專利名稱：抗靜電阻燃聚乙烯組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于塑料加工應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種抗靜電阻燃塑料組合物。
背景技術(shù)：
近年來，由于聚乙烯管材具有價(jià)廉質(zhì)輕、安裝方便、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，加上國(guó)家政策的推動(dòng)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。其中，礦用聚乙烯管材除了應(yīng)具備一般塑料管材的物理機(jī)械性能以外，還應(yīng)滿足煤礦的特殊要求即必須具有抗靜電性，自熄性并且燃燒產(chǎn)物也不得具有毒性。聚乙烯是一種有機(jī)高分子材料，它的體積電阻率非常高，為1016-20Ω/cm，經(jīng)摩擦就會(huì)產(chǎn)生靜電，并聚集在塑料表面，可能引起火災(zāi)和瓦斯爆炸，因此必須對(duì)生產(chǎn)礦用管的聚乙烯樹脂進(jìn)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(dǎo)電碳黑和金屬粉末等物質(zhì)?？轨o電劑是一種表面活性物質(zhì)，其抗靜電的機(jī)理在于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(dǎo)電水膜，從而降低表面電阻率，使已產(chǎn)生的靜電荷迅速謝落。若表面的抗靜電劑因水洗或擦落后，內(nèi)部的抗靜電劑分子還可以移向表面，從而恢復(fù)其抗靜電性能。CN14118907A和CN1114607A涉及的抗靜電阻燃材料或管材都是采用了抗靜電劑對(duì)聚乙烯樹脂進(jìn)行抗靜電改性。使用抗靜電劑的聚乙烯制品抗靜電性能的好壞要極大的依賴周圍環(huán)境的濕度，在干燥環(huán)境中的抗靜電效果較差，此時(shí)常因靜電而發(fā)生危險(xiǎn)。并且，抗靜電劑本身通常為一些在水中電離的物質(zhì)，隨著時(shí)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(nèi)部形成結(jié)構(gòu)缺陷，影響材料的力學(xué)性能的同時(shí)，抗靜電性能逐漸衰減。
在聚乙烯中加入導(dǎo)電炭黑，由于炭黑結(jié)構(gòu)化具有較大的比表面積及較好的表面化學(xué)性質(zhì)，所以能獲得良好的抗靜電效果。以前由于炭黑本身性能的問題，炭黑的用量達(dá)到20份以上，才能使聚乙烯具有良好的抗靜電性能，但這時(shí)材料的加工性能、力學(xué)性能變差，使其在管材中的應(yīng)用受到限制。ZL90106274公開了一種聚乙烯軟管的制造方法，其炭黑的加入量超過20份，該專利利用交聯(lián)技術(shù)彌補(bǔ)了加入大量炭黑造成的力學(xué)性能的損失。隨著炭黑技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來在復(fù)合材料中添加較少的份數(shù)的炭黑就能獲得良好的抗靜電效果，但是由于導(dǎo)電炭黑的比表面積極大，加入樹脂中仍將嚴(yán)重影響復(fù)合材料的熔體粘度，在擠出過程中會(huì)出現(xiàn)扭矩過大，擠出不穩(wěn)定等現(xiàn)象。本發(fā)明涉及的技術(shù)包括將兩種炭黑并用并對(duì)其進(jìn)行必要的處理，同時(shí)向復(fù)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電性能、加工性能、力學(xué)性能優(yōu)良的聚乙烯抗靜電阻燃塑料組合物，主要用于制造各種用途的煤礦用管道。
抗靜電阻燃聚乙烯塑料組合物，其特征在于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，比表面積大于800g/m2的特導(dǎo)電炭黑A 25-40份，比表面積小于500g/m2的普通導(dǎo)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制備方法包括如下步驟a.導(dǎo)電炭黑在200-1000rpm攪拌機(jī)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(jī)中共混，攪拌5分鐘后放出物料；c.將混好的物料經(jīng)長(zhǎng)徑比大于30的雙螺桿擠出機(jī)組造粒，制備抗靜電母料。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(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑，鋁酸酯偶聯(lián)劑，最佳選擇為鈦酸酯偶聯(lián)劑。偶聯(lián)劑的作用是使炭黑與載體樹脂這兩種不同性質(zhì)材料能夠更充分的相容，所選擇的鈦酸酯偶聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑，鋁酸酯偶聯(lián)劑是塑料加工行業(yè)通常所用的組分，如鈦酸酯偶聯(lián)劑通式(ROmTiOX-R-Y)n(RO)中的R為烷基，其中1≤m≤4；-OX-可以是羧基、磺酸基、砜基等；-R-是長(zhǎng)鏈碳原子如烷基、芳香基等；-Y-是可以與熱固性聚合物反應(yīng)的基團(tuán)，如雙鍵、氨基等式中m+n≤6。
硅烷偶聯(lián)劑結(jié)構(gòu)通式RSiX3，R是與聚合物分子有親和力或反應(yīng)能力的活性基團(tuán)，如氨基、巰基、乙烯基、環(huán)氧基、氰基、甲基丙烯酰氧基等。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硅烷等。
抗氧劑優(yōu)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(yè)通常所用的各種組分。
載體樹脂為低密度聚乙烯。
本發(fā)明的抗靜電母料與使用其他抗靜電劑生產(chǎn)的抗靜電母料相比抗靜電效果好。通過兩種炭黑混合使用并對(duì)這兩種炭黑進(jìn)行處理，解決了炭黑加入量大時(shí)不易加工的難題，使用普通的雙螺桿擠出機(jī)就能進(jìn)行加工造粒，并且對(duì)組合物的機(jī)械性能影響不大。使用該組合物生產(chǎn)的雙抗管材完全能夠滿足井下各種輸水輸氣的需要。
聚乙烯阻燃母料的制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(jī)中，攪拌5分鐘后放出物料。
b.將混好的物料經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)組造粒，制備阻燃母料。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?？寡鮿﹥?yōu)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(yè)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(lián)醚，消煙劑如三氧化二銻。
制備本發(fā)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(jī)中充分混合5分鐘后放出物料。
b.將混好的物料經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)造粒，制得本發(fā)明所述塑料組合物，造粒溫度控制在160-250℃之間。
本發(fā)明使用的是復(fù)合阻燃劑，以含鹵素的有機(jī)化合物十溴苯聯(lián)醚等為主阻燃劑，三氧化二銻等為增效劑和消煙劑。該復(fù)合阻燃劑與抗靜電劑的協(xié)同作用好，使制品的性能穩(wěn)定并易于加工。
采用兩種不同比表面積的導(dǎo)電炭黑，用處理劑對(duì)導(dǎo)電炭黑進(jìn)行處理，兩種導(dǎo)電炭黑并用，抗靜電和阻燃協(xié)同效應(yīng)好，加工和力學(xué)性能優(yōu)良。
本發(fā)明研制的聚乙烯組合物以導(dǎo)電炭黑為抗靜電改性劑，并采用阻燃技術(shù)使該塑料組合物具有優(yōu)良的抗靜電性、阻燃性、加工性能及力學(xué)性能，用于制備煤礦井下用各種用途管材。這種管材具有優(yōu)良的綜合性能，并滿足煤炭部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT558.1的要求。
本發(fā)明抗靜電阻燃聚乙烯組合物能達(dá)到如下物性指標(biāo)，表面電阻≤1.0×106Ω，拉伸強(qiáng)度≥18.0MPa，斷裂伸長(zhǎng)率≥350％，熔體流動(dòng)速率在0.10-0.30之間。
本發(fā)明與已有技術(shù)技術(shù)相比，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和積極效果。
1、工藝合理，在保證物料的電性能、力學(xué)性能的同時(shí)改善了其加工性能，解決了炭黑填充后加工性能差的難題，得到了一種綜合性能優(yōu)良的抗靜電阻燃塑料。
2、本發(fā)明在抗靜電阻燃管材領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)施對(duì)于改善我國(guó)煤礦井下作業(yè)環(huán)境，延長(zhǎng)井下用管的使用周期，降低作業(yè)強(qiáng)度，減少煤礦企業(yè)投資意義深遠(yuǎn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)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(dǎo)電炭黑(比表面積828m2/g)市售30份普通導(dǎo)電炭黑(比表面積164m2/g)美國(guó)卡博特公司 8份抗氧劑10100.4份 抗氧劑1680.4份鈦酸酯偶聯(lián)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(lián)苯醚125份三氧化二銻25份抗氧劑10101.5份 1681.5份經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)造粒所得組合物性能指標(biāo)如下熔體流動(dòng)速率0.1g/10min(190℃ 2.16kg)拉伸屈服應(yīng)力17.67MPa斷裂伸長(zhǎng)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(chǎn)的雙抗管材經(jīng)國(guó)家權(quán)威部門檢測(cè)完全達(dá)到中華人民共和國(guó)煤炭部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(MT558.1-1996)的要求。
實(shí)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(shí)施例1相同經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)造粒所得組合物性能指標(biāo)如下熔體流動(dòng)速率0.4g/10min(190℃ 2.16kg)拉伸屈服應(yīng)力18.52MPa斷裂伸長(zhǎng)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(chǎn)的雙抗管材經(jīng)國(guó)家權(quán)威部門檢測(cè)完全達(dá)到中華人民共和國(guó)煤炭部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(MT558.1-1996)的要求。
實(shí)施例3抗靜電母料和阻燃母料的配方同實(shí)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(shí)施例4抗靜電母料和阻燃母料的配方同實(shí)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(shí)施例5抗靜電母料和阻燃母料的配方同實(shí)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(shí)施例6按實(shí)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(dǎo)電炭黑(比表面積828m2/g)市售35份普通導(dǎo)電炭黑(比表面積164m2/g)美國(guó)卡博特公司 5份抗氧劑10100.4份 1680.4份鈦酸酯偶聯(lián)劑(單烷基類)4份聚乙烯蠟5份經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)造粒所得組合物性能指標(biāo)如下
熔體流動(dòng)速率0.1g/10min(190℃ 2.16kg)拉伸屈服應(yīng)力15.52MPa斷裂伸長(zhǎng)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(chǎn)的雙抗管材經(jīng)國(guó)家權(quán)威部門檢測(cè)完全達(dá)到中華人民共和國(guó)煤炭部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(MT558.1-1996)的要求。
實(shí)施例7按實(shí)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(dǎo)電炭黑 比表面積為828m2/g 28份普通導(dǎo)電炭黑 比表面積為164m2/g 7份抗氧劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、聚乙烯蠟的組成不變。
實(shí)施例8按實(shí)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(dǎo)電炭黑 比表面積＞800m2/g 25份普通導(dǎo)電炭黑 比表面積為500m2/g 5份鈦酸酯偶聯(lián)劑 單烷基類 2份聚乙烯蠟 2份抗氧劑組成不變。
實(shí)施例9按實(shí)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(dǎo)電炭黑 比表面積＞800m2/g 38份普通導(dǎo)電炭黑 比表面積為100-400m2/g 6份鈦酸酯偶聯(lián)劑 單烷基類 4份抗氧劑、聚乙烯蠟的組成不變。
實(shí)施例10按實(shí)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(dǎo)電炭黑 比表面積＞800m2/g 30份普通導(dǎo)電炭黑 比表面積為100-400m2/g 8份鈦酸酯偶聯(lián)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(lián)苯醚100份三氧化二銻40份抗氧劑組成不變。
權(quán)利要求
1.一種抗靜電阻燃聚乙烯塑料組合物，其特征在于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，比表面積大于800g/m2的特導(dǎo)電炭黑A 25-40份，比表面積小于500g/m2的普通導(dǎo)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(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于聚乙烯抗靜電母料和聚乙烯阻燃母料所采用的聚乙烯載體樹脂為低密度聚乙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于聚乙烯抗靜電母料中的炭黑處理劑選擇鈦酸酯偶聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑，鋁酸酯偶聯(lián)劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合物，其特征在于炭黑處理劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于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(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于所述阻燃劑為十溴聯(lián)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采用兩種不同比表面積的導(dǎo)電炭黑，用處理劑對(duì)導(dǎo)電炭黑進(jìn)行處理，抗靜電和阻燃協(xié)同效應(yīng)好，加工和力學(xué)性能優(yōu)良。聚乙烯阻燃母料使用復(fù)合阻燃劑，以含鹵素的有機(jī)化合物十溴苯聯(lián)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(xié)同作用好，使制品的性能穩(wěn)定并易于加工。本發(fā)明的組合物具有優(yōu)良的抗靜電性、阻燃性、加工性能及力學(xué)性能，用于制備煤礦井下用各種用途管材。這種管材具有優(yōu)良的綜合性能，并滿足煤炭部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT558.1的要求。
文檔編號(hào)C08L23/06GK1616531SQ20031010563
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月14日
發(fā)明者張新華, 李靜, 王文清, 張學(xué)明, 李淼, 李晶, 王海波, 孫祖德 申請(qǐng)人:中國(guó)石化齊魯股份有限公司