本發(fā)明涉及一種評價(jià)聚乙烯樹脂耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能的體系。
背景技術(shù)：
聚乙烯樹脂是最重要的化工產(chǎn)品之一，被廣泛的用于管材，中空制品，片材，膜等塑料制品的生產(chǎn)。聚乙烯在環(huán)境因素和應(yīng)力的協(xié)同作用下會(huì)發(fā)生開裂，也即通常所說的環(huán)境應(yīng)力開裂，所以塑料制品在使用的過程中需要評價(jià)其耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能。
目前國內(nèi)外已經(jīng)形成了多種評價(jià)聚乙烯樹脂及其制品耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能的方法，并且納入了標(biāo)準(zhǔn)體系。ASTM D 1693(美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)的標(biāo)準(zhǔn))：2008規(guī)定了乙烯塑料環(huán)境應(yīng)力開裂標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，GB 1842-2008參照ASTM D 1693并結(jié)合我國實(shí)際情況制定了《塑料聚乙烯環(huán)境應(yīng)力開裂試驗(yàn)方法》。在這些試驗(yàn)方法中均采用壬基酚聚氧乙烯醚(NPE)作為表面活性劑來加速聚乙烯樣條的開裂過程。壬基酚聚氧乙烯醚在工業(yè)生產(chǎn)中常被用作表面活性劑，被排放到環(huán)境中會(huì)迅速分解成壬基酚(NP)。壬基酚(NP)是一種公認(rèn)的環(huán)境激素，它能模擬雌激素，對生物的性發(fā)育產(chǎn)生影響，并且干擾生物的內(nèi)分泌，對生殖系統(tǒng)具有毒性。同時(shí)，壬基酚(NP)能通過食物鏈在生物體內(nèi)不斷蓄積，有研究表明，即便排放的濃度很低，也極具危害性。所以采用NPE作為表面活性劑來評價(jià)聚乙烯的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能即有害環(huán)境，也會(huì)危及測試人員的身體健康。另一方面，聚乙烯樹脂改性的重要方向就是提高其耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能，采用NPE作為表面活性劑的測試周期非常長，甚至在溶液的有效期內(nèi)不能完成測試。
所以使用NPE來評價(jià)聚乙烯樹脂的耐環(huán)境應(yīng)力性能已不滿足測試需要，需要開發(fā)新的表面活性劑體系。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種用于評價(jià)聚乙烯樹脂的耐環(huán)境應(yīng)力性能的體系，這種復(fù)配表面活性劑體系不會(huì)釋放壬基酚，對環(huán)境友好，而且縮短了測試周期，為評價(jià)聚乙烯樹脂的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能提供了一種高效環(huán)保的活性劑方案。
所述評價(jià)聚乙烯樹脂的耐環(huán)境應(yīng)力性能的體系包括非離子型表面活性劑和陰離子型表面活性。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述非離子型表面活性劑包括鏈烷醇聚醚-3、鏈烷醇聚醚-5、山梨醇酐硬脂酸酯和癸基辛基葡糖苷中的至少一種。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述陰離子型表面活性劑包括十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉和月桂醇聚氧乙烯醚硫酸鈉中的至少一種。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述鏈烷醇聚醚-3的分子式為CnH2n+1·(C2H4O)3，其中n為9-15的整數(shù)；優(yōu)選所述n為11-13的整數(shù)。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述鏈烷醇聚醚-5的分子式為CmH2m+1·(C2H4O)5，m為10-15的整數(shù)；優(yōu)選所述m為12-14的整數(shù)。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，以100質(zhì)量份的非離子型表面活性劑計(jì)，所述陰離子型表面活性劑的質(zhì)量份數(shù)為0.01-5；優(yōu)選地，以100質(zhì)量份的非離子型表面活性劑計(jì)，所述陰離子型表面活性劑的為質(zhì)量份數(shù)優(yōu)選為0.05-2。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述非離子型表面活性劑和陰離子型表面活性劑作為一個(gè)整體在水溶液中的質(zhì)量濃度為0.1-10％；優(yōu)選所述非離子型表面活性劑和陰離子型表面活性劑作為一個(gè)整體在水溶液中的質(zhì)量濃度為0.5-5％。其中的濃度的計(jì)算公式為：(非離子型表面活性劑的質(zhì)量+陰離子型表面活性劑的質(zhì)量)/(非離子型表面活性劑的質(zhì)量+陰離子型表面活性劑的質(zhì)量+水的質(zhì)量)。
本發(fā)明還提供了一種如上所述的體系在評價(jià)聚乙烯樹脂耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能中的應(yīng)用。
在現(xiàn)有的ESCR評價(jià)方法中單獨(dú)使用非離子型表面活性劑壬基酚聚氧乙烯醚，有毒有害而且試驗(yàn)周期長。本發(fā)明挑選適合聚乙烯(PE)樹脂進(jìn)行耐環(huán)境應(yīng)力開裂(ESCR)試驗(yàn)用的非離子型表面活性劑及陰離子型表面活性劑組成的體系，不僅大大縮短了試驗(yàn)周期，而且對環(huán)境友好。
本發(fā)明選擇的表面活性劑疏水端均帶有長烷烴鏈，可以更好的潤滑PE分子鏈，加速分子鏈解纏結(jié)和裂紋的傳播。而且兩組分進(jìn)行復(fù)配時(shí)，一方面，非離子表面活性劑分子插入到陰離子表面活性劑膠束中，使原來的陰離子表面活性劑的極性頭基間的電性斥力減弱；另一方面，非離子表面活性劑分子在水溶液中與水電離出來的微量質(zhì)子相結(jié)合，使之具有弱的正電荷，因而能與陰離子表面活性劑產(chǎn)生微弱的靜電引力作用，這兩種因素共同導(dǎo)致了混合膠束的生成，提高混合表面活性劑的靜電穩(wěn)定性，使得活性劑分子鏈更容易形成膠束，從而起到協(xié)同作用，大大提高了表面活性劑的效率。
本發(fā)明使用的表面活性劑組分在使用過程中均不會(huì)釋放壬基酚組分等對人體有毒有害物質(zhì)，安全環(huán)保。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明：
在以下實(shí)施例中，使用的試驗(yàn)樣條為中石化齊魯分公司產(chǎn)高密度聚乙烯，標(biāo)記為1#樣品；中石化揚(yáng)子分公司產(chǎn)高密度聚乙烯，標(biāo)記為2#樣品；中石化燕山分公司產(chǎn)高密度聚乙烯，標(biāo)記為3#樣品。
本發(fā)明使用的表面活性劑均來源于市售普通試劑。
其中本發(fā)明的表面活性劑的濃度的計(jì)算公式為：(非離子型表面活性劑的質(zhì)量+陰離子型表面活性劑的質(zhì)量)/(非離子型表面活性劑的質(zhì)量+陰離子型表面活性劑的質(zhì)量+水的質(zhì)量)。
性能測試標(biāo)準(zhǔn)及所用儀器：測試方法按照《GB/T 1842-2008塑料聚乙烯環(huán)境應(yīng)力開裂方法》的規(guī)定進(jìn)行，其中，耐環(huán)境應(yīng)力開裂(ESCR)試驗(yàn)儀器：日本東京理化公司EYELA HBS-1200型恒溫水浴箱。
對比例1
使用壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)(濃度為10％)作為非離子型表面活性劑對試驗(yàn)樣條進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力開裂試驗(yàn)。
對比例2
使用非離子型的異辛醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚與陰離子型的十二烷基苯磺酸鈉組成復(fù)配體系，異辛醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚與十二烷基苯磺酸鈉的質(zhì)量份數(shù)比為100:2，組成水溶液的濃度為1％。使用復(fù)配表面活性劑對試樣樣品進(jìn)行ESCR試驗(yàn)。
實(shí)施例1
使用鏈烷醇聚醚-3，其中烷烴鏈段碳原子數(shù)11，與十二烷基硫酸鈉組成復(fù)配體系，鏈烷醇聚醚-3與十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量份數(shù)比為100:0.01，組成水溶液的濃度為10％。使用復(fù)配表面活性劑對試樣樣品進(jìn)行ESCR試驗(yàn)。
實(shí)施例2
使用鏈烷醇聚醚-3，其中烷烴鏈段碳原子數(shù)13，與十二烷基硫酸鈉組成復(fù)配體系，鏈烷醇聚醚-3與十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量份數(shù)比為100:0.01，組成水溶液的濃度質(zhì)量比為5％。使用復(fù)配表面活性劑對試樣樣品進(jìn)行ESCR試驗(yàn)。
實(shí)施例3
使用鏈烷醇聚醚-3，其中烷烴鏈段碳原子數(shù)11，與十二烷基硫酸鈉組成復(fù)配體系，鏈烷醇聚醚-3與十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量份數(shù)比為100:0.01，組成水溶液的濃度為0.5％。使用復(fù)配表面活性劑對試樣樣品進(jìn)行ESCR試驗(yàn)。
實(shí)施例4
使用鏈烷醇聚醚-3，其中烷烴鏈段碳原子數(shù)9，與十二烷基硫酸鈉組成復(fù)配體系，鏈烷醇聚醚-3與十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量份數(shù)比為100:0.1，組成水溶液的濃度為5％。使用復(fù)配表面活性劑對試樣樣品進(jìn)行ESCR試驗(yàn)。
實(shí)施例5
使用鏈烷醇聚醚-3，其中烷烴鏈段碳原子數(shù)15，與十二烷基硫酸鈉組成復(fù)配體系，鏈烷醇聚醚-3與十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量份數(shù)比為100:1，組成水溶液的濃度為0.5％。使用復(fù)配表面活性劑對試樣樣品進(jìn)行ESCR試驗(yàn)。
實(shí)施例6
使用鏈烷醇聚醚-5，其中烷烴鏈段碳原子數(shù)15，與月桂醇聚氧乙烯醚硫酸鈉組成復(fù)配體系，鏈烷醇聚醚-5與月桂醇聚氧乙烯醚硫酸鈉的質(zhì)量份數(shù)比為100:5，組成水溶液的濃度為0.1％。使用復(fù)配表面活性劑對試樣樣品進(jìn)行ESCR試驗(yàn)。
實(shí)施例7
使用鏈烷醇聚醚-5，其中烷烴鏈段碳原子數(shù)12，與月桂醇聚氧乙烯醚硫酸鈉組成復(fù)配體系，鏈烷醇聚醚-5與月桂醇聚氧乙烯醚硫酸鈉的質(zhì)量份數(shù)比為100:2，組成水溶液的濃度為0.1％。使用復(fù)配表面活性劑對試樣樣品進(jìn)行ESCR試驗(yàn)。
實(shí)施例8
使用鏈烷醇聚醚-5，其中烷烴鏈段碳原子數(shù)14，與月桂醇聚氧乙烯醚硫酸鈉組成復(fù)配體系，鏈烷醇聚醚-5與月桂醇聚氧乙烯醚硫酸鈉的質(zhì)量份數(shù)比為100:0.05，組成水溶液的濃度為9％。使用復(fù)配表面活性劑對試樣樣品進(jìn)行ESCR試驗(yàn)。
實(shí)施例9
使用鏈烷醇聚醚-5，其中烷烴鏈段碳原子數(shù)10，與月桂醇聚氧乙烯醚硫酸鈉組成復(fù)配體系，鏈烷醇聚醚-5與月桂醇聚氧乙烯醚硫酸鈉的質(zhì)量份數(shù)比為100:0.5，組成水溶液的濃度為3％。使用復(fù)配表面活性劑對試樣樣品進(jìn)行ESCR試驗(yàn)。
實(shí)施例10
使用山梨醇酐硬脂酸酯與十二烷基硫酸鈉組成復(fù)配體系，山梨醇酐硬脂酸酯與十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量份數(shù)比為100:0.05，組成水溶液的濃度為5％。使用復(fù)配表面活性劑對試樣樣品進(jìn)行ESCR試驗(yàn)。
實(shí)施例11
使用癸基辛基葡糖苷與十二烷基苯磺酸鈉組成復(fù)配體系，兩種表面活性劑的質(zhì)量份數(shù)比為100:2，組成水溶液的濃度為0.5％。使用復(fù)配表面活性劑對試樣樣品進(jìn)行ESCR試驗(yàn)。
將以上對比例及實(shí)施例中測得的ESCR數(shù)據(jù)列于表1中。
從實(shí)施例的ESCR測試結(jié)果可以看出，相對于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用的表面活性劑壬基酚聚氧乙烯醚，本發(fā)明提供的復(fù)配表面活性劑體系測得的聚乙烯樣品F50時(shí)間大幅縮短。而且使用本發(fā)明提供復(fù)配組分以外的活性劑也不能提供與本發(fā)明相似的試驗(yàn)結(jié)果。
本發(fā)明的用于評價(jià)聚乙烯樹脂耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能的新型復(fù)配表面活性劑體系不會(huì)釋放壬基酚，對環(huán)境友好，而且縮短了測試周期，為評價(jià)聚乙烯樹脂的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能提供了一種高效環(huán)保的活性劑方案，值得推廣應(yīng)用。
表1標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求及實(shí)施例的ESCR測試結(jié)果(F50，h)