[发明专利]纳米材料填充3PP外防腐材料及其应用管道和制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料填充改性聚合物复合材料制备技术领域，尤其涉及一种纳米材料填充3PP外防腐材料及其应用管道和制备方法。

背景技术

管道外防腐涂层技术经历了沥青、煤焦油瓷漆、熔结环氧粉末等几个阶段。

近些年来，用于原油或天然气管线的外防腐专用材料，国内大多采用三层聚乙烯外防腐专用材料，通过三层聚乙烯的涂覆技术，达到对各种管线进行防腐处理的目的。三层聚乙烯防腐层的基本结构为：熔结环氧粉末为底层，聚烯烃接枝料为中间层，聚乙烯防腐专用料为外层。

由于聚乙烯材料本身的结构特点决定了其软化点较低，作为防腐专用材料，同时存在着耐环境应力开裂差等缺点。聚乙烯外防腐涂层在超过80℃的条件下，其力学性能会产生较大幅度下降，覆膜大大软化，难以正常使用。上述问题导致了三层聚乙烯防腐材料的使用范围受到了一定的限制。

聚丙烯是一种大规模工业生产的聚烯烃材料，其主要特点为密度小、力学均衡性好、耐化学腐蚀、易加工、热变形温度高、价廉等优点。通过采用化学改性或物理改性的方法，制备高性能化和工程化聚丙烯新材料已成为近些年来高分子材料科学与工程中最活跃的研究和应用领域之一。采用聚丙烯作为管道外防腐材料，可以弥补聚乙烯防腐材料所具有的软化点低和低耐环境应力开裂差等缺点，和聚丙烯粉末涂料相比具有配方简单，加工方便，设备适应性强的特点，方便防腐厂3PE/3PP的切换。

在聚合物材料改性的两种常用方法中，物理改性具有方法简单、成本低、易于实现等优点。因此，该种方法仍是目前聚合物材料改性的主要手段。可以通过共混及填充的途径对聚丙烯进行物理改性，从而满足工程化聚丙烯新材料的要求。用于聚丙烯填充改性的无机填料主要包括：碳酸钙、云母粉、滑石粉、二氧化硅、二氧化钛、炭黑等。

无机纳米粉体技术研究的日臻成熟，为传统高分子共混改性技术注入了新的生机和活力。由于纳米材料所具有的小尺寸效应和强大的比表面积，可以在聚合物基体中产生较好的分散作用，同高分子树脂之间产生良好的相互作用，实现对聚合物同时进行增强和增韧改性的目的。

近些年来，人们对钠米氧化锌的研究给予了高度重视，其主要原因是钠米氧化锌材料具有大的比表面积，可以同聚合物基体产生较强的相互作用，通过采用表面处理技术，可以使钠米氧化锌在聚合物基体中形成纳米尺度的分散状态，从而提高基体材料的力学性能。钠米氧化锌的另一作用可以有效地屏蔽紫外光，具有光屏蔽剂的功能，上述性能为聚丙烯管道外防腐材料耐环境老化和光老化提供了良好的基础。

发明内容

为解决现有三层聚乙烯外防腐材料力学性能不好的技术问题，本发明提供一种力学性能不好的纳米材料填充3PP外防腐材料及其应用管道和制备方法。

本发明提供的纳米材料填充3PP外防腐材料包括纳米材料及第三层聚丙烯材料，所述纳米材料共混于所述第三层聚丙烯材料中，所述纳米材料为纳米碳酸钙、纳米氧化锌、纳米二氧化钛中的一种或几种。

在本发明提供的纳米材料填充3PP外防腐材料一种较佳实施例中，所述纳米材料用量为第三层聚丙烯材料质量的1～10％，优选5～8％。

在本发明提供的纳米材料填充3PP外防腐材料的应用管道，包括管道、第一层环氧粉末、第二层胶粘剂及纳米材料填充3PP外防腐材料，所述第一层环氧粉末、所述第二层胶粘剂及所述纳米材料填充3PP外防腐材料依次设于所述管道外表面。

在本发明提供的纳米材料填充3PP外防腐材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、物料准备：以均聚或共聚聚丙烯粒料为基料，以聚烯烃接枝料为相容剂，以纳米材料为无机填料，以其它塑料加工助剂为辅助材料；

步骤二、熔融共混：将均聚或共聚聚丙烯粒料、聚烯烃接枝料、纳米材料及其它塑料加工助剂熔融共混。

在本发明提供的纳米材料填充3PP外防腐材料的制备方法一种较佳实施例中，所述步骤一中，所述纳米材料预先进行表面活化处理，具体为选用钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂进行表面活化处理。

在本发明提供的纳米材料填充3PP外防腐材料的制备方法一种较佳实施例中，所述步骤一中，所述聚丙烯的选择条件为：在230℃，2.16㎏测试条件下的熔体流动速率为0.5-5.0g/10min，拉伸强度≥25MPa，断裂伸长率≥600％。

在本发明提供的纳米材料填充3PP外防腐材料的制备方法一种较佳实施例中，选用1～7％钛酸酯偶联剂作为纳米材料的表面处理剂，优选3％。