聚乙烯防腐粉末涂料耐热及防腐性能研究

聚乙烯防腐粉末涂料耐热　

及防腐性能研究　

■李庆　刘东坪　李云岩　摘要：本文针对管道防腐现有技术存在的缺点，开发高粘防腐交联聚　

乙烯复合材料并研究材料粘结、防腐等相关性能与配方、加工工艺之　

间的关系。本文制备了马来酸酐接枝聚乙烯／交联聚乙烯高粘高防腐　复合材料，并研究了马来酸酐接枝聚乙烯与交联聚乙烯配比，交联剂　

用量等因素对材料粘性力、防腐１－４工４－日＿￣匕Ｂ的影响。结果表明：加入０．３０／０　

交联助剂后，可明显改善材料的耐热、防腐性能；加入热熔胶后．能　明显改善材料与金属的粘结力，２０％的热熔胶的加入量，不仅能够最　

大化提高材料的粘结力，而且不会造成耐腐蚀性能的降低。　

０前言　

随着经济的发展，化工、石油、船舶、　

电　公用事业等各行业对管道、泵等　

防腐要求目益迫切而且档次不断提高，　

对材料防腐性能也提出了越来越高的　要求。为了赋予管道更加优越的防腐　

性能，曾经采用塑料管代替钢管，但是　

在大多数使用场合，由于塑料管的强　度、钢度不够，大大地限制了它的使用　

范围。钢塑复合防腐管是在钢管壁表面　

涂敷一层良好的塑料涂层保护膜，它不　

但克服了塑料管强度刚度不够的弱点，　而且具有塑料良好的耐磨性、防腐性，　

在输送一些介质时不易形成污垢的特　点。然而，普通的热塑性防腐内衬，例　

如热塑性滚塑聚乙烯，在要求苛刻的　应用领域（高温强碱腐蚀、卤系酸液腐　蚀），仍然不能满足要求。在高腐蚀作　

业环境下，必须采用防腐性能更高的热　

固性材料。以往这些材料一般采用熔　

结环氧粉末（ＦＢＥ）、煤焦油瓷漆（ＣＴＥ）　

及聚乙烯复合结构（三层ＰＥ）。这些防　

腐覆盖层总体防腐性能能满足油气管　

道腐蚀防护的要求，但仍有各自的缺陷　（熔结环氧粉末防腐层较薄，抗机械损　

伤强度差；煤焦油瓷漆冷脆、热流淌及　

对环境可能造成的污染，使其应用面　

越来越窄；聚乙烯三层复合结构防腐　

施工工艺复杂。　

为了获得更高的生产效率，近年来　滚塑一涂覆工艺在防腐行业得到了广　

泛的应用。然而，滚塑原料当中线性低　

收稿日期：２０１２一Ｏ７—１１　作者简介：李庆，甘肃金昌金川责任有限公司，甘肃金昌７３７１００　刘东坪、李云岩，南京聚隆科技股份有限公司，江苏南京２１００６１　

Ｄ　Ｗｏｒｌｄ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ－２ｏ１２　３ｏ　Ｎ０　９　密度聚乙烯所占的比例为９３％。在上　

述高防腐领域中，由于线性低密度聚乙　

烯耐腐蚀，耐磨，防渗透，耐热蠕变性　

方面的缺点，限制了线性低密度聚乙烯　

的应用。相比之下，交联聚乙烯滚塑料　

以高的冲击性能、耐热、耐环境应力开　

裂、高度防腐方面的优越性，开始应用　

在防腐内衬方面。目前，交联聚乙烯的　

研究主要集中在线性低密度聚乙烯的　硅烷交联工艺方面［１－４］ｏ但该工艺成型　

的材料必须经过水浴（或蒸气浴）后处　

理，增加了工艺流程和成本，而且材料　

的交联度不高，不能满足高度防腐的　要求。同时，由于聚乙烯本身属于非极　

性材料，加入交联助剂后，虽一定程度　

上赋予材料极性，但仍然不能解决材　料与钢材粘结问题，材料容易脱落。针　

对以上现有技术存在的缺点，开发高　

粘防腐交联聚乙烯复合材料并研究材　料粘结、防腐等相关性能与配方、加工　

工艺之间的关系是非常必要的。本文　

制备了马来酸酐接枝聚乙烯／交联聚　

乙烯高粘高防腐复合材料，并研究了马　

来酸酐接枝聚乙烯与交联聚乙烯配比，　

交联剂用量等因素对材料粘性力、防　

腐性能的影响。　

ｌ实验　

１．１原材料　

线性低密度聚乙烯，３５０５，南京扬　子石油化学公司；　

线性高密度聚乙烯，ＨＤＰＥ　

ＨＭＡ－０２５，沙特埃克森美孚；　

过氧化而异丙苯（ＤＣＰ），ＢＣ—　

ＦＦ，阿克苏诺贝尔；　

马来酸酐，ＭＡＨ—ｇ—ＰＥ，试剂级，　

泉州市海峡西化工原料有限公司；　三烯丙基异氰脲酸酯，ＴＡＩＣ，广　

州信达精细化工有限公司。　

１．２样品制备　

（１）将线性低密度聚乙烯预先干　

燥处理至水分含量低于６００ｐｐｍ，并与　ＤＣＰ，ＭＡＨ—ｇ—ＰＥ按一定比例称重，　

在高速搅拌机中充分混合２分钟；而　

后在双螺杆挤出机中挤出造粒，制备　

热熔胶。挤出温度为２００ｑＣ，螺杆转速　

为２００ｒｐｍ，经挤出造粒后，干燥至水　

分含量低于６００ｐｐｍ，备用；　

（２）将高密度聚乙烯预先干燥处　

理至水分含量低于６００ｐｐｍ后，加入不　同用量的交联剂／助交联剂在高速混　

合机中混合２分钟，而后在双螺杆挤　

出机中挤出造粒。挤出温度为１５０￣Ｃ，　

螺杆转速为２００ｒｐｍ，备用；　

（３）将第一步制得的接枝物与第　

二步制得的聚乙烯按不同比例（１０／９０、　１５／８５、２０／８０、２５／７５、３０／７０）称重，　

在高速混合机中混合２分钟；然后挤　

出造粒，挤出温度１５０℃，螺杆转速　

为２００－５００ｒｐｍ挤出造粒后，磨粉　

３０－５０目并将粉料干燥至水分含量低　

于６００ｐｐｍ；　

１．３样板衬作　

（１）制作高粘料塑料样板：将平板　

硫化机加热至温度为２００￣（３时，将制得　的粉料均匀涂撒在钢板模具上，并在　

１．２Ｍｐａ压力下保温１５分钟。待样板冷　

却至室温后，用冲片机冲剪出样条，以　

备性能检测之用。　

（２）制作高粘料塑料一金属复合　

样板（用于测定剥离强度）：加热另一　

块钢板（２００Ｘ　１５０×ｌＯｍｍ），测定钢板　

的温度在２４０￣２５０Ｒ２时直接均匀上料，　上料厚度为４￣６ｍｍ。在样板尚未完全　

冷却时使用刀片在塑料层上按２０ｒａｍ　

间距均匀的划上缝隙，并将边缘２ｃｍ　

宽处掀起以防边缘与钢板粘结。　

１．４性能测试　

（１）维卡软化点的测定：使用Ａ法　

（９３２克砝码）测定试样维卡软化点，　

按规定要求取下两块试样，分别置于　

仪器左右两个测试针脚下。　

（２）塑料拉伸性能测定：按照　

ＧＢ２９１８调节试样状态和实验环境。按　ＧＢ／Ｔ　１０４０—１９９２进行测试，试样为　

哑铃状，厚度４ｍｍ，拉伸速率５０ｍｍ／　

ｒａｉｎｏ　（３）塑料抗冲击测定：在样板厚薄　均匀的地方冲取冲击样片后，再使用缺　

口制样机在其正中间制出ｌｍｍ深的缺　

口。按规定ＧＢ／Ｔ１０４３—１９９３进行测试，　

试样尺寸为６５ｍｍＸ　ｌＯｍｍＸ４ｒａｍ。　

（４）９ｏ。剥离强度测定：待样板在　

固化完全后固定放置在电子平台秤上，　

记下重量数值。再使用虎钳将样条垂　直拉起同时观察数值变化，记下瞬时　

最小值。利用剥离时电子平台秤重量　数据的变化值计算出剥离时单位宽度　

防腐层与金属层的力值。　

１．５交联度测试　

按照样板制作（１）对样品制备（２）　中的粒料压制样板，从值得的样板上剪　

下１ｇ左右的碎屑，用过滤纸和棉纱布　

包扎后，用细铜线捆绑结实，至于索氏　

抽提器中，用二甲苯浸洗１６８小时，然　后至于真空烘箱中，干燥７２小时，称重，　

利用质量差计算交联度，依此衡量复合　

材料的防腐性能。　

２结果与讨论　

２．１不同交联助剂对复合材料防腐　

性能的影响　

本文制得的防腐材料，其防腐层　

主要由交联料构成。热熔胶虽然能够　

起到一定的防腐作用，但当防腐环境是　

强酸强碱环境时，热熔胶层防腐作用　不明显。由于本文制得的热熔胶基础　

树脂是线性低密度聚乙烯，二交联料层　

主要成分是高密度聚乙烯，熔点相对较　

高，且粉料粒度较热熔胶层偏大，因此　

在旋滚成型时，热熔胶会先熔融并粘　附在管道内壁上，交联料滞后熔融形成　

保护层，并直接与腐蚀介质接触，因此，　

材料的耐腐蚀性能主要取决于交联料　

的抗腐蚀性能，亦即交联度的大小。　图１是不同交联助剂用量（主交　

联剂和助交联剂之和）的复合材料的　

交联度，从图上可以看出，当交联剂用　

量低于０．５％时，随着交联剂用量的提　

高，材料的交联度呈上升趋势，并在　０．３％后，趋于稳定。理论上，随着交联　

助剂用量的增加，反应更加充分，交联　

度也会不断提高，有利于材料防腐性能　

的增加。但从试验结果可以看出，实　

际上，聚乙烯交联反应是个非常敏感　２。１２年３ｏ卷第９　＿Ｊ嗣弃啕『舯　７

　Ｃｏｎｃｅｎｌ￣ｒａｔＪｏｎ　ｏｆ　Ｃｒｏｓｓ－ｌｉｎｋｅｄ　ａｄｄｉｇｖｅｓ，’ｌ　

图１是不同交联助剂用量的复合材料的交联度　

ＣｏｎｔｅｎｔｏｆＭＡＨ－ｇ—ＰＥ，　

图２不同热熔胶含量材料的粘结力　

ＣｏｎｃｅｎｌａｒａｔＪｏｎｏｆＣｒｏｓｓ．１ｉｎｋｅｄ　ａｄｄｉｔｉｖｅｓ　Ｊ　

图３不同交联助剂用量的复合材料的软化温度　

４ｚ　Ｗｏｒｌｄ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ＿２０１２　ｖ。ｌ　３ｏ　Ｎ。９　的反应，微量的　

交联剂用量即　可将材料的交　

联度提高到很　

高的水平，因此，　

当采用交联聚　乙烯作为防腐　材料时，特别是　

滚塑成型工艺　

时，应该谨慎控　

制交联助剂的　加入量，过多的　

加入量会增加　

体系的粘度，影　响材料的成型　

品质。　

２．２不同热熔　

胶用量对材料　粘结力的影响　

交联聚乙　

烯在成型过程　

中，因为交联反　

应的原因，会发　生严重的收缩　

变形，而且因为　

在管道实际使　

用环境中，存在　抽负压，高低温　

循环的现象，因　

此很容易造成　材料的“脱壳”，　

为了避免这些　

问题，必须赋予　材料良好的粘　

结力。为此，本　

研究值得的材　料为双层复合　

材料，其内层即　

高粘层具有较　

高的极性，明显　提高材料与管道内壁的粘结力。但过　多热熔胶的加入一方面会带来严重的　

气味问题同时由于交联料比例的降低，　

也会影响到材料的耐腐蚀性。因此，在　

保证材料耐腐蚀性能和高粘性能的同　时，应尽可能寻找最适合的热熔胶用　

量。　图２是加入不同的热熔胶后，材　

料的粘结力结果。从图上可以看出，当　

热熔胶用量低于２０％时，随着用量的　

增加，材料的撕离强度明显增加，表明　加入热熔胶后，可明显提高材料的粘　

结力。但当热熔胶用量高于２０％后，进　

一步增加热熔胶用量，撕离强度反而　降低，这是因为，由于热熔皎的主要成　

分是线性低密度聚乙烯，材料拉伸强　

度较低，容易拉伸变形，因此，在撕离　

过程中，与金属板接触的薄层会牢牢　粘接在金属板上，距离金属板较远的　

一层会被拉伸变形并脱离金属板，导　

致材料脱落，因此，当防腐环境属于　重防腐，高负压，剧烈温变的环境时，　

无论从材料耐腐蚀的角度还是粘结力　方面，都应该严格控制热熔胶的用量，　

本研究表明，２０％的热熔胶用料是合　适的。　

２．３材料耐热性能　

由于很多情况下，腐蚀介质都具有　

一定的温度，因此必须考虑材料的耐　

热性能，为此，本文固定热熔胶含量为　２０％，改变交联助剂用量，考察了交联　

助剂用料对材料耐热性能的影响，图３　

是对材料维卡软化点的测试结果。由　

图可知，随着交联剂用量的增加，材料　

的软化温度相应提高，当交联助剂用　量达到０．３％时，材料的软化温度达到　

了１０３℃，远远高于普通聚乙烯的软化　

温度，满足目前化工管道防腐的要求。　这是因为加入交联剂后，材料发生交联　

反应，新的化学键形成，分子结构由线　Ｊ『山　．卫ｃ＝．＿－ｏ＿Ｉｏ＿Ｉｏ．—　芒．　．Ｉ．　Ｅ　艺ＪＩｕ＿ｃ暑＿ｃｏ一蕾ｏＬＩ

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