金屬‑塑料複合專用增強型熱熔膠及高性能複合管材的製作方法

2023-09-20 10:25:20

本發明屬於複合管材領域，尤其是涉及一種金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠及高性能複合管材。

背景技術：

近年來，因金屬-塑料複合管兼具金屬材料和塑料的優點,所以在國內得到廣泛的應用。其中,鋼/聚乙烯(PE)複合產品(如鋼襯PE管、鋼帶增強PE螺旋波紋管和2PE防腐鋼管等)用量較大；然而，PE(非極性聚合物)與鋼材之間基本上沒有粘接力,兩者界面處必須依靠某種膠粘劑(如熱熔膠等)進行膠接。

目前熱熔膠主要以乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、PE接枝體系為主：前者完全依賴於進口，但該膠粘劑價格昂貴且供貨不穩定；後者在國內鋁/塑複合管用HMA研究方面報導較多，但在鋼/塑複合管用HMA研究方面報導較少；並且其市場化的產品普遍存在粘接力不高、氣味大等缺點。本發明以PE接枝母料為基體,通過自製增強型熱熔膠GO-PE-g-MAH，製備一種粘接力高、加工性能好的鋼絲網/聚乙烯(PE)複合專用熱熔膠(GO-PE-g-MAH)，並應用鋼絲網/高密度聚乙烯(HDPE)複合專用熱熔膠(GO-PE-g-MAH)製備一種超高性能鋼絲網/高密度聚乙烯(HDPE)複合管材。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明旨在提出一種金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠及高性能複合管材，以解決膠粘劑粘接力不強、氣味大的技術問題。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠，由包括如下重量份數的原料製備而得：

聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠樹脂：40～46份；

去離子水：50～56份；

催化劑：0.5～0.8份；

氧化石墨烯：0.2～0.3份；

無水酒精：3.3～3.9份。

優選地，所述金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠由包括如下重量份數的原料製備而得：

聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠樹脂：42份；

去離子水：50份；

催化劑：0.6份；

氧化石墨烯：0.22份；

無水酒精：3.6份。

進一步的，所述催化劑為濃硫酸、二異丙基碳二亞胺(DIC)或二環己基二亞胺(DCC)。

上述金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠的製備方法，包括如下步驟：

步驟1：將聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠樹脂置於反應釜中，添加去離子水，在86～90℃的溫度下恆溫處理3～3.5小時使聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠完全水解後，用去離子水衝洗，至反應釜中的液體呈中性後停止衝洗，將水解後的聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠至於真空乾燥機內乾燥24～28小時，得到預反應物A；

步驟2：稱量催化劑和氧化石墨烯，將氧化石墨烯充分溶解於無水酒精當中後加入催化劑，攪拌20～30min後置於80～85℃恆溫箱中，靜止蒸乾，得到預反應物B。

步驟3：將製得的預反應物A和預反應物B通過低速混合機充分混合5～10min，經雙螺杆擠出機進行造粒即得金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠。

在造粒過程中，水解後的聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠在高溫下經催化劑的催化作用，與氧化石墨烯表面極性基團進行脫水縮合反應，形成穩定的聚合物GO-PE-g-MAH，即得到金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠。

進一步的，所述雙螺杆擠出機為長徑比為90。

應用上述金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠製得的高性能鋼絲網/高密度聚乙烯複合管材。

相對於現有技術，本發明所述的金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠具有以下優勢：

(1)本發明所述的金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠，與常規的熱熔膠相比，具有更多的極性基團，與金屬之間可以形成更多的化學鍵，因而該熱熔膠與金屬的粘合強度極高。該熱熔膠本身基質為聚乙烯樹脂，其與高密度聚乙烯具有極好的相容性，同時由於氧化石墨烯的引入，使得該熱熔膠的各方面物理性能得到了不同的提高，其180°剝離強度可達134～142N/25mm，提高了30％以上，且熱熔膠與鋼絲的剪切強度可達18.3～19.6MPa，提高了40％以上。特別是在耐高溫方面，維卡軟化點提高到128℃，在95℃條件下長期使用，材料性能幾乎無衰減；

(2)本發明所述的應用金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠製備的高性能鋼絲網/高密度聚乙烯複合管材，與常規的鋼絲網/高密度聚乙烯複合管材相比，剝離強度18～21N/mm，是傳統鋼絲網/高密度聚乙烯複合管材的1.3倍。

具體實施方式

除有定義外，以下實施例中所用的技術術語具有與本發明所屬領域技術人員普遍理解的相同含義。以下實施例中所用的試驗試劑，如無特殊說明，均為常規生化試劑；所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規方法。

實施例1-5中使用的馬來酸酐接枝聚乙烯熱熔膠、氧化石墨烯、催化劑、無水酒精和去離子水均為市售。

下面結合實施例來詳細說明本發明。

實施例1

一種金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠，由包括如下重量份數的原料製備而得：

聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠樹脂：40份；

去離子水：50份；

催化劑：0.5份；

氧化石墨烯：0.3份；

無水酒精：3.5份；

上述金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠的製備方法，包括如下步驟：

步驟1：將40份聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠樹脂置於反應釜中，添加50份去離子水，在88±2℃的溫度下恆溫處理3小時使聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠完全水解，待反應結束後，應用去離子水衝洗，至反應釜中的液體呈中性後停止衝洗，將水解後的聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠至於真空乾燥機內處理24小時，得到預反應物A；

步驟2：稱量0.5份DCC和0.3份氧化石墨烯，將氧化石墨烯充分溶解於3.5份無水酒精當中後加入DCC，攪拌20min後置於80℃恆溫箱中，靜止蒸乾，得到預反應物B；

步驟3：將製得的預反應物A和預反應物B通過低速混合機充分混合5min，經雙螺杆擠出機進行造粒即得金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠。

實施例2

一種金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠，由包括如下重量份數的原料製備而得：

聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠樹脂：42份；

去離子水：50份；

催化劑：0.6份；

氧化石墨烯：0.22份；

無水酒精：3.6份；

上述金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠的製備方法，包括如下步驟：

步驟1：將42份聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠樹脂置於反應釜中，添加50份去離子水，在88±2℃的溫度下恆溫處理3小時使聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠完全水解，待反應結束後，應用去離子水衝洗，至反應釜中的液體呈中性後停止衝洗，將水解後的聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠至於真空乾燥機內處理24小時，得到預反應物A；

步驟2：稱量0.6份DCC和0.22份氧化石墨烯，將氧化石墨烯充分溶解於3.6份無水酒精當中後加入DCC，攪拌20min後置於80℃恆溫箱中，靜止蒸乾，得到預反應物B；

步驟3：將製得的預反應物A和預反應物B通過低速混合機充分混合5min，經雙螺杆擠出機進行造粒即得金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠。

實施例3

一種金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠，由包括如下重量份數的原料製備而得：

聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠樹脂：45份；

去離子水：56份；

DIC：0.8份；

氧化石墨烯：0.3份；

無水酒精：3.8份；

上述金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠的製備方法，包括如下步驟：

步驟1：將45份聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠樹脂置於反應釜中，添加56份去離子水，在88±2℃的溫度下恆溫處理3小時使聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠完全水解，待反應結束後，應用去離子水衝洗，至反應釜中的液體呈中性後停止衝洗，將水解後的聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠至於真空乾燥機內處理24小時，得到預反應物A；

步驟2：稱量0.8份DIC和0.3份氧化石墨烯，將氧化石墨烯充分溶解於3.8份無水酒精當中後加入DIC，攪拌20min後置於80℃恆溫箱中，靜止蒸乾，得到預反應物B。

步驟3：將製得的預反應物A和預反應物B通過低速混合機充分混合5min，經雙螺杆擠出機進行造粒即得金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠。

實施例4

一種金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠，由包括如下重量份數的原料製備而得：

聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠樹脂：46份；

去離子水：56份；

催化劑：0.8份；

氧化石墨烯：0.3份；

無水酒精：3.9份；

上述金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠的製備方法，包括如下步驟：

步驟1：將46份聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠樹脂置於反應釜中，添加56份去離子水，在88±2℃的溫度下恆溫處理3小時使聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠完全水解，待反應結束後，應用去離子水衝洗，至反應釜中的液體呈中性後停止衝洗，將水解後的聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠至於真空乾燥機內處理24小時，得到預反應物A；

步驟2：稱量0.3份DCC和0.3份氧化石墨烯，將氧化石墨烯充分溶解於3.9份無水酒精當中後加入DCC，攪拌20min後置於80℃恆溫箱中，靜止蒸乾，得到預反應物B。

步驟3：將製得的預反應物A和預反應物B通過低速混合機充分混合5min，經雙螺杆擠出機進行造粒即得金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠。

實施例5

一種金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠，由包括如下重量份數的原料製備而得：

聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠樹脂：46份；

去離子水：50份；

濃硫酸：0.5份；

氧化石墨烯：0.2份；

無水酒精：3.9份；

上述金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠的製備方法，包括如下步驟：

步驟1：將46份聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠樹脂置於反應釜中，添加50份去離子水，在88±2℃的溫度下恆溫處理3小時使聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠完全水解，待反應結束後，應用去離子水衝洗，至反應釜中的液體呈中性後停止衝洗，將水解後的聚乙烯接枝馬來酸酐型熱熔膠至於真空乾燥機內處理24小時，得到預反應物A；

步驟2：稱量0.5份濃硫酸和0.2份氧化石墨烯，將氧化石墨烯充分溶解於3.9份無水酒精當中後加入濃硫酸，攪拌20min後置於80℃恆溫箱中，靜止蒸乾，得到預反應物B。

步驟3：將製得的預反應物A和預反應物B通過低速混合機充分混合5min，經雙螺杆擠出機進行造粒即得金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠。

將上述實施例1-5得到的金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠以及對比試樣(具體型號為市售的鹿山EP252)進行性能測試，性能測試結果見下表：

從上表中可以看出，本發明的技術方案製備得到的金屬-塑料複合專用增強型熱熔膠較市場上一般的熱熔膠在剝離強度、剪切強度和軟化性能方面均有一定程度的提高。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。