羧基结合形成Si-0-CB键,以达到表面改性的目的。
[0033] 在一个具体的实施方式中,步骤A中所述溶剂选自醇类,优选乙醇、异丙醇或叔丁 醇或其任意混合物;更优选无水乙醇。
[0034] 本发明还提供所述聚乙烯组合物制备低压灌溉管的应用。优选地,所述低压灌溉 管的壁厚为〇. 50mm-1. 2mm。
[0035] 本发明所述组合物按照聚乙烯低压灌溉管性能要求,选择HDPE和LLDPE共混作为 基础树脂,拓宽分子量分布,改善加工性能,满足高速挤出的需要。炭黑的加入能提高材料 的强度和耐老化性能,采用高能球磨法对炭黑表面硅烷改性近一步提高粒子的分散程度。 同时聚乙烯树脂通过烯基硅烷偶联剂在双螺杆挤出中熔融接枝,提高组合物的耐ESCR性 能。另外制备工艺简单可靠,炭黑表面改性和大分子链的接枝均采用同一种烯基硅烷,使炭 黑和PE分子链的结合更为牢固,而且组合物中残余的小分子量大大较少,进一步提
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