一种保温一体耐热聚乙烯管材及其制备方法技术

本发明专利技术涉及保温管材的技术领域，公开了一种保温一体耐热聚乙烯管材及其制备方法，由内到外依次包括耐热层、保温层和防护层；所述耐热层为改性的高密度聚乙烯层；所述保温层为低密度聚乙烯交联发泡层；所述防护层为聚苯乙烯与乙烯

【技术实现步骤摘要】
一种保温一体耐热聚乙烯管材及其制备方法


[0001]本专利技术涉及保温管材的
，尤其是涉及一种保温一体耐热聚乙烯管材及其制备方法。

技术介绍

[0002]近几年来，随着能源的逐步稀缺和人们对于环保无污染的舒适生活的追求，太阳能技术得以迅速发展，其中，太阳能热水器的发展最为明显，作为太阳能热水器的重要组成部分——太阳能热水器专用管种类很多、特点各异，它的不同优势直接决定着太阳能热水器的使用情况，随着环保节能概念的推广，太阳能热水器被越来越广泛地应用到供热采暖领域，而太阳能热水器输水管道因长期被置于室外，承受冬季寒潮与夏季频繁的冷热水交替影响，对管道的严密性、稳定性和保温性均有很高的要求。传统的太阳能管路多采用薄壁不锈钢管，镀锌钢管，铝塑复合管，PPR管道等，均存在保温性能较差的问题，且这些产品在使用过程中，也存在一些其他缺陷，如施工连接不方便，成本高等。太阳能热水器用管缺乏专用的保温型管材产品，因太阳能管路系统往往会有较多部分直接裸露室外，输水管材如保温性能较差，均不利于管材冻裂的防护以及热水管路的能源节约。
[0003]其中，聚乙烯(PE)管材具有无毒、无味、无腐蚀、耐化学性和不渗透性好等诸多特点，常用作为太阳能保温输水管道，但是生产的保温管仍存在保温性能差、层间结合稳定性不佳、抗老化性差的弊端。公开号为CN108317305A的中国专利技术专利公开了一种聚苯乙烯连续多层共挤发泡保温复合管材及其制造方法，包括共挤成型的内层的CO2发泡共混聚苯乙烯保温层和外层的聚乙烯与乙烯
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醋酸乙烯共聚物防护层，制备步骤为：将聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯与低密度聚乙烯共混物及成核剂、抗氧剂按配比采用高速搅拌机混合均匀；将混合好的原料加入双螺杆挤出机进行塑化熔融，然后注入超临界状态的CO2、乙醇、和水组成的发泡剂，利用共挤机在共挤一层乙烯
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醋酸乙烯共聚物防护层即得。其不足之处在于将聚苯乙烯作为保温内层，其耐热性差及不耐沸水，易出现应力开裂，且采用CO2发泡易造成发泡不均，保温性能提高并不显著。
[0004]另外，市场上的一体共挤成型复合管材主要利用的是熔融挤出时的物理结合，层间结合性能较差，在长期热水输送和冷热交替影响下，易发生开裂或产生大面积裂纹，且存在安全隐患，需要频繁更换以避免管材爆裂而危害人身安全。因此，需要在保证管材一体化的同时，通过化学交联实现层间的一体化，提高管材的层间结合性和使用稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供了一种保温一体耐热聚乙烯管材及其制备方法，采用三层共挤以提高保温耐热性能，并且具有良好的层间结合性和外层抗老化性，最终提高聚乙烯管材的使用寿命。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种保温一体耐热聚乙烯管材，由内到外依次包括耐热
层、保温层和防护层；所述耐热层为改性的高密度聚乙烯层；所述保温层为低密度聚乙烯交联发泡层；所述防护层为聚苯乙烯与乙烯
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醋酸乙烯共聚物的共混层。
[0008]本专利技术采用三层一体成型工艺制备得到聚乙烯管材，最内层的耐热层为改性的高密度聚乙烯层，可以提高聚乙烯的耐热性能和疏水性能，作为热水输送时的第一层防护。保温层为低密度聚乙烯交联发泡层，交联发泡可以在提高其保温性的同时，保证有良好的抗冲击性和抗压性。保温管材的最外层为防护层，由聚苯乙烯与乙烯
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醋酸乙烯共聚物共混得到，乙烯
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醋酸乙烯共聚物具有抗老化性，可以提高太阳能管材的使用寿命。而加入聚苯乙烯共混，聚苯乙烯为热塑性弹性体，加工流动性较好，可以提高层间的相容性，进而提高保温管材使用过程的稳定性。
[0009]作为优选，所述耐热层的原料按重量份计包括：100～120份高密度聚乙烯、3～5份盐酸多巴胺、4～7份2
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(4
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甲氧基
‑3‑
甲苯基)乙胺、3～10份无机保温材料、7～15份含多元酸的单烯烃和1～5份阴离子表面活性剂。
[0010]作为优选，所述保温层的原料按重量份计包括：80～100份低密度聚乙烯、1～5份硅烷、4～10份N
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羟甲基丙烯酰胺和3～9份发泡剂；所述防护层的原料按重量份计包括：50～90份聚苯乙烯和20～40份乙烯
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醋酸乙烯共聚物。
[0011]第二方面，本专利技术还提供了一种包括上述保温一体耐热聚乙烯管材的制备方法，包括如下步骤：(1)将无机保温材料、盐酸多巴胺和tris缓冲液混合，进行聚合反应；加入2
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(4
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甲氧基
‑3‑
甲苯基)乙胺，继续聚合反应，之后加入阴离子表面活性剂后搅拌；再加入高密度聚乙烯、含多元酸的单烯烃后进行预熔融，得到预混料A；(2)将低密度聚乙烯、硅烷、N
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羟甲基丙烯酰胺按重量份配比混合后进行预熔融，冷却后加入发泡剂，得到预混料B；(3)将防护层的原料按重量份配比混合后，得到预混料C；(4)将配比好的预混料按照层次分别放入共挤机相应部分，依次经加热、挤出、冷却、牵引后得到管材。
[0012]预混料A中的多巴胺会先在无机保温材料表面交联聚合，形成聚多巴胺包覆层。而2
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(4
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甲氧基
‑3‑
甲苯基)乙胺的聚合不同于盐酸多巴胺的聚合，因其所含活性位点较少，仅能聚合形成线性聚多巴胺，在无机保温材料表面延伸出线性支链。该线性支链会在预熔融时与高密度聚乙烯发生自由基聚合而成功接枝，且聚多巴胺含有的儿茶酚基团与氨基基团可以与非极性的聚乙烯可以产生良好的吸附作用，提高相容性。阴离子表面活性剂的亲水基团与聚多巴胺有良好的亲和性，其疏水基团可以提高耐热内层的疏水性，进而优化太阳能保温管材的输水性能。保温层采用的是硅烷交联低密度聚乙烯，加入N
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羟甲基丙烯酰胺进行预熔融，可以形成三者间的交联聚合网络。且因N
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羟甲基丙烯酰胺还具有粘合性，再加入发泡剂，可进行良好的附着。
[0013]聚乙烯管材的三层共挤熔融，首先，耐热层中的含多元酸的烯烃会与高密度聚乙烯发生自由基共聚，含多元酸的烯烃因其碳长链上的羧基会与保温层的N
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羟甲基丙烯酰胺发生聚合反应，层间的结合性和使用稳定性加强，保温隔热性能也进一步提高。其次，保温层持续形成交联聚合网络，加之层间的聚合反应，发泡剂会随着高分子链段的运动而提高其分散性，发泡剂的分散性更好，可以得到更为均质的发泡层，热导系数降低，进而在发泡
后形成的保温层在保持轻质的前提下，实现更好的保温耐热性能。在保温层外的防护层的共挤熔融，可以利用聚苯乙烯的加工流动性提高层间结合性。最终得到的保温聚乙烯管材，能够通过层间的化学交联实现层间一体化，具有优异的保温性、稳定性和使用寿命。
[0014]作为优选，步骤(1)中，所述无机保温材料为硅酸钙、亚硫酸钙、硅藻土或石棉；所述含多元酸的单烯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种保温一体耐热聚乙烯管材，其特征在于，由内到外依次包括耐热层、保温层和防护层；所述耐热层为改性的高密度聚乙烯层；所述保温层为低密度聚乙烯交联发泡层；所述防护层为聚苯乙烯与乙烯
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醋酸乙烯共聚物的共混层。2.如权利要求1所述的一种保温一体耐热聚乙烯管材，其特征在于，所述耐热层的原料按重量份计包括：100~120份高密度聚乙烯、3~5份盐酸多巴胺、4~7份2
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甲氧基
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甲苯基)乙胺、3~10份无机保温材料、7~15份含多元酸的单烯烃和1~5份阴离子表面活性剂。3.如权利要求2所述的一种保温一体耐热聚乙烯管材，其特征在于，所述保温层的原料按重量份计包括：80~100份低密度聚乙烯、1~5份硅烷、4~10份N
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羟甲基丙烯酰胺和3~9份发泡剂；所述防护层的原料按重量份计包括：50~90份聚苯乙烯和20~40份乙烯
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醋酸乙烯共聚物。4.一种如权利要求3所述保温一体耐热聚乙烯管材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将无机保温材料、盐酸多巴胺和tris缓冲液混合，进行聚合反应；加入2
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甲氧基
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甲苯基)乙胺，继续聚合反应，之后加入阴离子表面活性剂后搅拌；再加入高密度聚乙烯、含多元酸的单烯烃后进行预熔融，得到预混料A；（2）将低密度聚乙烯、硅烷、N
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羟甲基丙烯酰胺按重量份配比混合后进行预熔融，冷却后加入发泡剂，得到预混料B；（3）将防护层的原料按重量份配比混合后，得到预混料C；（4）将配比好的预混料按照层次分别放入共挤机相应部分，依次经加热、挤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王百提，丁良玉，李汉刚，吕健，潘海勇，
申请(专利权)人：浙江中财管道科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：