[发明专利]一种耐热聚乙烯管材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐热聚乙烯管材料的制备方法，属于材料科学技术领域。

背景技术

耐热聚乙烯即PE-RT，是一种可以用于热水管的非交联聚乙烯。以PE-RT制备的管材主要用于建筑物内地板采暖、散热器采暖及冷热水输送等领域。与交联聚乙烯(PE-X)、无规共聚聚丙烯(PP-R)、聚丁烯(PB)等几种典型的塑料热水管材料比较而言，PE-RT管材具有以下特点：(1)可以热熔连接，恰好满足了地暖管不允许有接头的要求，可修复性好；(2)加工工艺简单，质量可靠；(3)耐低温性和柔韧性非常好，弯曲半径小，管道弯曲时无需预热，即使在冬季低温情况下施工也很方便；(4)散热性能好，热传导系数与交联聚乙烯(PE-X)相当，远高于聚丁烯(PB)和无规共聚聚丙烯(PP-R)。

近年来，随着国民经济的发展和建设规模的不断扩大，国内市场对建筑物用地板采暖管、散热器采暖管以及建筑物内冷热水管的需求量不断增加，PE-RT管材专用料以其良好的综合性能受到越来越多的欢迎。据粗略估计，我国目前PE-RT管材专用料用量超过10万吨/年，主要依赖进口。但目前的耐热聚乙烯的长期高温蠕变性能存在不足。

发明内容

本发明提供了一种耐热聚乙烯管材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本实发明采用如下技术方案：

一种耐热聚乙烯管材料的制备方法，采用三反应器串联装置、连续淤浆法制备，所用溶剂为己烷，分子量调节剂为氢气。

申请人经研究发现，采用上述三反应器串联装置、连续淤浆法制备所得的耐热聚乙烯管材料大幅度改善了耐热聚乙烯管材料的长期高蠕变性能。

耐热聚乙烯管材料的制备方法，包括顺序相接的如下步骤：

A、在第一反应器中加入乙烯、氢气和催化剂，聚合后，将所得物料送入第二反应器；

B、再在第二反应器加入乙烯、氢气和α烯烃共聚单体，聚合后，将所得物料送入第三反应器；

C、再在第三反应器中加入乙烯、氢气和α烯烃共聚单体，聚合后，即得。

上述采用釜式淤浆法三反应器串联工艺，在聚合条件下将乙烯与催化剂相接触。在第一反应器中生成低分子量乙烯均聚物，在第二反应器中使乙烯与含有3～6个碳原子的α烯烃共聚生成高分子量的乙烯共聚物，在第三反应釜中使乙烯与含有3～6个碳原子的α烯烃共聚生成超高分子量的乙烯共聚物，最终得到长期高温蠕变性能改善的耐热聚乙烯(PE-RT)管材料。

作为进一步改进，步骤A中，第一反应器乙烯加入量为三反应器乙烯加入总量的30％-60％；步骤B中，第二反应器乙烯加入量为三反应器乙烯加入总量的30％-60％；步骤C中，第三反应器乙烯加入量为三反应器乙烯加入总量的5％-30％。这样可更进一步改善耐热聚乙烯管材料的长期高蠕变性能。

作为进一步改进，步骤A中，第一反应器中，氢气与乙烯体积比为1.0-6.0，反应器温度为75-90℃，反应器压力为0.30～0.90MPa，反应时间为2-3小时。

步骤B中，第二反应器中，氢气-乙烯体积比为0.2-1.0，反应器温度为70-85℃，反应器压力为0.10～0.50MPa，反应时间为2-3小时。

步骤B中，第二反应器中，α烯烃共聚单体加入量为三反应器乙烯加入总量的1.0％-4.0％，所述百分数为质量百分数。

步骤C中，第三反应器中，氢气-乙烯体积比为0.02-0.2，反应器温度为60-80℃，反应器压力为0.10～0.50MPa，反应时间为1-2小时。

步骤C中，第三反应器中，α烯烃共聚单体加入量为三反应器乙烯加入总量的0.5％-2.0％，所述百分数为质量百分数。采用上述技术方案可使耐热聚乙烯管材料的性能得到进一步的提升。

优选，步骤B和步骤C中α烯烃共聚单体为3-6个碳原子的α烯烃。这样可更进一步保障耐热聚乙烯管材料的综合性能。

本发明未提及的技术均为现有技术。

本发明所制备的耐热聚乙烯(PE-RT)管材料具有改善的长期高温蠕变性能；申请人经研究发现：对于耐热聚乙烯(PE-RT)管材料而言，系带分子数量的多少和系带链的长短对其长期高温蠕变性能起关键作用，大量的系带分子形成系带链，而系带链实际上是连接聚合物中片状晶体和无定形区的纽带；在耐热聚乙烯(PE-RT)管材料结构中，系带分子越多，聚合物链越长，越容易形成系带链，形成的系带链像锁链一样将多个晶体连接在一起，从而提高材料的长期高温蠕变性能；另外，系带链还可以伸展和移动，同时吸收和释放能量，从而阻止小的裂纹向银纹发展，进一步提高材料的韧性和长期高温蠕变性能。