环氧改性聚乙烯双组分粉末涂料

摘要

本发明涉及一种AB双组份粉末涂料，其中A组分由聚乙烯和固化剂等组成，B组份由聚乙烯和环氧树脂等组成，A与B在适当条件下发生固化发应，形成互穿网络结构，同时粉末中的部分环氧与固化剂可与底层环氧及固化剂发生固化发应，因此该涂层具有优良的防腐性、抗耐阴极剥离性能、抗机械损伤等性能，且与钢材附着性能好，同时具有工序简单，生产简便，原料价廉易得，综合成本低等优点，可替代现有防腐涂层，能极大降低工程成本，提高油田防腐技术水平。另外还公开了该粉末涂料的制备方法。

权利要求

1.一种环氧改性聚乙烯双组分粉末涂料，其中A、B组分按照重量份计算如下所示：物料                             A组份         B组份熔融指数为0.2-2的HDPE            30～80        30～80熔融指数为10-15的HDPE            10～50        10～50LLDPE                            5～40         5～40PE改性剂                         5～30         5～30引发剂                           0.1～5        0.1～5抗氧剂1010                       0.1～5        0.1～5硬酯酸                           0.1～5        0.1～5纳米二氧化硅无机填料             0～20         0～20硅烷偶联剂                       0～5          0～5酸酐类、双氰胺类、咪唑类或酚醛

                                 3～30         0树脂类固化剂

双酚A型固体环氧树脂              0             5～30A∶B＝1∶1～1.3。

2.按照权利要求1所述的环氧改性聚乙烯双组分粉末涂料，其特征在于：A、B组分按照重量份计算如下所示：物料                             A组份         B组份熔融指数为0.2-2的HDPE            30～80        30～80熔融指数为10-15的HDPE            10～50        10～50LLDPE                             5～40         5～40PE改性剂                          5～10         5～10引发剂                            0.1～1        0.1～1抗氧剂1010                        0.1～1        0.1～1硬酯酸                            0.1～1        0.1～1纳米二氧化硅无机填料              1～10         1～10硅烷偶联剂                        0.1～1        0.1～1酸酐类、双氰胺类、咪唑类或酚醛    3～10         0树脂类固化剂

双酚A型固体环氧树脂               0             5～10

3.按照权利要求1或2所述的环氧改性聚乙烯双组分粉末涂料，其特征在于：所述PE改性剂为不饱和二元羧酸酐或丙烯酸羟丙酯。

4.按照权利要求3所述的环氧改性聚乙烯双组分粉末涂料，其特征在于：所述PE改性剂为马来酸酐。

5.按照权利要求1或2所述的环氧改性聚乙烯双组分粉末涂料，其特征在于：所述引发剂为过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)或过氧化二苯甲酰(BPO)中的一种。

6.按照权利要求5所述的环氧改性聚乙烯双组分粉末涂料，其特征在于：所述引发剂为过氧化二异丙苯(DCP)。

7.按照权利要求1或2所述的环氧改性聚乙烯双组分粉末涂料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。

8.按照权利要求1或2所述的环氧改性聚乙烯双组分粉末涂料，其特征在于：所述固化剂为马来酸酐或邻苯二甲酸酐中的一种。

说明书

技术领域：

本发明涉及粉末涂料，具体的是一种双组分粉末涂料。 

背景技术：

随着石油、天然气管道工程建设的发展，管道防腐新材料、新结构也在不断推陈出新，目前使用较多的是3PE体系。3PE技术虽然具有良好的防腐性能，但是在生产和使用过程中仍存在很多问题： 

(1)生产控制复杂，易产生多种粘接力失效缺陷，不同材料层间粘接存在分层危险；因为采用3PE管道存在三个界面层，即金属管道层-环氧粘接剂层-聚乙烯界面层，粘接层和外层聚乙烯之间的剥离强度为三个界面层间剥离强度中的最小值，剥离强度在20±5℃时仅为35(N/cm)。 

(2)生产中加热温度过高影响管材性能； 

(3)管件与干线管防腐层无法一致，环向焊缝补口存在隐患； 

(4)不能与阴极保护协调工作，对保护电流构成屏蔽。 

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是针对背景中存在的问题，提供一种双组分粉末涂料，使用该涂料对石油、天然气管道进行防腐处理后，防腐层与金属管道层的层间附着力大，不容易产生层间剥离。 

为实现上述发明目的，本发明的技术解决方案是：A、B组分按照重量份计算如下表所示： 

  物料    A组份    B组份    熔融指数为0.2-2的HDPE    30～80    30～80    熔融指数为10-15的HDPE    10～50    10～50 

[0010]    LLDPE    5～40    5～40    PE改性剂    5～30    5～30    引发剂    0.1～5    0.1～5    抗氧剂1010    0.1～5    0.1～5    硬酯酸    0.1～5    0.1～5    纳米二氧化硅无机填料    0～20    0～20    硅烷偶联剂    0～5    0～5    酸酐类、双氰胺类、咪唑类或酚醛  树脂类固化剂    3～30    -    双酚A型固体环氧树脂    -    5～30 A∶B＝1∶1～1.3(重量比) 
优选A、B组分按照重量份计算如下表所示： 
物料                              A组份     B组份 
熔融指数为0.2-2的HDPE             30～80    30～80 
熔融指数为10-15的HDPE             10～50    10～50 
LLDPE                             5～40     5～40 
PE改性剂                          5～10     5～10 
引发剂                            0.1～1    0.1～1 
抗氧剂1010                        0.1～1    0.1～1 
硬酯酸                            0.1～1    0.1～1 
纳米二氧化硅无机填料              1～10     1～10 
硅烷偶联剂                        0.1～1    0.1～1 
酸酐类、双氰胺类、咪唑类或酚醛    3～10     0 
树脂类固化剂 
双酚A型固体环氧树脂    0    5～10 
所述PE改性剂是指可以改善聚乙烯极性的一类物质。由于聚乙烯是非极性材料，粘结性很差，所以用带有极性官能团的单体对PE进行改性，通常用不饱和二元羧酸酐、丙烯酸羟丙酯等对PE进行接枝改性，优选采用马来酸酐。 
所述引发剂指一类容易受热分解成自由基(即初级自由基)的化合物，可用于引发烯类、双烯类单体的自由基聚合和共聚合反应。主要采用过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)、过氧化二苯甲酰(BPO)等过氧化物类引发剂，优选采用过氧化二异丙苯(DCP)。 
所述抗氧剂指一些能够抑制或者延缓高聚物和其他有机化合物在空气中热氧化的有机化合物。本申请使用的抗氧剂1010是一种多元受阻酚型抗氧剂，有良好的防止光和热引起的变色作用，与聚乙烯具有很好的相容性。 
所述无机填料为了喷涂时使涂料牢固的附着在基体上，须减小聚乙烯的挤出胀大比，而刚性粒子减小聚合物的挤出胀大现象最为显著。本发明选取纳米SiO2粒子作为填料以改善聚乙烯的挤出胀大现象。 
所述偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-偶联剂-无机基体结合层，从而改善二者的界面粘接性能。本发明采用硅烷偶联剂对SiO2粉末进行处理，形成聚乙烯基体-偶联剂-SiO2粉末结合层，以改善体系的力学性能及粘接性能。本发明优选采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)。 
所述固化剂是一类促进和调节固化反应的助剂。本发明优选酸酐类固化剂，如马来酸酐、邻苯二甲酸酐等。 
所述环氧树脂采用双酚A型固体环氧树脂。环氧基能与多种材料的表面形成化学键，因此涂层具有优良的附着力。而双酚A骨架给予树脂极好的耐 热性和强韧性，使涂层有良好的机械性能和热稳定性。所采用的双酚A型固体环氧树脂主要为E-12(软化点：85-95℃，环氧值：0.11-0.13)、E-03(软化点：135-145℃，环氧值：0.025-0.04)。 
制备方法，步骤如下：(1)聚乙烯的改性处理：按照配方要求，将粉末聚乙烯与改性剂及引发剂在一定温度下进行接枝反应；(2)无机填料的处理：将无机填料用偶联剂进行表面改性处理；(3)A、B组分粉末涂料的配制：以上述改性聚乙烯为基体，与各种助剂在高速混合机中混合均匀，投入双螺杆挤出机中熔融挤出；再低温冷冻，制备粒径为60～100目的粉末，加入经过表面改性处理的无机填料搅拌均匀，并分别配制A、B组分。 
接枝反应：按照配方中A、B组分配比关系，将全部聚乙烯与PE改性剂(5-30份)及引发剂(0.1-5份)在高速捏合机中进行混合，使各物料分散均匀。然后将混合后物料投入双螺杆挤出机中在一定温度下(螺杆各段温度160～170--170～180--160～180--150～170℃)进行接枝反应。 
无机填料的处理：硅烷偶联剂溶液处理纳米二氧化硅粒子时，采用喷雾法处理。将偶联剂先配制成25％的乙醇溶液，而后将纳米粒子置入高速混合器内，在搅拌下泵入呈细雾状的硅烷偶联剂溶液，硅烷偶联剂的用量约为二氧化硅粒子质量的0.1％-1％。处理20min即可结束，随后用动态干燥法干燥。也可使用硅烷偶联剂原液对二氧化硅粒子进行喷雾处理。 
该粉末涂料使用时采用常规的粉末涂料施工办法进行即可。施工时先涂敷普通环氧防腐类涂料，厚度为80-120μm，第二层为改性聚乙烯，厚度为1000-1500μm。 
本发明首次提出了采用以PE为基体的AB双组份IPN粉末涂料体系：即在对PE进行改性处理的基础上，与环氧粉末配合，组成AB双组份粉末涂料，其中A组分由聚乙烯和固化剂等组成，B组份由聚乙烯和环氧树脂等组成，A与B在适当条件下发生固化发应，形成互穿网络结构，同时粉末中的部分环氧与固化剂可与底层环氧及固化剂也可发生固化发应。 
本发明的技术效果是：本发明的新型环氧/改性聚乙烯IPN粉末涂层综合了熔结环氧和3PE防腐涂层结构的优点，具有优良的防腐性、抗耐阴极剥离性能强、抗机械损伤等性能，且与钢材附着性能好，同时具有工序简单，生产简便，原料价廉易得，综合成本低等优点，可替代现有防腐涂层，能极大降低工程成本，提高油田防腐技术水平。 
具体实施方式：
实施例1. 
本实施例的粉末防腐涂料组分如下表所示。 

其制备过程主要步骤如下：(1)聚乙烯的改性处理：将各种粉末聚乙烯共100g与5g马来酸酐及DCP在高速捏合机中进行混合，使各物料分散均匀。然后将混合后物料投入双螺杆挤出机中在一定温度下(螺杆各段温度160～170--170～180--160～180--150～170℃)进行接枝反应。(2)无机填料的处理：将无机填料SiO2用偶联剂KH560进行表面改性处理；(3)A、B组分粉末涂料的配制：以上述改性处理后的聚乙烯为基体，与其余各种助剂在高速混合 机中混合均匀，投入双螺杆挤出机中熔融挤出；再低温冷冻，制备粒径为100目的粉末，加入经过表面改性处理的无机填料搅拌均匀，并分别配制A、B组分，即可施工使用。 
将本实施例的粉末涂料产品进行喷涂作业，并测试相关性能见下表1。当喷涂于管道表面时，表面平整、色泽均匀、无气泡无开裂无缩孔。符合外观的质量要求。 
实施例2. 
本实施例的管道用粉末防腐涂料组分如下表所示。其制备过程同实施例1。 

将本实施例的粉末涂料产品进行喷涂作业，并测试该涂料及相应管道的相关性能，结果见下表1。当喷涂于管道表面时，表面平整、色泽均匀、无气泡无开裂无缩孔。符合外观质量要求。                                 表1 
   序号   项目   实施例1   实施例2   1.   粒径   100目   90目   2.   熔融指数/g/10min   4   5   3.   附着力N/cm   2级   1级   4.   缺口冲击强度/kJ/m2   30   28   5.   脆化温度/℃   -65   -67   6.   拉伸强度/MPa   21   20   7.   断裂伸长率/％   621   540   8.   耐碱(10％NaOH)、耐酸(10％HCl)、耐盐(10％NaCl)     168h，23±2℃拉伸强度断裂伸长率保持率   ≥85％   ≥85％   9.   硬度(HDd)   43   45   10.   耐环境应力开裂(F50)，h   ≥1000   ≥1000   11.   软化温度/℃   97   95   12.   剥离强度/N/cm   ≥60   ≥60 
由上表可以看出粘接层与粉末涂料层的剥离强调度明显高于3PE管道中粘接层与外层聚乙烯层的剥离强度。