一种PE材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及高分子材料，具体地，涉及一种pe材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前市场上使用的pe管道存在刚性较差、力学强度和耐候性能不足的缺点，而通过开发钢塑复合结构的管材可提升pe管道的力学强度，但存在钢塑结构不稳定、易分层开裂等缺陷问题；将具有吸收紫外光功能的炭黑制造成黑色母，并将黑色母用于pe管道的生产，可在一定程度上提升pe管道的耐候性能，但仍不能满足户外强紫外光线条件下的长期使用。

2、在聚合物材料体系里加入光稳定剂和光屏蔽剂能大大提高管材的耐老化性能。其中受阻胺型光稳定剂能通过自由基捕获，激励和分解氢过氧化物，具有自身可循环的独特优势，实现优异的抗老化性能，让材料延长寿命。近年来也合成了一些双功能性的受阻胺光稳定剂，如受阻胺/受阻酚分子内复合型抗老化剂，实现一剂多能化。然而低分子量光稳定剂和pe树脂的相容性不好，会导致在管道成型加工和使用过程中逐渐富集于材料表面，导致析出，从而降低pe管道的户外长期使用性能。

3、现有技术公开了一种防污涂料、高耐候防污损pe管及其制备方法和应用，该现有技术提供了一种高耐候防污损pe管，包括管体和包覆于管体外表面的防污涂层，其中管体包括以下组分：高密度聚乙烯树脂100～120份；无机增强填料9～21份；硅烷偶联剂10～15份；增韧剂3～8份；光稳定剂2～7份；钛白粉1～5份；增容剂5～9份。然而，该现有技术中为了达到较高的力学性能和耐候性能，其添加的硅烷偶联剂、光稳定剂及钛白粉原料量较大，在管体外表面包覆防污涂层后，其拉伸强度和简支梁冲击强度的最佳效果才只能分别达到26.8mpa和30.8kj/m2。

技术实现思路

1、为了解决现有pe管材管体自身的长期抗紫外老化性能不足的缺陷，提供了一种pe材料，通过控制pe材料制备过程中的原料量，并将光稳定剂负载于经硅烷偶联剂处理后的无机增强剂的表面，减少光稳定剂的析出，进而提高pe材料的力学性能和耐候性能，使其能够满足在户外强紫外线条件下的长期使用。

2、本发明的另一目的在于提供一种pe材料的制备方法。

3、本发明的又一目的在于提供一种pe材料制备得到的高强度耐候pe管材。

4、本发明的又一目的在于提供一种高强度耐候pe管材在液体运输方面的应用。

5、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

6、一种pe材料，由如下几种质量份数的组分组成：

7、

8、长效抗老化粉体由在硅烷偶联剂处理后的无机增强剂表面上负载光稳定剂制备得到。

9、本发明将光稳定剂负载在无机增强剂表面，利用无机增强剂与光稳定剂的极性作用锚定光稳定剂，促进了光稳定剂在pe树脂中的分散，能够减少光稳定剂在pe树脂中的迁移及析出，提升材料的耐水洗性能，减少光稳定剂使用量，提高光稳定剂的长效性，高效发挥光稳定剂的作用，提升材料的长效抗老化性能。

10、中空玻璃微珠密度小，在增强增刚的同时，可以降低材料的密度，克服现有技术中由于加入高密度填料进行增刚而导致的材料密度大幅提高的问题，且中空玻璃微珠的熔点高，可以提高材料的阻燃性和热变形温度，具有一定的热稳定性，进而可以保护材料在户外强紫外线的长期使用条件下，提升材料的耐候性。

11、钛白粉是一类光屏蔽剂，能够吸收或反射紫外线的物质，从而对紫外线有很强的阻隔能力，使光不能透入高分子内部，从而起到保护高分子的作用，提升材料的耐候性。

12、优选地，其他助剂为浓缩色母粒。

13、优选地，长效抗老化粉体质量份数为10.25～22.3份。

14、在此范围内，制备所得的pe材料具有更好的力学性能和耐候性能。

15、优选地，长效抗老化粉体中的光稳定剂的负载量为5～20wt％。

16、光稳定剂的负载量是通过红外光谱定量分析算得的，光稳定剂的负载量受光稳定剂的加入量、所选溶剂及其用量、超声时间的影响。在该光稳定剂的负载范围内，既能提供较好的耐候性能，又能降低光稳定剂的使用量。光稳定剂的负载量过少，制备得到的材料不能更好地满足户外强紫外线条件下的长期使用；光稳定剂的负载量过大，会降低光稳定剂在pe基体中的分散性，从而降低光稳定剂的利用率，造成原料浪费。

17、优选地，长效抗老化粉体由如下几种质量份数的组分组成：

18、硅烷偶联剂            0.075～0.3份；

19、无机增强剂            5～20份；

20、光稳定剂              0.1～2份；

21、硅烷偶联剂与无机增强剂的质量比为1：60～70。

22、本发明中硅烷偶联剂的使用量少，且不需要大量的光稳定剂，这是因为硅烷偶联剂具有光敏作用，会促进pe的光老化降解，硅烷偶联剂的作用位置是无机增强剂的表面，而光稳定剂又负载于无机增强剂表面，可能屏蔽了硅烷偶联剂的光敏老化作用，同时光稳定剂又可在一定程度上充当偶联剂，因此本发明中的硅烷偶联剂和光稳定剂的加量较少。

23、优选地，硅烷偶联剂与无机增强剂的质量比为1：65～68。

24、在该硅烷偶联剂与无机增强剂的质量比范围内，能更好地兼顾无机增强剂与pe基体的相容性和材料耐候性能，硅烷偶联剂与无机增强剂的质量比过小，无机增强剂和pe基体的结合能力较差，从而不能较好地达到增强pe材料力学强度的目的；硅烷偶联剂与无机增强剂的质量比过大，则会促进pe的光老化降解，使得材料的力学性能下降。

25、优选地，硅烷偶联剂为kh520、kh530、kh540、kh550、kh560、kh570、kh580、kh590中的一种或几种。

26、优选地，无机增强剂为纳米埃洛石、蒙脱土、滑石粉、白云母中的一种或几种。

27、将经过硅烷偶联剂处理的纳米埃洛石、蒙脱土、滑石粉、白云母与中空玻璃微珠等增强材料添加到hdpe树脂中，能够解决无机增强剂与hdpe树脂的相容性问题，从而减少长效抗老化粉体析出，进而提升材料的长效抗紫外老化性能。

28、优选地，光稳定剂为622光稳定剂、944光稳定剂、3835光稳定剂、119光稳定剂、123光稳定剂、s-eed光稳定剂、3346光稳定剂中的一种或几种。

29、进一步地，光稳定剂为高分子量光稳定剂，其分子量大于2100。

30、更进一步地，光稳定剂为119光稳定剂、622光稳定剂、944光稳定剂中的一种或几种。

31、由于光稳定剂分子量较低和pe树脂的相容性不好，会导致在管道成型加工和使用过程中逐渐富集于材料表面，从而易析出，因此本发明优选加入高分子量光稳定剂，且把高分子量光稳定剂负载在无机增强剂表面，利用填料与光稳定剂的极性作用锚定光稳定剂，使其具有一定的抗析出和耐水洗性能，进而能够使得材料的力学性能和长效抗老化性能得到提高。

32、本发明中加入长效抗老化粉体与钛白粉进行协同复配，先通过钛白粉屏蔽和反射大部分紫外光，再通过光稳定剂捕获pe树脂老化过程中的自由基和过氧化物，降低了光稳定剂的损耗速度，从而提高pe材料长期抗紫外老化性能，达到制备强度高、耐候性能好的pe材料的目的。

33、本发明还保护一种上述pe材料的制备方法，包括如下步骤：

34、s1.先用硅烷偶联剂处理无机增强剂，再将光稳定剂负载于处理后的无机增强剂上，得到长效抗老化粉体；

35、s2.将长效抗老化粉体、中空玻璃微珠、钛白粉和其他助剂搅拌混匀，熔融挤出得到助剂混粒；

36、s3.将hdpe树脂、助剂混粒投入料筒内，挤出得到pe材料。

37、在本发明的具体实施方式中，步骤s1中硅烷偶联剂处理无机增强剂的方式可以为将硅烷偶联剂与无水乙醇混合(按体积份数算，质量比例为1：5～15)，得到硅烷偶联剂的稀溶液并加入到无机增加剂中，等无水乙醇几乎挥发完后，得到硅烷偶联剂处理过的无机增强剂；

38、光稳定剂的负载方式可以为把一定量无机增强剂加入到n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中，超声处理20～40分钟，得到分散液，然后加入光稳定剂，继续超声处理5～20分钟，然后烘干研磨过筛，得到光稳定剂负载的无机增强剂。

39、本发明还保护一种上述pe材料制备得到的高强度耐候pe管材。

40、本发明还保护一种上述高强度耐候pe管材在液体运输方面的应用。

41、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

42、本发明通过控制pe材料制备过程中的原料量及制备方式，使得制备所得的pe材料拉伸强度达到27.67mpa以上，弯曲强度达到25.89mpa以上，密度小于1.06g.cm-3，并在紫外光老化5000h后，其拉伸强度保持率达到94.1％以上，断裂伸长率保持率达到92.1％以上，抗冲击强度保持率达到93％以上，pe材料的力学性能和耐候性能仍然保持较高水平，使其能够满足在户外强紫外线条件下的长期使用。