Композиция на основе полиолефинов для производства труб Российский патент 2025 года по МПК C08L23/06 C08L23/12 C08K5/13 C08K5/49 C08K5/10 

Изобретение относится к полимерной промышленности, в частности к производству полиолефиновых труб, состоящих из полимерной матрицы полиолефинов (ПНД, ПВД, ПП) с добавлением Функциональных добавок: фотоинициатора, светостабилизатора, соагента и Фенольного антиоксиданта.

В частности, изобретение относится к производству полиолефиновых труб и трубок для монтажа систем водоснабжения и водоотведения с использованием экструзии в сочетании с фотоиндуцированной сшивкой полиолефиновых полимеров, таких как полиэтилен, для получения труб и трубок из сшитого полиэтилена (PEX) с улучшенными эксплуатационными свойствами.

Известна пластиковая труба, содержащая две плотно прилегающие друг к другу части. Одна часть выполнена путем экструзии из термопластичного синтетического материала. Другая часть выполнена путем пултрузии или намотки с натяжением из термопластичного или термоотверждающегося синтетического материала. Наружная поверхность внутренней части выполнена в виде гофр, вытянутых вдоль ее оси или в виде поперечных канавок (Патент РФ № 2046242, опубл. 29.06.1990). Недостатком является то, что пластиковая труба, выполненная в виде гофры, не позволяет нарезать резьбу и изготавливать ее из вторичного полиолефинового сырья.

Известны композиции, содержащие смесь высокомолекулярного интерполимера на основе этилена и низкомолекулярного интерполимера на основе этилена (Патент РФ №2457224, опубл. 19.10.2007). Причем высокомолекулярный интерполимер на основе этилена является гетерогенно разветвленным линейным или гомогенно разветвленным линейным интерполимером этилена и С3-С20 α-олефинов и имеет плотность от 0,922 г/см³ до 0,929 г/см³, индекс расплава при высокой нагрузке от 0,2 г/10 мин до 1,0 г/10 мин. Низкомолекулярный интерполимер на основе этилена является гетерогенно разветвленным линейным или гомогенно разветвленным линейным интерполимером этилена и С3-С20 α-олефинов и имеет плотность от 0,940 г/см³ до 0,955 г/см³, индекс расплава от 6 г/10 мин до 50 г/10 мин. Недостатками известного способа является то, что не предусмотрено вовлечение вторичных полимеров в производственный цикл. Кроме того, данный состав композиции не имеет требуемой жесткости для нарезки резьбы на концах труб и для их прокладки методом горизонтально-направленного бурения.

Известен способ изготовления полиэтиленовых труб на основе трубного полиэтилена с содержанием до 10-15% по весу диффузионностойкой добавки на основе полиамида (Патент KZ № 29487, опубл. 16.02.2015). Недостатком в известном способе является использование диффузионной добавки на основе полиамида, что не является экологически чистой технологией, позволяющей повторно перерабатывать полиэтиленовые трубы.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ производства экструдированных пластмассовых труб, которые имеют значительно меньший уровень выщелачивания химических остатков (Патент US № 10392496, опубл. 27.04.2018). В способе используется технология двухшнековой экструзии с вращающимся шнеком, что позволяет получить продукт с повышенной устойчивостью к окислительной деградации и существенно более низким уровнем выщелачивания остатков химических веществ, используемых для производства питьевой воды. Способ получения трубы из сшитого полиолефина включает:

- экструзию смеси из соосно вращающегося двухшнекового экструдера с получением экструдированной трубы;

- сшивание полиолефинового структурного полимера путем облучения экструдированной трубы ультрафиолетовым излучением,

где экструзионная смесь включает полиолефиновый структурный полимер, фотоинициатор в количестве от 0,02 до 3 % по массе, соагент в количестве от 0,02 до 10 % по массе и фенольный антиоксидант в количестве от 0,1 до 1 % по массе;

где фотоинициатор выбран из бензофенона, бензофенона, замещенного в 4-положении, и бензофенона, замещенного в 4 и 4′-положениях; и где соагент включает по меньшей мере одну углерод-углеродную двойную связь. В одном из вариантов фотоинициатор находится в количестве от 0,2 до 3 % по массе, а соагент - в количестве 0,2-10 % по массе. Недостатками изобретения является узкая направленность использования в одном варианте только в системе транспортировки питьевой воды, а в другом используется только в системе транспортировки горячей воды.

В предлагаемом решении техническим результатом изобретения является создание композиции, которая может быть использована для формирования труб с повышенными физико-механическими характеристиками при сохранения высокой УФ-стойкости, что особенно важно при длительных процессах монтажа труб для водоснабжения и водоотведения на объекте и по улучшенным характеристикам.

Для производства однослойных или многослойных пластиковых труб, подвергающихся воздействию воды и стабилизированных против видимого и ультрафиолетового света, в которых труба, состоящая из полимерной матрицы полиолефинов (ПНД, ПВД, ПП) с добавлением Функциональных добавок: фотоинициатора, светостабилизатора, соагента и Фенольного антиоксиданта используется любой тип полиолефина.

Труба, изготавливаемая по настоящему изобретению, содержит:

- полимерную матрицу из ряда полиолефинов (ПНД, ПВД, ПП) не менее 90 % по массе. Полиолефины характеризуются высокой кристалличностью, высокой механической прочностью, высокими физико-механическими и диэлектрическими свойствами, нетоксичностью, устойчивостью к воздействию воды и агрессивных веществ (за исключением сильных окислителей, таких как HNO₃). Изделия из полиолефинов могут быть легко переработаны в самые сложные формы практически любым способом - от механической обработки до экструзионно-выдувного или литьевого формования. Полиолефиновые изделия имеют небольшой вес (плотность не более 1 г/см³), устойчивы к биологическому разрушению и старению на воздухе (при отсутствии прямого солнечного или ультрафиолетового излучения);

- фотоинициатор этилфенил(2,4,6-триметилбензоил) фосфинат 0,5-5 % по массе. Фотоинициатор необходим для радикальной полимеризации процесса сшивки полимерной матрицы и выбирается исходя из области максимальной абсорбции УФ-излучения на длинах волн λ=230, 275, 370 нм;

- соагент низкомолекулярная жидкая полибутадиеновая смола 2 - 3 % по массе. Соагент выбирают с умеренно высокой виниловой функциональностью, которая не влияет на скорость отверждения систем пероксидного отверждения, но влияют на степень отверждения. Совместим с насыщенными и ненасыщенными эластомерами, особенно с эластомерами на основе олефинов и термопластичными эластомерами. Содержит 100 частей на миллион 2,6 ди-трет-бутил-4метилфенола в качестве антиоксиданта. Обладает улучшенной плотностью сшивания, превосходной гидрофобностью, низким молекулярным весом, технологическим преимуществом, низкой степенью сжатия;

- стабилизатор УФ-излучения 2,2,6,6-тетраметил-4-пиперидинилстеарат 1,0 – 1,6 % по массе. Совместим с полиэтиленовой лентой, полипропиленовыми пленками и толстыми изделиями из полипропилена. Обладает лучшей светостойкостью, отсутствием пожелтения, нетоксичностью, низкой летучестью, хорошей совместимостью, отсутствием выцветания, отсутствием миграции. Сильная синергия с другими стабилизаторами, такими как высокомолекулярные HALS и УФ-поглотители. Подходит для литья под давлением;

- фенольный антиоксидант октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил4-гидроксифенил)-пропионат 0,2 - 0,4 % по массе. Первичный фенольный антиоксидант без запаха, очень эффективный для отверждения и длительной термостабильности. Светостойкость и отличное сохранение цвета. Защищает органические субстраты от термоокислительной деструкции. Низкая летучесть и высокая устойчивость к экстракции.

Процесс основан на использовании фотосшиваемых трубных составов, в которые добавлен фотоинициатор (ФИ); ФИ, взаимодействуя с ультрафиолетовым светом, вызывает сшивание трубного состава, образуя сшитый полиэтилен, или PEX. Присутствие фотоинициатора, а также других функциональных добавок, входящих в состав данного изобретения, обеспечивает равномерное сшивание трубы по всей ее стенке.

Техническим результатом изобретения является превосходная однородность труб, эффективная оптимизация допусков труб, стойкость к ультрафиолету и высокие физико-механические характеристики.

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе производства полиолефиновых труб, включающим стадии подготовки сырья, экструзию расплавленной смеси, калибрование и охлаждение трубы, сырье состоящее из ряда полиолефинов (ПНД, ПВД, ПП) подвергают дроблению, моют полученную дробленку, которую далее агломерируют и гранулируют, фасуют в мешок, после чего, полученные гранулы засыпают в ёмкость экструдера, добавляют Функциональные добавки: фотоинициатор, светостабилизатор, соагент, Фенольный антиоксидант, из полученной расплавленной смеси формируют полиэтиленовую трубу со сшивкой полиолефина после экструзии под воздействием инфракрасного излучения с длинами волн 0.7-1.5 мкм, избирательно воздействующими на перекись и вызывающими ее активацию без существенного нагрева и размягчения полиэтилена. Функциональные добавки вводят в крайней зоне экструдера контролируемым образом. В определенных зонах может быть создан вакуум, позволяющий добавлять компоненты и другие вещества. Пигменты, стабилизаторы и другие высокоэффективные полимеры также могут добавляться последовательно в процессе экструзии. Таким образом, волокна, наночастицы и/или другие наполнители могут быть добавлены ближе к концу шнека, что позволяет сократить время воздействия на эти компоненты сдвиговых усилий по сравнению с другими компонентами.

Полученные заготовки полиолефиновых труб нарезаются на необходимые готовые изделия. На концах готовой продукции нарезается внутренняя и/или наружная резьба.

Труба диаметром 1/2″ может экструдироваться со скоростью около 138 кг/час и скоростью экструзии около 31 м/мин, а труба диаметром 4″ может экструдироваться со скоростью около 3 м/мин.

Экструзия осуществляется при температурах от 170 °C до 200°C. Соответственно, добавки, используемые в способе настоящего изобретения, такие как фотоинициатор; и/или соагент; и/или антиоксидант; и/или светостабилизатор не должны испаряться при температуре 200 °C.

Для изготовления технических труб допускается использование как первичного, так и вторичного сырья, состоящее из ряда полиолефинов (ПНД, ПВД, ПП).

Изобретение относится к полимерной промышленности, в частности к производству полиолефиновых труб, состоящих из полимерной матрицы полиолефинов, выбранных из ПНД, ПВД, ПП, с добавлением функциональных добавок: фотоинициатора, светостабилизатора, соагента и фенольного антиоксиданта. Композиция содержит полимерную матрицу из ряда полиолефинов, выбранных из ПНД, ПВД, ПП, не менее 90 % по массе, фотоинициатор этилфенил(2,4,6-триметилбензоил) фосфинат 0,5-5 % по массе, светостабилизатор 2,2,6,6-тетраметил-4-пиперидинилстеарат 1,0–1,6 % по массе, соагент низкомолекулярную жидкую полибутадиеновую смолу 2-3 % по массе, фенольный антиоксидант октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил4-гидроксифенил)-пропионат 0,2-0,4 % по массе. Техническим результатом изобретения является превосходная однородность труб, эффективная оптимизация допусков труб, стойкость к ультрафиолету и высокие физико-механические характеристики.

Композиция на основе полиолефинов для производства труб, содержащая полимерную матрицу из ряда полиолефинов, выбранных из ПНД, ПВД, ПП, не менее 90 % по массе, фотоинициатор этилфенил(2,4,6-триметилбензоил) фосфинат 0,5-5 % по массе, светостабилизатор 2,2,6,6-тетраметил-4-пиперидинилстеарат 1,0–1,6 % по массе, соагент низкомолекулярную жидкую полибутадиеновую смолу 2-3 % по массе, Фенольный антиоксидант октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил4-гидроксифенил)-пропионат 0,2-0,4 % по массе.