一種緩蝕劑插層水滑石/再生聚乙烯管道防腐膠黏劑材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于再生塑料利用領(lǐng)域，具體涉及一種緩蝕劑插層水滑石/再生聚乙烯管 道防腐膠黏劑復(fù)合材料的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前油氣輸送管道的防腐方式仍以三層聚乙烯（3PE)防腐涂層為主，3PE防腐涂 層以其優(yōu)良的耐腐蝕性能、力學性能及絕緣性能而得到廣泛的應(yīng)用并占據(jù)油氣輸送管道涂 層防腐領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。3PE防腐涂層包括環(huán)氧樹脂底層，膠黏劑中間層，聚乙烯專用料外 層。3PE防腐涂層能夠使基體與腐蝕介質(zhì)隔離，起到阻止或延緩腐蝕的作用。由于防腐涂 層存在補口與缺陷，必須與陰極保護相結(jié)合以提高防腐效果。但隨著管道使用年限的增長， 防腐涂層由于土壤溶液侵蝕，植被根系破壞等原因不斷老化。當管道防腐層破損嚴重時，距 離通電點較近的破損點將消耗過多的陰極保護電流；因此為了使較遠處鋼管達到最小的保 護電流密度，采取了增大通電點輸出電流，提高通電電位的措施。長期處于高電位大電流的 管道將發(fā)生嚴重的析氫腐蝕，并最終導(dǎo)致防腐層陰極剝離，致使管道腐蝕加劇。因此具有更 好阻隔腐蝕介質(zhì)作用、抑制析氫腐蝕的防腐涂層材料能夠提高管道的耐腐蝕性能及使用壽 命。
[0003] 近年來水滑石以其組成結(jié)構(gòu)可控、層間陰離子可交換性等特征，廣泛用于制備具 有吸附、離子交換、藥物緩釋等功能材料領(lǐng)域。緩蝕劑插層水滑石具有優(yōu)異的緩釋效果廣泛 應(yīng)用于涂料、鋼材及鎂鋁合金的防腐；但其在3PE防腐管道的膠黏劑層改性中尚無報道。本 發(fā)明中片層狀緩蝕劑插層水滑石在再生聚乙烯防腐膠黏劑基體中的引入提高了阻隔性能 及防腐性能。同時水滑石納米顆粒提高聚乙烯膠黏劑層的力學性能。水滑石改性防腐層 能夠有效延緩管道防腐層的破壞，延長管道的使用壽命，確保管道安全和油氣正常運輸。當 前在熱塑性塑料回收應(yīng)用領(lǐng)域，聚乙烯占有較大比重，但附加值較低，通過功能性緩蝕劑插 層水滑石的引入，提高聚乙烯再生料的使用價值，提高我國資源利用率，節(jié)約資源和能源， 符合可持續(xù)發(fā)展趨勢，具有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 具體工藝步驟如下： 1.緩蝕劑插層水滑石母粒的制備 (1)水滑石的合成 按照M27M3+摩爾比為3. 0稱取+2價金屬離子硝酸鹽和+3價金屬離子硝酸鹽，配制硝 酸鹽混合溶液，其中M2+為Mg' Zn' Ni2+中的一種，M3+為Al 3+、Fe' Ti3+中的一種。插層 陰離子為釩酸根，鉬酸根，鉻酸根或磷鉬酸根中的一種?；旌消}溶液其中[M2+]=0.75mol/ L，[Μ3+]=0· 25mol/L。另取NaOH與插層陰離子的混合堿液，其中NaOH濃度0· 6 mol/L，插 層陰離子濃度為〇.45mol/L。采用微波輻射晶化法制備緩蝕劑插層納米水滑石。強烈攪拌 下，緩慢地將70°C混合鹽溶液與插層陰離子混合堿液同時滴加到少量水中，滴加過程中使 用氮氣保護，控制漿液pH=10~ll，30min內(nèi)滴加完畢。所得漿液在300~460W微波輻射下晶 化20~30min。冷卻后用去除CO2的蒸餾水抽濾洗滌至pH=7. 5,干燥粉碎后制得緩蝕劑插層 納米水滑石。
[0005] (2)緩蝕劑插層水滑石表面處理 將IKg緩蝕劑插層納米水滑石置于混料機中，低速攪拌過程中噴灑含有3%硅烷偶聯(lián)劑 的無水乙醇溶液35~50g，然后以400r/min的轉(zhuǎn)速攪拌15 min后干燥備用。
[0006] (3)緩蝕劑插層水滑石母粒制備 取0. 5~1. 5 Kg表面改性緩蝕劑插層水滑石，加入10 Kg再生低密度聚乙烯顆粒、抗氧 劑、適量潤滑劑，于混料機中以300r/min的速度攪拌10~15min后在雙螺桿擠出機中造粒， 加工溫度170~190°C，制得水滑石母粒。
[0007] 所述的+2價金屬鹽為硝酸鎂、硝酸鎳、硝酸鋅中的一種；+3價金屬鹽為硝酸鋁、硝 酸鐵、硝酸鈦中的一種。
[0008] 所述的緩蝕劑為釩酸鈉，鉬酸鈉，鉻酸鈉、磷鉬酸鈉中的一種。
[0009] 所述的硅烷偶聯(lián)劑為KH-550、KH-560、KH-602中的一種。
[0010] 所述的抗氧劑為1010、168、300、硫代二丙酸雙月桂酯（DLTP)中的一種或兩種的 復(fù)合。
[0011] 所述的潤滑劑為低分子量裂解蠟，白蠟油中的一種，添加量〇. 6~1. 0%。
[0012] 2.聚乙烯膠黏劑的制備 (1)接枝聚乙烯樹脂的制備 接枝聚乙烯樹脂原料按重量百分比配比如下： 再生高密度聚乙烯顆粒 40~60% 再生低密度聚乙烯顆粒 5~25% 再生線性低密度聚乙烯顆粒 20~40% 引發(fā)劑 0. 1~0. 2% 接枝單體 1~2%。
[0013] 上述原料在配方中總量為100%。
[0014] 制備工藝： a. 首先將再生高密度聚乙烯顆粒，再生低密度聚乙烯顆粒、再生線性低密度聚乙烯顆 粒、引發(fā)劑、接枝單體、按配方比例置于混料機中以300r/min混合10~15min，然后降溫至 30~40°C 出料； b. 冷卻后的混合料通過擠出機共混擠出造粒，雙螺桿擠出機轉(zhuǎn)速200r/min，擠出機 各區(qū)溫度為一區(qū)180°C，二區(qū)180°C，三區(qū)185°C，四區(qū)190°C，五區(qū)195°C，六區(qū)200°C，七區(qū) 200°C，八區(qū) 200°C，九區(qū) 200°C，機頭 190°C。
[0015] 所述接枝聚乙烯樹脂配方中再生高密度聚乙烯顆粒，再生低密度聚乙烯顆粒、再 生線性低密度聚乙烯顆粒為回收大桶料、中空料及膜料等經(jīng)過破碎清洗烘干后擠出造粒所 得的再生顆粒。
[0016] 所述的引發(fā)劑為過氧化二異丙苯（DCP)，過氧化苯甲酰（ΒΡ0)，二叔丁基過氧化物 (DTBP)中的一種。
[0017] 所述的接枝單體是馬來酸酐（MAH)、丙烯酸酯（AA)、甲基丙烯酸脫水甘油酯 (GMA)、苯乙烯中的兩種，接枝單體用量為基體聚乙烯樹脂總量的1~2%。
[0018] (2)聚乙烯膠黏劑的制備 防腐管道聚乙烯膠黏劑原料按重量百分比配比如下： 接枝再生聚乙烯顆粒 5~30% 再生聚乙烯基體樹脂顆粒 20~70% 再生聚乙烯管道料顆粒 20~40% 再生增韌劑顆粒 5~10% 炭黑母粒 4~6% 復(fù)合抗氧劑 0. 3~0. 6% 插層水滑石母粒 3~7% 成核劑 0· 1~0· 8% 上述原料在配方中總量為100%。
[0019] 聚乙烯膠黏劑的制備方法： a. 首先將接枝再生聚乙烯顆粒，再生聚乙烯基體樹脂顆粒、再生聚乙烯管道料顆粒、 再生增韌劑顆粒、插層水滑石母粒、炭黑母粒按配方比放入混合機中以400r/min混合 5~10min b. 再按配方比例加入成核劑、抗氧劑以400r/min混合10~15 min得均勾混合配料； c. 混合料通過雙螺桿擠出機共混后造粒即得成品，擠出機轉(zhuǎn)速400r/min，雙螺桿各 區(qū)溫度為一區(qū)180°C，二區(qū)180°C，三區(qū)190°C，四區(qū)190°C，五區(qū)200°C，六區(qū)200°C，七區(qū) 200°C，八區(qū) 200°C，九區(qū) 200°C，機頭 190°C。
[0020] 所述聚乙烯膠黏劑中聚乙烯基體樹脂組成按重量百分比配比為再生高密度聚乙 烯顆粒30~50%，再生低密度聚乙烯顆粒10~30%，再生線性低密度聚乙烯顆粒20~30%。
[0021] 所述再生聚乙烯管道料顆粒為PE80或PE100級進水管再生料，采用分子量雙峰 分布的管道料能夠提高再生料體系的加工性能，流動性及耐環(huán)境應(yīng)力開裂性。
[0022] 所述增韌劑為POE再生顆粒、EVA再生顆粒中的一種，提高體系加工性能，同時耐 環(huán)境應(yīng)力開裂。
[0023] 所用炭黑母粒中炭黑含量40~50%，LDPE含量50~60%。
[0024] 所述抗氧劑為1010、168、硫代二丙酸二月桂酯（DLTP)、300其中的一種或兩種復(fù) 合。
[0025] 所述聚烯烴成核劑為硬脂酸鉀、硬脂酸鋅、K7090、TM-3,二亞芐基山梨醇對羥基苯 甲酸中的一種或幾種。
[0026] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點： (1)本發(fā)明使用緩蝕劑插層水滑石與再生聚乙烯膠黏劑復(fù)合，制備的復(fù)合材料能夠有 效抑制因管材缺陷、陰極過保護而產(chǎn)生的析氫腐蝕對管材的破壞，增加管材使用壽命。
[0027] (2)納米粒徑的緩蝕劑插層水滑石在再生聚乙烯膠黏劑中起到增強作用，同時層 狀結(jié)構(gòu)對腐蝕介質(zhì)起到良好的阻隔作用。
[0028] (3)本發(fā)明配方以再生聚乙烯為基材制備聚乙烯膠黏劑材料，屬于資源回收再利 用領(lǐng)域，能夠大幅度節(jié)省能源，具有較高的社會價值。
[0029] (4)通過納米復(fù)合材料制備工藝及復(fù)合配方能夠降低再生聚乙烯材料因再次加工 造成的性能下降。
[0030] (5)本發(fā)明的產(chǎn)品對環(huán)氧樹脂及聚乙烯專用料層具有優(yōu)良的粘接強度。
[0031] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點： (1)本發(fā)明使用緩蝕劑插層水滑石與再生聚乙烯膠黏劑復(fù)合，制備的復(fù)合材料能夠有 效抑制因管材缺陷、陰極過保護而產(chǎn)生的析氫腐蝕對管材的破壞，增加管材使用壽命。
[0032] (2)納米粒徑的緩蝕劑插層水滑石在再生聚乙烯膠黏劑中起到增強作用，同時層 狀結(jié)構(gòu)對腐蝕介質(zhì)起到良好的阻隔作用。
[0033] (3)本發(fā)明配方以再生聚乙烯為基材制備聚乙烯膠黏劑材料，屬于資源回收再利 用領(lǐng)域，能夠大幅度節(jié)省能源，具有較高的社會價值。
[0034] (4)通過納米復(fù)合材料制備工藝及復(fù)合配方能夠降低再生聚乙烯材料因再次加工 造成的性能下降。
[0035] (5)本發(fā)明的產(chǎn)品對環(huán)氧樹脂及聚乙烯專用料層具有優(yōu)良的粘接強度。
【具體實施方式】
[0036] 實施例1 (一）緩蝕劑插層水滑石的制備 采用微波輻射晶化法制備緩蝕劑插層納米水滑石。混合鹽溶液中[Mg2+]=