[发明专利]用于涂覆管道的方法和组合物

说明书

相关申请的引用

本申请根据35 U.S.C.§119要求享有2008年10月3日提交的题为“Methods and Compositions for Coating Pipe”的临时申请号61/102,636的的权益，将其全部内容结合于本文作为参考。

技术领域

本发明涉及用于分层塑料管道(piping)或管线(tubing)产品的辐射可固化的涂层。

背景技术

挤出的塑料管或管线适用于各种应用中。例如，这类塑料管被用于水运输中，更具体而言，用于热和/或冷饮用水的递送系统、地板辐射采暖(radiant floor heating)、废水和灭火喷洒系统(fire sprinkler systems)等。这类塑料管也可用作地区暖气管和食品工业中的加工管道，而其它应用包括除水之外的液体(如气体和淤浆)运送。用于制造这类塑料管的热塑性聚合物的实例包括聚烯烃如聚乙烯(PE)(例如，耐升温的聚乙烯(PE-raised temperature)或PE-RT)、聚丙烯(PP)、聚丁烯(PB)、以及它们的任何共聚物；聚烯烃共聚物如聚(乙烯-共-马来酸酐)；聚(氯乙烯)(PVC)；以及氯代PVC，即，CPVC；等等。这类热塑性聚合物可以是交联的或未交联的，这取决于所用的聚合物系统和最终管道的所需性质。

作为交联聚合物的一个实例，交联聚乙烯(PEX)通常用于塑料管。PEX具有若干种类(varieties)，其采用多种不同的交联化学和加工技术。各种PEX等级(grades)进一步以不同的浓度和组合而包含其它的添加剂，如抗氧化剂和/或稳定剂包装(packages)。对于管道应用，三个已知的PEX种类为：PEX-a、PEX-b和PEX-c。

在PEX-a工艺(“恩格尔法(Engel Method)”)中，交联在热和高压影响下由过氧化物引发。所得PEX-a组合物通过碳-碳键交联而形成交联的聚合物网络。这种PEX-a交联工艺发生在熔融阶段中，这与PEX-b和PEX-c的初始交联(primary crosslinking)工艺相反。初始反应是过氧化物分解后自由基形成，对于PEX-a其通过定义而必然存在，随后自由基从PE聚合物链中提取氢。后者(PE聚合物链)提供新的碳自由基，其接下来与邻近的PE链结合而形成稳定的碳-碳键，即交联。这种交联对于PEX-a被认为是均匀且一致的，对于实际应用其所提供的交联度(通常称为CCL)在70-90％的范围内。对CCL的要求是：对于PEX-a，如在交联聚乙烯(PEX)管线的ASTM国际标准，F 867-04(2004年5月1日批准)中所限定的，应超过70％。

在PEX-b工艺中，交联在延长的预定时间内通过水分和热量典型地在“桑拿浴气氛(Sauna atmosphere)”中引发。最常用的方法分别称为Sioplas法(两步法)和Monosil法(一步法)。在Sioplas法中，硅烷如乙烯基硅烷在管道挤出之前接枝于HDPE树脂。在Monosil法中，硅烷在管道挤出期间与HDPE树脂混合。在两种方法中(它们在预交联步骤中是化学上不同的)，实际交联的基本原理其实是相同的，即，交联发生在通过热湿组合而加速的二次(secondary)后挤出工艺中。后面的组合(热湿组合)是活性“反应剂”，其参与初始的水解和缩合(condensation)反应。在原理上，挤出的管道暴露于热水和蒸气浴中。与PEX-a的基本差别在于：对于PEX-b而言，所得的交联并不是在碳-碳键之间的交联，而是形成氧-硅共价键(硅氧烷“桥”)。相比于PEX-a，交联密度(CCL)略低于PEX-b(65％～70％)，且交联的均匀性也较差。

在PEX-c工艺中，交联一般称为“冷”法。在PEX-c工艺中，不需要化学品来辅助交联工艺，而是采用高能电子束(EB)辐射来产生氢提取(hydrogen abstraction)和随后发生交联所必需的自由基。高能电子束是非选择性的，即，化学键以不受控的方式断裂。后者连同HDPE交联所预期的反应，具有产生副反应的后果。对于PEX-c的交联密度典型地在70-75％的范围内，且必须小心选取辐射时间，因为过长时间暴露会导致产品脱色/或发脆(brittleness)。尽管在某种程度上对生产条件提出挑战，但PEX-c已经成功应用多年。