一种高性能双层聚乙烯防腐粉末涂料及其制备方法和应用与流程

本发明属于钢管防腐领域，具体涉及一种高性能双层聚乙烯防腐粉末涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、聚乙烯粉末用于钢质管道的外壁防腐是目前水利市政钢管的一种常见的防腐方法。相对于热固性的环氧粉末，聚乙烯防腐具有良好的韧性，能有效保护钢管避免受到埋地环境的腐蚀。但是现有聚乙烯粉末用于钢管外壁防腐时有以下几个不足点：

3、(1)从涂塑钢管的标准来看，以gb/t28897或cj/t120中对聚乙烯粉末的性能要求来说，要求聚乙烯的拉伸强度>9.8mpa，断裂伸长率>300％，附着力的要求为>30n/cm，标准中对聚乙烯粉末的性能要求较低，因此市场常规聚乙烯粉末性能也较低；

4、(2)从聚乙烯粉末的流平性来讲，为保证聚乙烯粉末在钢管外壁的流平性，聚乙烯粉末的熔体质量流动速率(190℃，2.16kg)一般控制在10-20g/min，相对于其他管道用聚乙烯来讲，上述熔体质量流动速率非常大，因此导致聚乙烯防腐涂层的防腐性能较差；

5、(3)从聚乙烯粉末的配方来讲，为了提高聚乙烯粉末对钢管的附着力，通常在配方中添加马来酸酐接枝改性的聚乙烯，自由基接枝反应的交联副反应导致马来酸酐接枝聚乙烯流平性能较差，因此会适当降低马来酸酐接枝聚乙烯的用量，以保证聚乙烯的流平性，而降低其用量又会导致聚乙烯粉末防腐涂层的附着力较低；

6、(4)从聚乙烯粉末防腐涂层的制备来讲，为了实现聚乙烯粉末在钢管外壁的流平，一般将钢管预热到250℃以上的温度，利用钢管表面的热量通过流化槽工艺或喷涂工艺实现聚乙烯涂层的流平，由于钢管的壁厚大，流平降温过程，也是聚乙烯涂层受热老化的过程，聚乙烯防腐涂层经历流平后，热氧老化导致涂层的脆性加大。

7、聚乙烯本身是一种具有良好防腐效果的材料，应用到钢管外壁防腐时，为了保证加工性，现有标准或技术通过增大聚乙烯粉末的熔体质量流动速率、牺牲力学性能来满足防腐加工的需要；再加上聚乙烯粉末防腐涂料制备过程中发生热氧老化，导致涂层存在脆性大、附着力小的缺点，整体导致了聚乙烯粉末防腐效果较差。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高性能双层聚乙烯防腐粉末涂料及其制备方法和应用，本发明提供的高性能双层聚乙烯防腐粉末涂料，由具有粘接功能的底层粉末和具有高力学性能、流平效果的面层粉末组成，通过双层喷涂或双流化槽浸涂对钢管进行外壁双层防腐，涂层的附着力≥60n/cm，涂层的拉伸强度≥20mpa。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

3、本发明的第一个方面，提供一种高性能双层聚乙烯防腐粉末涂料，其由底层粉末和面层粉末组成，按质量份数计，底层粉末原料组成如下：马来酸酐接枝改性的聚乙烯15-25份、abs树脂3-7份、茂金属线性低密度聚乙烯51-76.5份、聚烯烃共聚物弹性体5-15份、功能助剂0.5-2份；面层粉末原料组成如下：中密度聚乙烯或高密度聚乙烯40-80份、线性低密度聚乙烯13-55.5份、炭黑母粒4-5份、功能助剂0.5-2份。

4、在本发明的一些实施例中，所述底层粉末190℃、2.16kg下的熔体质量流动速率为3-5g/10min；拉伸强度≥20mpa，断裂伸长率≥700％。

5、在本发明的一些实施例中，所述面层粉末190℃、2.16kg下的熔体质量流动速率为5-8g/10min；拉伸强度≥25mpa，断裂伸长率≥800％。

6、在本发明的一些实施例中，所述马来酸酐接枝改性的聚乙烯190℃、2.16kg下的熔体质量流动速率为2-8g/10min，马来酸酐接枝率为0.5％-1.5％。

7、在本发明的一些实施例中，所述abs树脂的冲击强度≥18kj/m2。

8、在本发明的一些实施例中，所述茂金属线性低密度聚乙烯190℃、2.16kg下的熔体质量流动速率为2-5g/10min。

9、在本发明的一些实施例中，所述聚烯烃共聚物弹性体为乙烯丁烯共聚物或乙烯辛烯共聚物。

10、在本发明的一些实施例中，所述中密度聚乙烯或高密度聚乙烯的密度为0.93-0.97g/cm3，190℃、2.16kg下的熔体质量流动速率为4-20g/10min；优选地，190℃、2.16kg下的熔体质量流动速率为4-10g/10min。

11、在本发明的一些实施例中，所述线性低密度聚乙烯190℃、2.16kg下的熔体质量流动速率为3-15g/10min；

12、在本发明的一些实施例中，所述炭黑母粒中炭黑的含量为40％-50％。

13、在本发明的一些实施例中，所述的功能助剂为抗氧剂、紫外光稳定剂、流平剂、消泡剂中的至少一种。

14、本发明的第二个方面，提供一种第一方面所述的高性能双层聚乙烯防腐粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：

15、底层粉末的制备方法包括如下步骤：

16、将马来酸酐接枝改性的聚乙烯、abs树脂、茂金属线性低密度聚乙烯、聚烯烃共聚物弹性体、功能助剂按比例混合均混后，用双螺杆反应挤出机在190-210℃进行反应共混、造粒，磨粉，得到底层粉末；

17、面层粉末的制备方法包括如下步骤：

18、将中密度、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、炭黑母粒、功能助剂按比例混合均混后，用双螺杆反应挤出机在140-160℃进行反应共混、造粒，磨粉，得到面层粉末。

19、本发明的第三个方面，提供一种双层聚乙烯防腐涂层，采用防腐涂料流平而成，所述防腐涂料为第一方面所述的高性能双层聚乙烯防腐粉末涂料；

20、所述双层聚乙烯防腐涂层的底层厚度为0.2-0.4mm，面层厚度为1.6-1.8mm，总厚度≥1.8mm。

21、在本发明的一些实施例中，所述双层聚乙烯防腐涂层对钢管的附着力≥60n/cm。

22、本发明的第四个方面，提供一种双层聚乙烯防腐钢管，其外壁具有防腐涂层，所述防腐涂层为第三个方面所述的双层聚乙烯防腐涂层。

23、本发明的第五个方面，提供一种第四个方面所述的双层聚乙烯防腐钢管的制备方法，采用双层粉末喷涂工艺或双粉末流化槽工艺对钢管外壁进行双层防腐；

24、优选的，所述双层粉末喷涂工艺包括如下步骤：

25、将钢管通过加热到200-250℃，采用喷涂工艺，在钢管表面喷涂一层厚度为0.2-0.4mm的底层粉末，然后在底层粉末的表面喷涂一层厚度为1.6-1.8mm的面层粉末，利用钢管表面余热或再次加热实现两层聚乙烯粉末的流平，得到防腐层总厚度为1.8mm以上的双层聚乙烯防腐钢管；

26、优选的，所述双粉末流化槽工艺包括如下步骤：

27、将钢管通过加热到220-250℃，然后将钢管移动到底层粉末流化槽上，升起流化槽将钢管表面浸入到流化槽中，转动钢管，利用钢管表面的热量在钢管表面热粘接一层厚度为0.2-0.4mm的底层粉末，然后将涂覆底层粉末的钢管移动到面层粉末流化槽上，升起流化槽将钢管表面浸入到流化槽中，继续转动钢管，利用钢管表面的热量在钢管表面热粘接一层厚度为1.6-1.8mm的面层粉末，利用钢管表面余热实现两层聚乙烯粉末的流平，得到防腐层总厚度为1.8mm以上的双层聚乙烯防腐钢管。

28、本发明的有益效果为：

29、本发明提供一种高性能双层聚乙烯防腐粉末涂料，其由底层粉末和面层粉末组成，按质量份数计，底层粉末原料组成如下：马来酸酐接枝改性的聚乙烯15-25份、abs树脂3-7份、茂金属线性低密度聚乙烯51-76.5份、聚烯烃共聚物弹性体5-15份、功能助剂0.5-2份；面层粉末原料组成如下：中密度聚乙烯或高密度聚乙烯40-80份、线性低密度聚乙烯13-55.5份、炭黑母粒4-5份、功能助剂0.5-2份。本发明的高性能双层聚乙烯防腐粉末，通过具有高粘接力的底层粉末实现对钢管高附着，通过具有高力学性能、优异流平性的不含马来酸酐接枝聚乙烯的面层聚乙烯粉末在流平性一般的底层粘接性聚乙烯进行双层复合，实现了高粘接、高防腐性能、高效流平的统一，解决了聚乙烯防腐粉末加工性能和本身性能的矛盾问题，为钢管外壁提供了一种高粘接力、高防腐效果的新型防腐材料。

30、在粉末的粘接力和流平性控制方面，以底层粉末调整对钢管的粘接力，以面层粉末控制钢管涂层的整体流平性。具体的，在底层聚乙烯粉末中，忽略高用量的马来酸酐接枝聚乙烯对流平的影响，通过调整用料种类、引入abs树脂，确保底层粉末对钢管具有优异的粘接性能，流平方面则可以忽略底层粉末的流平性，因为底层粉末的厚度仅仅0.2-0.4mm，即使流平差，可以通过流平好、厚度大的面层粉末将流平差的底层粉末遮盖。在面层聚乙烯粉末中选择具有优异力学性能的中、高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯配合，赋予聚乙烯的高拉伸强度(可达25mpa以上)，同时面层聚乙烯粉末中因不含马来酸酐接枝聚乙烯，具有极佳的流平性。本发明利用底层聚乙烯粉末优异的粘接性实现了对钢管的高强度粘接，同时利用面层聚乙烯粉末优异力学性能、良好的流平性，通过双层功能的聚乙烯粉末的复合，将粘接功能和防腐功能结合起来，聚乙烯粉末对钢管的附着力可达60n/cm以上，且整体光亮，无明显橘皮纹，成功解决了现有技术中聚乙烯粉末流平性和防腐效果不能统一的矛盾问题。

31、进一步的，本发明的底层聚乙烯粉末添加了与聚乙烯不相容的abs树脂，可促进底层聚乙烯粉末中各组分微相分离，使得马来酸酐等极性基团分布于聚乙烯的表面，更有利于聚乙烯粉末对钢管表面的浸润，进而提高底层聚乙烯粉末对钢管的附着力。且发明人发现，相对于不添加的abs树脂的配方，底层聚乙烯中添加3-7份的abs树脂，聚乙烯粉末对钢管的附着力可由原来的30n/cm提高到60n/cm以上。

32、本发明的高性能双层聚乙烯防腐粉末涂料制备方法简单，使用方法也简单，而且还具有良好的性价比。本发明的高性能双层聚乙烯防腐粉末涂料涂覆在钢管外壁用于防腐时，成本高的、具有粘接性能的底层粉末的厚度仅需0.2-0.4mm，而成本低的、具有高力学性能、良好防护效果的面层粉末的厚度达到了1.6-1.8mm，因而相对现有技术的聚乙烯粉末更具有性价比优势。