[发明专利]具有改进性质的双峰高密度聚乙烯树脂和组合物及其制备和使用方法

说明书

本申请要求2011年12月29日提交的美国临时申请61/631,209的优先权，其公开内容明确地通过全文引用结合到本文中。

本公开涉及聚乙烯树脂，更具体地讲，涉及适合用作管、管附件或配件的那些树脂，本公开还涉及制备这些树脂的方法。本公开还涉及包含这些树脂的聚乙烯配混物(compound)在制造管或管配件中的用途，和这些配件本身。

对于很多高密度聚乙烯(HDPE)应用，具有增强的韧度、强度和环境应力抗裂性(ESCR)的聚乙烯合乎需要。在制造大直径厚壁管时，聚合物的熔体强度也是合乎需要的。增加的熔体强度帮助防止聚合物材料由于重力作用向下流动。流挂的材料产生在管的底部具有较厚管壁并且在管的顶部具有较薄壁分布的管。管工业标准在壁厚度方面规定最大容许变差限度。因此，使用具有高流挂性质的聚合物可导致产生不符合或不能满足某些标准的管。通过聚合物中的长链支化，可实现增加聚合物的熔体强度，同时又减小流挂。在进入真空冷却槽之前，长链支化防止材料在离开管挤出机时流挂。

本公开还涉及具有优良抗流挂性的组合物。本公开也涉及适用于其中聚合物熔体的较高低剪切熔体强度有利的应用的组合物，包括吹塑、挤出片和薄膜应用。在一个实施方案中，本公开的组合物用于制造管和配件。已知聚乙烯树脂用于制造管和配件。管用树脂需要高刚度(蠕变断裂强度)并兼具高抗慢裂纹生长以及抗快裂纹扩展，从而产生冲击韧度。由于聚乙烯管重量轻且很容易通过熔焊装配，因此被广泛使用。聚乙烯管也具有优良的柔韧性和抗冲击性，并且不腐蚀。然而，除非它们被增强，否则它们由于聚乙烯固有的低屈服强度在抗流体静力方面受到限制。一般认可的是，聚乙烯的密度越高，长期流体静力强度越高。ISO 9080、ISO 12162、ASTM D883和ASTM D3350描述了根据PE100和PE4710技术规范对管的分级。

对此类管的一个要求是具有通过“最低要求强度”(Minimum Required Strength, MRS)评级测定的极佳长期强度。根据ISO 9080外推表明，它们具有在较低预测水平(97.5%置信水平 - “LPL”)至少8和10MPa的外推20℃/50年应力，这些树脂具有MRS 8或MRS 10的MRS评级，分别被称为PE80和PE100树脂。对此类管的另一个要求是具有由流体静力设计基准(Hydrostatic Design Basis，HDB)表示的极佳长期强度。根据ASTM D2837外推表明，它们具有至少1530psi的23℃/100,000小时截距。此类树脂具有1600psi的HDB评级，根据其它短期材料性质，例如密度和应力抗裂性，称为PE3608或PE4710树脂。在一个实施方案中，本公开涉及用本公开的聚乙烯组合物和树脂制造的管。在一个实施方案中，用本公开的组合物和树脂制造的管满足PE 100技术规范。在一个实施方案中，用本公开的组合物和树脂制造的管满足PE 4710技术规范。这些是在用于形成特定尺寸的管时在不同温度下历时10,000小时时间经受长期压力试验的聚乙烯树脂。在制备PE100或PE4710配混物中使用的现今基础粉末的密度优选为约0.945g/cm³至约0.955g/cm³、优选约0.947至0.951g/cm³、优选约0.949g/cm³。在某些实施方案中，聚乙烯树脂包含常规量黑色颜料，并且表现出约0.958至约0.961g/cm³的密度。