抗靜電阻燃聚乙烯組合物的製作方法
2023-05-21 05:51:51
專利名稱：抗靜電阻燃聚乙烯組合物的製作方法
技術領域：
本發明屬於塑料加工應用技術領域，涉及一種抗靜電阻燃塑料組合物。
背景技術：
近年來，由於聚乙烯管材具有價廉質輕、安裝方便、環保等優點，加上國家政策的推動，廣泛應用於各個領域。其中，礦用聚乙烯管材除了應具備一般塑料管材的物理機械性能以外，還應滿足煤礦的特殊要求即必須具有抗靜電性，自熄性並且燃燒產物也不得具有毒性。聚乙烯是一種有機高分子材料，它的體積電阻率非常高，為1016-20Ω/cm，經摩擦就會產生靜電，並聚集在塑料表面，可能引起火災和瓦斯爆炸，因此必須對生產礦用管的聚乙烯樹脂進行抗靜電改性。目前常用的改性方法包括向樹脂中添加抗靜電劑或者導電碳黑和金屬粉末等物質。抗靜電劑是一種表面活性物質，其抗靜電的機理在於抗靜電劑的親水端吸收空氣中的水份，在材料表面形成一種導電水膜，從而降低表面電阻率，使已產生的靜電荷迅速謝落。若表面的抗靜電劑因水洗或擦落後，內部的抗靜電劑分子還可以移向表面，從而恢復其抗靜電性能。CN14118907A和CN1114607A涉及的抗靜電阻燃材料或管材都是採用了抗靜電劑對聚乙烯樹脂進行抗靜電改性。使用抗靜電劑的聚乙烯製品抗靜電性能的好壞要極大的依賴周圍環境的溼度，在乾燥環境中的抗靜電效果較差，此時常因靜電而發生危險。並且，抗靜電劑本身通常為一些在水中電離的物質，隨著時間的推移，抗靜電劑必將因表面部分的溶解而逐漸向外層析出，在材料內部形成結構缺陷，影響材料的力學性能的同時，抗靜電性能逐漸衰減。
在聚乙烯中加入導電炭黑，由於炭黑結構化具有較大的比表面積及較好的表面化學性質，所以能獲得良好的抗靜電效果。以前由於炭黑本身性能的問題，炭黑的用量達到20份以上，才能使聚乙烯具有良好的抗靜電性能，但這時材料的加工性能、力學性能變差，使其在管材中的應用受到限制。ZL90106274公開了一種聚乙烯軟管的製造方法，其炭黑的加入量超過20份，該專利利用交聯技術彌補了加入大量炭黑造成的力學性能的損失。隨著炭黑技術的不斷發展，近年來在複合材料中添加較少的份數的炭黑就能獲得良好的抗靜電效果，但是由於導電炭黑的比表面積極大，加入樹脂中仍將嚴重影響複合材料的熔體粘度，在擠出過程中會出現扭矩過大，擠出不穩定等現象。本發明涉及的技術包括將兩種炭黑並用並對其進行必要的處理，同時向複合材料中添加部分改性劑，以改善上述情況，取得了良好的效果。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種電性能、加工性能、力學性能優良的聚乙烯抗靜電阻燃塑料組合物，主要用於製造各種用途的煤礦用管道。
抗靜電阻燃聚乙烯塑料組合物，其特徵在於其重量組成為高密度聚乙烯20-45份，聚乙烯抗靜電母料40-30份，聚乙烯阻燃母料40-25份，其中聚乙烯抗靜電母料的重量組成為聚乙烯載體樹脂100份，比表面積大於800g/m2的特導電炭黑A 25-40份，比表面積小於500g/m2的普通導電炭黑B 5-10份，炭黑處理劑2.0-4.0份，抗氧劑0.4-1.0份，聚乙烯蠟2.0-5.0份，聚乙烯阻燃母料的重量組成為聚乙烯載體樹脂100份，阻燃劑100-150份，消煙劑25-40份，抗氧劑2.0-3.0份。
聚乙烯抗靜電母料的製備方法包括如下步驟a.導電炭黑在200-1000rpm攪拌機中，加入處理劑，常溫下攪拌5-10分鐘；b.將各種助劑同載體樹脂在攪拌機中共混，攪拌5分鐘後放出物料；c.將混好的物料經長徑比大於30的雙螺杆擠出機組造粒，製備抗靜電母料。擠出溫度控制在160-220℃之間。
聚乙烯抗靜電母料中的炭黑處理劑可以選擇鈦酸酯偶聯劑，矽烷偶聯劑，鋁酸酯偶聯劑，最佳選擇為鈦酸酯偶聯劑。偶聯劑的作用是使炭黑與載體樹脂這兩種不同性質材料能夠更充分的相容，所選擇的鈦酸酯偶聯劑，矽烷偶聯劑，鋁酸酯偶聯劑是塑料加工行業通常所用的組分，如鈦酸酯偶聯劑通式(ROmTiOX-R-Y)n(RO)中的R為烷基，其中1≤m≤4；-OX-可以是羧基、磺酸基、碸基等；-R-是長鏈碳原子如烷基、芳香基等；-Y-是可以與熱固性聚合物反應的基團，如雙鍵、氨基等式中m+n≤6。
矽烷偶聯劑結構通式RSiX3，R是與聚合物分子有親和力或反應能力的活性基團，如氨基、巰基、乙烯基、環氧基、氰基、甲基丙烯醯氧基等。X為能夠水解的烷氧基(如甲氧基、乙氧基等)或氯。例如乙烯基三乙氧基矽烷等。
抗氧劑優選為磷酸酯類和受阻胺類抗氧劑混合使用，二者最好按1∶1的重量比混合。磷酸酯類和受阻胺類抗氧劑選擇塑料加工行業通常所用的各種組分。
載體樹脂為低密度聚乙烯。
本發明的抗靜電母料與使用其他抗靜電劑生產的抗靜電母料相比抗靜電效果好。通過兩種炭黑混合使用並對這兩種炭黑進行處理，解決了炭黑加入量大時不易加工的難題，使用普通的雙螺杆擠出機就能進行加工造粒，並且對組合物的機械性能影響不大。使用該組合物生產的雙抗管材完全能夠滿足井下各種輸水輸氣的需要。
聚乙烯阻燃母料的製備方法包括如下步驟a.將載體樹脂和各種助劑加入200-1000rpm的攪拌機中，攪拌5分鐘後放出物料。
b.將混好的物料經雙螺杆擠出機組造粒，製備阻燃母料。擠出溫度控制在165-220℃之間，速度依擠出電流而定。
聚乙烯阻燃母料所用載體樹脂為低密度聚乙烯粉料。抗氧劑優選為磷酸酯類和受阻胺類抗氧劑混合使用，二者最好按1∶1的重量比混合。
磷酸酯類和受阻胺類抗氧劑選擇塑料加工行業通常所用的各種組分。
阻燃劑和消煙劑仍然選用通常所用的各種組分，阻燃劑如十溴苯聯醚，消煙劑如三氧化二銻。
製備本發明所述抗靜電阻燃聚乙烯塑料組合物的方法，按如下步驟a.將聚乙烯抗靜電母料40-30份，聚乙烯阻燃母料40-25份同高密度聚乙烯20-45份投入200-1000rpm的高速攪拌機中充分混合5分鐘後放出物料。
b.將混好的物料經雙螺杆擠出機造粒，製得本發明所述塑料組合物，造粒溫度控制在160-250℃之間。
本發明使用的是複合阻燃劑，以含滷素的有機化合物十溴苯聯醚等為主阻燃劑，三氧化二銻等為增效劑和消煙劑。該複合阻燃劑與抗靜電劑的協同作用好，使製品的性能穩定並易於加工。
採用兩種不同比表面積的導電炭黑，用處理劑對導電炭黑進行處理，兩種導電炭黑並用，抗靜電和阻燃協同效應好，加工和力學性能優良。
本發明研製的聚乙烯組合物以導電炭黑為抗靜電改性劑，並採用阻燃技術使該塑料組合物具有優良的抗靜電性、阻燃性、加工性能及力學性能，用於製備煤礦井下用各種用途管材。這種管材具有優良的綜合性能，並滿足煤炭部行業標準MT558.1的要求。
本發明抗靜電阻燃聚乙烯組合物能達到如下物性指標，表面電阻≤1.0×106Ω，拉伸強度≥18.0MPa，斷裂伸長率≥350％，熔體流動速率在0.10-0.30之間。
本發明與已有技術技術相比，具有明顯的優點和積極效果。
1、工藝合理，在保證物料的電性能、力學性能的同時改善了其加工性能，解決了炭黑填充後加工性能差的難題，得到了一種綜合性能優良的抗靜電阻燃塑料。
2、本發明在抗靜電阻燃管材領域的應用實施對於改善我國煤礦井下作業環境，延長井下用管的使用周期，降低作業強度，減少煤礦企業投資意義深遠。
具體實施例方式
實施例1組合物配方高密度聚乙烯40份抗靜電母料35份阻燃母料25份其中抗靜電母料的配方為線性低密度聚乙烯100份特導電炭黑(比表面積828m2/g)市售30份普通導電炭黑(比表面積164m2/g)美國卡博特公司 8份抗氧劑10100.4份 抗氧劑1680.4份鈦酸酯偶聯劑(單烷基類)3.5份聚乙烯蠟4份阻燃母料配方線性低密度聚乙烯100份十溴聯苯醚125份三氧化二銻25份抗氧劑10101.5份 1681.5份經雙螺杆擠出機造粒所得組合物性能指標如下熔體流動速率0.1g/10min(190℃ 2.16kg)拉伸屈服應力17.67MPa斷裂伸長率700表面電阻1.2×103Ω有焰燃燒2.0s無焰燃燒5.2s用該組合物生產的雙抗管材經國家權威部門檢測完全達到中華人民共和國煤炭部行業標準(MT558.1-1996)的要求。
實施例2組合物配方高密度聚乙烯40份抗靜電母料30份阻燃母料30份其中抗靜電母料的配方及阻燃母料配方與實施例1相同經雙螺杆擠出機造粒所得組合物性能指標如下熔體流動速率0.4g/10min(190℃ 2.16kg)拉伸屈服應力18.52MPa斷裂伸長率685表面電阻2.4×103Ω有焰燃燒1.54s無焰燃燒3.68s用該組合物生產的雙抗管材經國家權威部門檢測完全達到中華人民共和國煤炭部行業標準(MT558.1-1996)的要求。
實施例3抗靜電母料和阻燃母料的配方同實施例1組合物的配方為高密度聚乙烯22份聚乙烯抗靜電母料38份聚乙烯阻燃母料40份實施例4抗靜電母料和阻燃母料的配方同實施例1組合物的配方為高密度聚乙烯43份聚乙烯抗靜電母料33份聚乙烯阻燃母料25份實施例5抗靜電母料和阻燃母料的配方同實施例1組合物的配方為高密度聚乙烯30份聚乙烯抗靜電母料30份聚乙烯阻燃母料40份實施例6按實施例2的組合物配方，阻燃母料配方不變，改變抗靜電母料的配方線性低密度聚乙烯100份特導電炭黑(比表面積828m2/g)市售35份普通導電炭黑(比表面積164m2/g)美國卡博特公司 5份抗氧劑10100.4份 1680.4份鈦酸酯偶聯劑(單烷基類)4份聚乙烯蠟5份經雙螺杆擠出機造粒所得組合物性能指標如下
熔體流動速率0.1g/10min(190℃ 2.16kg)拉伸屈服應力15.52MPa斷裂伸長率572表面電阻0.8×103Ω有焰燃燒2.5s無焰燃燒5.1s用該組合物生產的雙抗管材經國家權威部門檢測完全達到中華人民共和國煤炭部行業標準(MT558.1-1996)的要求。
實施例7按實施例2的組合物配方，阻燃母料配方不變，改變抗靜電母料的配方低密度聚乙烯100份特導電炭黑 比表面積為828m2/g 28份普通導電炭黑 比表面積為164m2/g 7份抗氧劑、鈦酸酯偶聯劑、聚乙烯蠟的組成不變。
實施例8按實施例2的組合物配方，阻燃母料配方不變，改變抗靜電母料的配方低密度聚乙烯100份特導電炭黑 比表面積＞800m2/g 25份普通導電炭黑 比表面積為500m2/g 5份鈦酸酯偶聯劑 單烷基類 2份聚乙烯蠟 2份抗氧劑組成不變。
實施例9按實施例2的組合物配方，阻燃母料配方不變，改變抗靜電母料的配方低密度聚乙烯100份特導電炭黑 比表面積＞800m2/g 38份普通導電炭黑 比表面積為100-400m2/g 6份鈦酸酯偶聯劑 單烷基類 4份抗氧劑、聚乙烯蠟的組成不變。
實施例10按實施例2的組合物配方，抗靜電母料的配方低密度聚乙烯100份特導電炭黑 比表面積＞800m2/g 30份普通導電炭黑 比表面積為100-400m2/g 8份鈦酸酯偶聯劑 單烷基類3.5份抗氧劑、聚乙烯蠟的組成不變。
阻燃母料配方低密度聚乙烯100份十溴聯苯醚100份三氧化二銻40份抗氧劑組成不變。
權利要求
1.一種抗靜電阻燃聚乙烯塑料組合物，其特徵在於其重量組成為高密度聚乙烯20-45份，聚乙烯抗靜電母料40-30份，聚乙烯阻燃母料40-25份，其中聚乙烯抗靜電母料的重量組成為聚乙烯載體樹脂100份，比表面積大於800g/m2的特導電炭黑A 25-40份，比表面積小於500g/m2的普通導電炭黑B 5-10份，炭黑處理劑2.0-4.0份，抗氧劑0.4-1.0份，聚乙烯蠟2.0-5.0份，聚乙烯阻燃母料的重量組成為聚乙烯載體樹脂100份，阻燃劑100-150份，消煙劑25-40份，抗氧劑2.0-3.0份。
2.根據權利要求1所述的組合物，其特徵在於聚乙烯抗靜電母料和聚乙烯阻燃母料所採用的聚乙烯載體樹脂為低密度聚乙烯。
3.根據權利要求1所述的組合物，其特徵在於聚乙烯抗靜電母料中的炭黑處理劑選擇鈦酸酯偶聯劑，矽烷偶聯劑，鋁酸酯偶聯劑。
4.根據權利要求3所述的組合物，其特徵在於炭黑處理劑為鈦酸酯偶聯劑。
5.根據權利要求1所述的組合物，其特徵在於所述抗氧劑為磷酸酯類和受阻胺類抗氧劑的混合物。
6.根據權利要求1所述的組合物，其特徵在於所述阻燃劑為十溴聯苯醚，消煙劑為三氧化二銻。
全文摘要
抗靜電阻燃聚乙烯塑料組合物，其重量組成為高密度聚乙烯20－45份，聚乙烯抗靜電母料40－30份，聚乙烯阻燃母料40－25份，其中聚乙烯抗靜電母料採用兩種不同比表面積的導電炭黑，用處理劑對導電炭黑進行處理，抗靜電和阻燃協同效應好，加工和力學性能優良。聚乙烯阻燃母料使用複合阻燃劑，以含滷素的有機化合物十溴苯聯醚為主阻燃劑，三氧化二銻為增效劑和消煙劑，與抗靜電劑的協同作用好，使製品的性能穩定並易於加工。本發明的組合物具有優良的抗靜電性、阻燃性、加工性能及力學性能，用於製備煤礦井下用各種用途管材。這種管材具有優良的綜合性能，並滿足煤炭部行業標準MT558.1的要求。
文檔編號C08L23/06GK1616531SQ20031010563
公開日2005年5月18日 申請日期2003年11月14日 優先權日2003年11月14日
發明者張新華, 李靜, 王文清, 張學明, 李淼, 李晶, 王海波, 孫祖德 申請人:中國石化齊魯股份有限公司