[发明专利]一种化学交联聚乙烯组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚乙烯组合物，进一步地说，是涉及一种化学交联聚乙烯组合物及其制备方法。

背景技术

聚乙烯(PE)是用途最广的塑料之一，它具有优良的化学稳定性(室温下几乎不溶于任何溶剂)、低温韧性、易于加工成型、价格低廉和良好的介电性能，广泛应用于工业生产和日常生活的诸多领域。普通的聚乙烯是由C、H两种元素组成的聚合物，其分子式为-CH₂-CH₂-，分子链呈线型结构，其最大缺点是耐热性和抗蠕变能力差，限制了其在许多领域的应用。特别是PE管材方面，其耐温耐压性、耐环境应力开裂性、耐候性、耐油性和抗蠕变性等难以满足其作为建筑用冷热水输送管道的要求。因此，通过物理的或化学的手段对聚乙烯进行交联改性，将线型结构的聚乙烯大分子变成三维网状结构的交联聚乙烯，就可以大大提高PE的耐热性、抗蠕变能力、耐环境应力开裂性能，同时其耐磨、抗疲劳性能、力学性能和透明性均有明显提高。

聚乙烯管材的交联工艺可以分为两类：物理方法和化学方法。物理交联采用的是辐射交联技术，在化学交联中有过氧化物交联、硅烷交联和偶氮化合物交联三种。因此交联聚乙烯管材的品种按ISO 15875和GB/T 18992规定为四种，分别是过氧化物交联(PE-Xa)，硅烷-水交联(PE-Xb)，辐照交联(PE-Xc)和偶氮交联(PE-Xd)。

过氧化物交联法具有适用性强、交联制品性能好等优点，在交联聚乙烯管材的工业制备中获得了广泛的应用。目前，通常采用ENGEL工艺，ENGEL工艺所用设备为柱塞式挤出机，这种设备的挤出压力在200～700MPa，为制造普通管材所用螺杆挤出机的挤出压力的20倍左右，这也就是PE-Xa管可以使用高分子量或超高分子量PE为原料，并在成型过程中完成交联的最关键的保证条件.柱塞式挤出机也可称为无螺杆挤出机，它不会将PE搅碎，也不具备共混功能，为了克服这个问题，通常需要将PE料粉碎成1000μm以下的粉料，并在挤出前充分混合PE粉末和各种助剂。ENGEL工艺是专门针对过氧化物交联PE管材(或电缆)的生产工艺，在管材挤出的同时就可以一步完成PE管材的化学交联过程。PE先在熔融段融化(熔融段温度较低，约160℃)，然后PE物料经过管材口模，该种设备的口模较长，温度较高，约240～260℃，PE树脂在此段交联。

近年来，关于化学交联聚乙烯材料的专利有很多，中国专利CN 1760251A描述了一种可交联低密度聚乙烯塑料及其制备方法，该发明采用高熔点的高效抗氧剂，将高熔点的抗氧剂通过过氧化物交联剂溶解，均匀的分散在可过氧化物交联的低密度聚乙烯绝缘料中。由于该专利所采用的原材料分子量较小，而且还是低密度聚乙烯，制备出的管材耐压性能较差。

中国专利CN1523052A和CN 1524899A涉及滚塑成型用交联聚乙烯专用料，该专用料含有LDPE、LLDPE、过氧化物交联剂和抗氧剂。在这些专利中，所采用的材料为低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯，材料的强度较差。

美国专利USP 6656986是由美国联碳公司2003年申请的，其配方包括：a)聚乙烯；b)防焦烧剂；c)助抗氧剂；d)受阻胺类抗氧剂和e)有机过氧化物交联剂。该专利所采用的PE分子量较小，采用普通的螺杆挤出机可以加工管材，所制备的管材耐压性能较差。

以上几篇文献所述的交联聚乙烯均采用过氧化物交联，在管材成型过程中，有机过氧化物在高温下会分解产生自由基，这些自由基产生大分子自由基，在PE分子链间产生交联的同时，还会消耗PE中的一部分抗氧剂，从而导致PE制品耐老化性能的下降，同时降低交联效率。

目前为了保证管材具有较高的交联度，通常所加入的过氧化物交联剂的含量会较高。这样一方面会增加交联剂的成本，另一方面目前在PE中所用的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，能有效捕捉树脂中的自由基，因此也会捕捉过氧化物分解产生的自由基，所加入的过氧化物在高温分解后所产生的大量的自由基也会消耗一部分抗氧剂，导致交联效率降低的同时，从而使得管材制品的耐老化性能下降。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，发明人在聚乙烯过氧化物交联的配方中加入带有多个双键官能团的有机化合物作为助交联剂。当管材加工过程中有机过氧化物分解产生自由基之后，所添加的该化合物会迅速地和夺氢反应中所产生的聚合物自由基发生反应，而且这种反应要比聚合物断链反应要迅速，并且生成的聚合物自由基比较稳定，从而达到提高交联效率的目的。

本发明的目的之一是提供一种含有助交联剂的化学交联聚乙烯组合物。

本发明的目的之二是提供所述化学交联聚乙烯组合物的制备方法。