Композиция на основе полиэтилена для труб и сочленений для труб

Композиция на основе полиэтилена для труб и сочленений для труб

Реферат

 

Изобретение относится к композиции на основе полиэтилена для производства труб и соединительных частей для транспорта жидкостей под давлением. Композиция на основе полиэтилена со стандартной объемной массой более 940 кг/м³ включает тальк в количестве менее 1 мас.ч. на 100 мас.ч. полиэтилена. Композиция обладает улучшенной устойчивостью к гидростатическому давлению и, соответственно, к текучести. Трубы и соединительные части, изготовленные из композиции предпочтительно в форме экструдированных гранул, обладают очень хорошей устойчивостью к медленному растрескиванию. 3 с. и 6 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к композиции на основе полиэтилена, способу изготовления деталей и деталям из данной композиции. В частности, оно относится к композиции на основе полиэтилена высокой плотности, содержащей небольшие количества тонкодисперсной минеральной добавки, и к изделиям из этой композиции, в частности, трубам для транспорта жидкостей, в том числе под давлением.

Известен способ улучшения скольжения ("antiblocking") пленок из полиэтилена низкой и средней плотности путем внедрения в полиэтилен небольших количеств (примерно от 0,05 до 1%) тонкодисперсных неорганических веществ, таких как тальк, каолин или кремнезем (итальянский патент 719725). Позднее был предложен способ, заключающийся во внедрении от 200 до 2500 ррм (0,02-0,25%) талька для улучшения скольжения пленок из полиэтилена с объемной массой от 0,905 до 0,935 г/см³, не ухудшая прозрачность (патент ЕР-В-60178).

С другой стороны, известно использование полиэтилена и, в частности полиэтилена высокой плотности, для производства труб и соединительных частей для транспорта жидкостей под давлением. Главное в этом случае - по очевидным соображениям безопасности и долговечности оборудования для транспорта жидкостей - иметь детали, такие как трубы и соединительные части, обладающие очень высокой устойчивостью к гидростатическому давлению.

Целью настоящего изобретения является получение композиции на основе полиэтилена высокой плотности с улучшенной устойчивостью к гидростатическому давлению и, соответственно, к текучести.

Таким образом, предметом изобретения является композиция на основе полиэтилена со стандартной объемной массой, измеренной при 23^oС в соответствии с нормой ASTM D 792, выше 940 кг/м³, включающая тальк в количестве менее 1 части на 100 вес. частей полиэтилена.

Тальком, используемым в композициях по изобретению, может быть любой гидратированный силикат магния естественного происхождения с общей формулой 3МgОSiO4₂Н₂О. Он может содержать в малых количествах оксиды металлов, такие как оксиды алюминия, железа и кальция. Предпочтительно, тальк имеет в основном листоватую текстуру. Его гранулометрическое распределение находится предпочтительно в пределах от 0,2 до 15 микрон, а средняя гранулометрия составляет от 1 до 5 микрон.

Настоящее изобретение исходит из удивительного заключения, что добавление небольших количеств талька (менее 1 вес. части на 100 вес. частей полиэтилена высокой плотности) обеспечивает получение композиций, позволяющих производить детали, в частности трубы, с существенно улучшенной устойчивостью к текучести без ущерба прочим механическим свойствам указанных деталей, в частности устойчивости к медленному растрескиванию ("Stress cracking" или ESCR).

Уже получены интересные результаты с таким малым количеством талька как 0,01 часть на 100 вес. частей полиэтилена. Чаще всего используют тальк в количестве не менее 0,03 вес. части. В целом это количество не превышает 0,5 вес. части. Отличные результаты получают с количеством талька от 0,05 до 0,25 части на 100 вес. частей полиэтилена.

Под полиэтиленом понимают, в отношении настоящего изобретения, как этиленовые гомополимеры, так и сополимеры этилена с одним или несколькими мономерами и их смеси. Среди пригодных сомономеров можно назвать линейные или разветвленные олефины, включающие от 3 до 8 атомов углерода, например бутен, гексен и 4-метилпентен, а также диолефины, включающие от 4 до 18 атомов углерода, в частности 4-винилциклогексен, дициклопентадиен, 1,3-бутадиен и т.д. Предпочтительны сомономеры бутена и гексена.

Общее содержание сомономера(ов) в сополимере этилена составляет по меньшей мере 0,01 мол.%, чаще всего по меньшей мере 0,05 мол.%. Общее количество сомономера(ов) не превышает 10 мол.%, чаще всего - 5 мол.%. Хорошие результаты получают с этиленовыми сополимерами, содержащими в целом от 0,5 до 5 мол. % и, в частности, от 0,3 до 2 мол.% бутена и/или гексена. В качестве примеров этиленовых сополимеров, предпочтительно используемых в композициях по изобретению, можно назвать статистические со- и терполимеры этилена и бутена и/или гексена или сополимеры с бимодальным распределением молекулярной массы, получаемые последовательной полимеризацией смесей этилена и бутена и/или гексена. Сополимеры с бимодальным распределением, полученные последовательной полимеризацией этилена и смеси этилена и бутена, подходят особенно хорошо.

Лучше использовать полиэтилен со стандартной объемной массой, определенной выше, по меньшей мере равной 943 кг/м³ и, в частности, равной по меньшей мере 946 кг/м³. Стандартная объемная масса не превышает 960 кг/м³ и еще точнее 955 кг/м³.

Чаще всего полиэтилен, используемый в композиции по изобретению, отличается, кроме всего, показателем текучести, измеренным при 190^oС под нагрузкой 5 кг по норме ISO 1133 (1991) по меньшей мере 0,07 г /10 мин, особенно часто - по меньшей мере 0,1 г/10 мин.

Показатель текучести не превышает 5 г/10 мин, чаще всего не превышает 2 г/10 мин.

Кроме талька, композиция согласно настоящему изобретению может включать такие обычные в этиленовых полимерах добавки, как стабилизаторы (например, антикислотные, антиоксиданты и/или анти-УФ) и вспомогательные технологические агенты ("processing aid"). Содержание в композиции каждой из этих добавок составляет меньше 1%, предпочтительно, меньше 0,5% веса. Композиция по изобретению может содержать также пигменты. Чаще всего содержание пигментов не превышает 5% от веса композиции и точнее 3%.

Композиция по изобретению содержит не менее 94%, предпочтительно, не менее 96 вес.% полиэтилена.

Способ получения композиции по изобретению не является строгим. Она может быть получена любым известным адекватным способом. Например, можно внедрить тальк в полиэтилен одновременно с обычными добавками в виде порошкообразной смеси. Предпочтительный альтернативный способ заключается в том, чтобы смешать полиэтилен с тальком и обычными добавками при комнатной температуре и смешать их затем при температуре, превышающей температуру плавления полиэтилена, например, в механическом смесителе или экструдере. Также возможно сначала приготовить основную смесь, включающую первую фракцию полиэтилена, тальк и обычные добавки, определенные выше, при этом данная основная смесь обогащена тальком. Содержание талька в указанной смеси составляет от 0,5 до 5 вес.%, предпочтительно, от 0,5 до 2 вес.% и, в частности, от 0,75 до 1 вес.%. Эту основную смесь смешивают затем с оставшейся фракцией полиэтилена. Такие способы позволяют получить композицию в виде порошка, которую можно затем подвергнуть грануляции для получения гранулированной композиции. Такие гранулы можно получить путем экструзии композиции, нарезая на гранулы выходящую из экструдера композицию. Способ грануляции можно осуществить, загружая в экструдер заранее приготовленную смесь полиэтилена с тальком (и, возможно, обычными добавками) и получая на выходе из аппарата гранулы этой смеси. Один из вариантов способа грануляции заключается в том, что в экструдер загружают главную смесь, как она определена выше, и оставшуюся фракцию полиэтилена.

Предпочтение отдается композициям в форме экструдированных гранул.

Композиция по изобретению обладает стандартной объемной массой (определяемой так, как указано выше) более 940 кг/м³, чаще всего не менее 945 кг/кг, еще точнее, не менее 947 кг/м³. В целом стандартная объемная масса композиции не превышает 970 кг/м³, еще точнее 965 кг/м³.

Показатель текучести композиции по изобретению, определяемый при 190^oС под нагрузкой 5 кг в соответствии с нормой ISO 1133 (1991) равен по меньшей мере 0,07 г/10 мин, чаще всего - не менее 0,1 г/10 мин. В целом показатель текучести не превышает 5 г/10 мин, чаще всего 2 г/10 мин.

Использование расплавленной композиции по изобретению приводит к получению деталей с заметно улучшенной устойчивостью к текучести по сравнению с аналогичными композициями, не содержащими тальк.

Композицию по изобретению можно использовать во всех обычных способах изготовления деталей из полиэтилена, таких как экструзия, экструзия - выдувание, экструзия - термоформование и впрыскивание. Она хорошо подходит для получения впрыскиванием соединений для труб. Особенно хорошо она подходит для экструзии труб, в частности труб для транспорта жидкостей под давлением, например, транспорта под давлением газа и воды. Соответственно настоящее изобретение касается также способа производства деталей из композиции по изобретению. В частности, изобретение касается способа производства соединений для труб путем впрыскивания композиции по изобретению. Впрыскивание композиции по изобретению осуществляется на стандартном оборудовании и в стандартных условиях впрыскивания композиций на основе этиленовых полимеров при температуре, предпочтительно, около 240-280^oС. Изобретение также касается способа экструзии труб, в частности, труб для транспорта жидкостей, в частности, жидкостей под давлением. Экструзия композиций по изобретению, предпочтительно, в виде экструдированных гранул, осуществляется на стандартном оборудовании и в стандартных условиях для композиций на основе этиленовых полимеров, хорошо знакомых технологам, при температуре около 185-210^oС.

Изобретение также касается деталей из композиции по изобретению, и в частности, соединений для труб, полученных впрыскиванием композиции, и самих труб, полученных экструзией композиции. В частности, изобретение касается труб для транспорта жидкостей, в частности, жидкостей под давлением, сформованных путем экструзии композиции по изобретению. Кроме существенно улучшенной устойчивости к гидростатическому давлению, т.е. стойкости к текучести, трубы, изготовленные с помощью композиции по изобретению, обладают очень хорошей устойчивостью к медленному растрескиванию (stress-cracking).

Следующий пример служит иллюстрацией изобретения. Значение используемых в данном примере символов (как и в сравнительном примере), единицы выражения указанных величин и методы измерения этих величин объяснены ниже: MVS - стандартная объемная масса, измеренная при 23^oС согласно норме ASTM D 792; MI₅ - показатель текучести, измеренный при 190^oС под нагрузкой 5 кг согласно норме ISO 1133 (1991); t - устойчивость к текучести, выраженная в показателях времени разрыва, измеренная согласно норме ISO 1167 (1996) при 20^oС на трубе диаметром 50 мм и толщиной 3 мм при окружностном воздействии 12,4 МПа; ESCR - устойчивость к медленному растрескиванию, выраженная в показателях времени разрыва, измеренная на трубе с надрезом, сделанным согласно методу, описанному в норме ISO F/DIS 13479 (1996) при 80^oС на трубе диаметром 110 мм и толщиной 10 мм при воздействии 4,6 МПа; RCP - устойчивость к быстрому растрескиванию, измеренная при температуре -15^oС согласно методике S4, описанной в норме ISO F/DIS 13477 (1996), на трубе диаметром 110 мм и толщиной 10 мм.

ПРИМЕР 1 Была получена композиция, содержащая на 1 кг композиции следующие ингредиенты: - 989,9 г сополимера этилена, включающего бимодальное распределение молекулярной массы, имеющего MI₅=0,45 г/10 мин и MVS=948,5 кг/м³. Этот сополимер включает 50 вес.% гомополимера этилена и 50 вес.% сополимера этилена и бутена, включающего 1 мол.% мономерной единицы производного 1-бутена, - 4,6 г смеси синего, черного и белого пигментов, - 2,5 г антиоксиданта, - 1 г стеарата кальция, - 1 г анти-УФ-агента и - 1 г талька STEAMIC 00S (LUZENAC).

Этот тальк обладает листоватой структурой. Он состоит из частиц диаметром от 0,3 до 10 мкм, средняя гранулометрия равняется 1,8 мкм.

Эта композиция была гранулирована при температуре 210^oС в экструдере-грануляторе ZSK 40 (выпускается компанией Weruer & Pfleiderer). Полученные гранулы имели MI₅=0,44 г/10 мин и MVS=951,9 кг/м³. Трубы были затем изготовлены путем экструзии этих гранул в экструдере одновинтового типа (тип Battenfeld) при 190^oС.

Механические свойства, измеренные на указанных трубах, представлены в таблице.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР Была получена композиция, идентичная композиции примера 1, но не содержащая тальк. Эта композиция была гранулирована, и трубы были изготовлены в тех же условиях, как и в примере 1. Гранулы имели MI₅=0,43 г/10 мин и MVS= 951,4 кг/м³.

Механические свойства, измеренные на указанных трубах, представлены в таблице.

Эти исследования показывают, что композиция примера 1, содержащая небольшое количество талька, позволяет изготовить трубы, обладающие существенно улучшенной, по сравнению с композицией, не содержащей тальк, устойчивостью к гидростатическому давлению (устойчивость к текучести).

Формула изобретения

1. Композиция на основе полиэтилена для труб и сочленений для труб, отличающаяся тем, что полиэтилен имеет стандартную объемную массу, измеренную при 23С согласно норме ASTM D 972, более 940 кг/м³ и содержит тальк в количестве менее 1 ч. на 100 вес.ч. полиэтилена.

2. Композиция на основе полиэтилена по п.1, отличающаяся тем, что тальк имеет в основном листоватую структуру.

3. Композиция на основе полиэтилена по п.1 или 2, отличающаяся тем, что тальк имеет гранулометрическое распределение 0,2-15 мкм при средней гранулометрии 1-5 мкм.

4. Композиция на основе полиэтилена по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что количество талька составляет 0,05-0,25 ч. на 100 вес.ч. полиэтилена.

5. Композиция на основе полиэтилена по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что полиэтилен выбирают из гомополимеров и сополимеров этилена, содержащих в целом от 0,01 до 10 мол.% сомономеров, со стандартной объемной массой более 943 кг/м³, но не превышающей 960 кг/м³, и с показателем текучести, измеренным при 190С под нагрузкой 5 кг согласно норме ISO 1133 (1991), от 0,07 до 5 г/10 мин.

6. Композиция на основе полиэтилена по п.5, отличающаяся тем, что полиэтилен выбирают из сополимеров этилена, содержащих в целом 0,05-5 мол.% бутена и/или гексена.

7. Композиция на основе полиэтилена по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что она находится в состоянии экструдированных гранул.

8. Трубы, изготовленные путем экструзии композиции по одному из пп.1-7.

9. Сочленения для труб, изготовленные путем впрыскивания композиции по одному из пп.1-7.

РИСУНКИ

Рисунок 1