[发明专利]一种抗熔垂高密度聚乙烯管材专用树脂及其生产方法

说明书

本发明公开一种抗熔垂高密度聚乙烯管材专用树脂及其生产方法；采用高活性齐格勒‑纳塔催化剂在Innovene S工艺双环管高密度聚乙烯装置上，生产抗熔垂性能高的高密度聚乙烯管材专用树脂生产方法。抗熔垂高密度聚乙烯管材专用树脂组份包括高密度聚乙烯管材树脂粉料、抗氧剂、卤素吸收剂和含氟聚合物加工助剂；制备的抗熔垂高密度聚乙烯管材树脂，氧化诱导时间t≥65min(210℃)，熔体强度≥0.35N(230℃)；温度190℃、负荷5kg熔融指数为0.18‑0.25g/10min；冲击强度≥40kJ/m²。该双峰聚乙烯树脂具有优异的力学性能、优良的加工性能与抗熔垂性能，适用于制备大口径厚壁抗熔垂管材。

技术领域

本发明涉及一种抗熔垂高密度聚乙烯管材专用树脂及其生产方法，特别是采用高活性齐格勒-纳塔催化剂在Innovene S工艺双环管高密度聚乙烯装置上，生产抗熔垂性能高(熔体强度≥0.35N(230℃))的高密度聚乙烯管材专用树脂制备方法。

背景技术

自1980年以来，国外聚乙烯(PE)管已在输水及输气等领域广为利用，尤其是1995年日本神户大地震之后，PE管的优越性被世人广为认知。从地震时各类管材的破坏率来看，PVC管为1.43，钢管为0.437，而PE管则是0，这是由于PE管材料铺设后在发生不均匀沉降和错位时也不容易损坏，PE管是耐地震性最好的管道。PE100管材料是上世纪80年代开始出现的第三代聚乙烯管材料，其定级标准为连续施加在PE管壁上50年时引起管材破坏的环向张应力必须大于10.0MPa。

综合聚乙烯管材料的发展趋势以及PE100管材料所表现出的优异性能，可以肯定PE管将会获得更加广泛的应用，而这其中很大一部分市场份额将会被PE100管所占据。

国际上，PE100管专用料的生产主要采用双峰工艺，自1984年至今，国外多家公司(如Mobil公司、BP公司和UCC公司等)陆续开发用混合或复合催化剂在单一气相反应器中生产双峰PE；而Ineos公司开发的Innovene S淤浆法工艺技术，采用独特的串联双环管反应器和中间处理单元，最大优势在于两个环管反应器可独立控制反应组分及条件，灵活调节分子量分布和共聚单体分布，产品既具有优异的机械力学性能，又兼具良好加工流动性，最终产品具有分子量双峰分布的结构。

然而，双峰PE100管相比于PE80管并非所有性能都能得到提升，其存在的一个很大的缺点是在加工过程中容易发生熔垂现象。

在聚乙烯管材的挤出过程中，熔融态的管胚离开环形挤出口模，然后定径，表面喷淋冷水固化。在生产厚壁管材时，由于聚乙烯的热导率较低，径向的固化较慢，因而管壁内侧固化时间较长，这将导致管材内壁聚合物熔体自上而下的流动，即所谓的“熔垂”现象。“熔垂”现象将直接导致管材壁厚不均匀。

影响“熔垂”现象的因素除了加工工艺(如温度、口模同心度、牵引速度等)外，材料本身的熔体强度至关重要。聚乙烯熔体在离开挤出机口模进入定径装置以前为自由段，由于材料自身的重力作用，管胚会弯曲变形。如果弯曲变形过大，将直接影响管材的最终质量，而此时抵抗管胚变形的唯一因素是材料的熔体强度。特别是在生产大口径管材时，聚合物熔体离开口模至定径套的自由段受重力作用的弯曲程度及定径冷却时的“熔垂”现象更为严重，而较大的熔体强度可以明显抑制该现象。

从聚乙烯材料结构的角度而言，双峰相对分子质量分布结构设计是低熔垂材料研究的方向，因为低相对分子质量部分决定了材料的加工性能，高相对分子质量部分决定了抗熔垂性能，抗“熔垂”性能好的双峰管材料的重均相对分子质量更高，高相对分子质量部分的含量更多。