CN101343388B - 矿用聚乙烯管材组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种抗静电阻燃功能母粒制得的矿用聚乙烯管材组合物，以100重量份计，它包括：i)81-92重量份聚乙烯，所述的高密度聚乙烯为乙烯均聚物，其聚合度为8800～9000，数均分子量为80000～90000，重均分子量为300000～320000；ii)9-20抗静电阻燃功能母粒。抗静电阻燃功能母粒组合物，由下述组分组成：i)20-35重量份高密度聚乙烯；ii)9-20重量份导电碳黑；iii)4-7重量份十溴联苯醚；iv)1-4重量份的三氧化二锑；v)0.5-1重量份一苯基二异辛基亚磷酸酯；vi)40-60重量份碳酸钙。解决聚乙烯管材的抗静电阻燃性能问题，改善母粒与聚乙烯树脂的相容性能。
Description
技术领域：
本发明涉及一种抗静电阻燃功能母粒和添加该母粒制得的管材。
背景技术：
随着社会经济的快速发展，塑料管材由于其优越的加工性能和物理理性能，在各个社会领域的中应用和需求迅速增长，人们对管材性能的要求也越来越高，因此，开发用于塑料管材的功能母粒的研究，使塑料管材具有各种特殊性能，减少成本等，已经成为当前塑料行业面临的重要技术课题。
目前煤矿井下给、排水用管、煤矿井下正压风、喷浆用管、煤矿井下负压风、抽放瓦斯用管等采用的金属管道产品由于本身的耐腐蚀性差、碰撞易产生火花引起矿难事故，而逐渐被矿用塑料管道产品所取代。但煤矿井下用管道都有很高的阻燃、抗静电要求，而塑料材料，由于其组分属于可燃、绝缘材料，所以其阻燃、抗静电性能很差，很难满足煤矿井下这种特定的环境要求。聚乙烯材料本身的性能优越性体现在可以通过添加填料改变微观结构，从而提高其阻燃抗静电性能。
很多塑料管材生产厂、研究单位已经开始进行这方面的研究，其中有发明专利申请200410087639.4，该专利申请采用比较早期的国标MT558.1-1996，而且该矿用聚乙烯管材使用在深层瓦斯抽放及瓦斯浓度高达90％以上的高危矿井下使用时，其要求的阻燃抗静电和机械性能要求还明显不够，表面电阻率达到106Ω。
本公司从配方设计、成型工艺等方面对聚乙烯的阻燃、抗静电性能进行了研究，通过多次试验，从中开发了出如下的配方组合物。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种矿用聚乙烯管材的抗静电阻燃功能母粒组合物，还提供一种用抗静电阻燃功能母粒组合物制得的管材。用于解决两个问题，一方面，是解决聚乙烯管材的抗静电阻燃性能问题，使矿用聚乙烯管材的安全性能得到改善。另一方面，改善母粒与聚乙烯树脂的相容性能，使管材的加工性能得到改善。同时也使管材的抗氧化性能等得到改善。该母粒的双重功能特性能更有效地使抗静电和阻燃成分均匀分布在管材本体中，而且分散性和化学性能稳定，因而抗静电及阻燃性能指标不会因使用时间长而受到影响。
本发明的目的是这样实现的，所述的抗静电阻燃功能母粒，其特征是采用阻燃剂(优选十溴联苯醚及三氧化二锑)、稳定剂(优选一苯基二异辛基亚磷酸酯)、抗静电剂(优选导电碳黑)、分散剂(优选高密度聚乙烯)及填料(优选碳酸钙)。以100重量份计，本发明组合物中含有9-20重量份导电碳黑(瑞士特密高TIMCAL生产的)，导电碳黑具有低电阻和高电导性能，且粒径小，是一种优良的永久性的抗静电剂，添加在聚乙烯树脂中，使得聚乙烯树脂具有永久的抗静电性能，表面电阻率只有104Ω数量级，比对比文献发明专利申请200410087639.4的小两个数量级，所述的聚乙烯树脂为高密度聚乙烯，高密度聚乙烯为乙烯均聚物，其聚合度为8800～9000，数均分子量为80000～90000，重均分子量为300000～320000，本发明的聚合度的大小直接决定了高分子材料的机械性能。十溴联苯迷在燃烧分解中捕捉聚乙烯降解反应生成的自由基，从而延缓或终止燃烧的链反应。同时释放出难燃气体溴化氢，溴化氢和三氧化二锑会产生协效反应，燃烧时能在较宽的温度范围内生成溴化锑，可有效的捕捉材料反应时产生的自由基。一苯基二异辛基亚磷酸酯为稳定剂，可以将将阻燃剂和抗静电剂保护起来，分散剂及填料使之成形。
以100重量份计，本发明的抗静电阻燃功能母粒由下述组分组成：
i)20-35重量份高密度聚乙烯；
ii)9-20重量份导电碳黑(瑞士特密高TIMCAL生产的)；
iii)4-7重量份十溴联苯醚；
iv)1-4重量份的三氧化二锑；
v)0.5-1重量份一苯基二异辛基亚磷酸酯；
vi)40-60重量份碳酸钙；
其最佳组分配方为：
i)28.8重量份高密度聚乙烯；
ii)11.4重量份导电碳黑(瑞士特密高TIMCAL生产的)；
iii)6.3重量份十溴联苯醚；
iv)2.6重量份的三氧化二锑；
v)0.7重量份一苯基二异辛基亚磷酸酯；
vi)50.2重量份碳酸钙。
本发明的抗静电阻燃功能母粒的制备方法：按照配方准确称取各种组分材料，混合均匀后经过挤出机挤出造粒而成。
本发明还提供一种用上述制得的抗静电阻燃功能母粒制得的管材。以100重量份计，它由下述组分组成：
i)81-92重量份聚乙烯；
ii)9-20抗静电阻燃功能母粒；
在本发明组合物中，还可以包括非必要的组分：
iii)0-1.1重量份的抗氧化剂；
vi)0-1.3重量份的紫外光稳定剂；
v)0-1重量份的加工助剂；
适用与本发明的抗氧化剂可以是本领域已知的任何抗氧化剂。在本发明中的一个较好的实例中，所述的抗氧化剂是2，4，6-三叔丁基苯酚。
适用于本发明组合物的紫外光稳定剂是UV-284，即2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮。
本发明还可以添加加工助剂。所述的加工助剂可以是本领域常用的加工助剂。合适的加工助剂的非限定性例子有分散剂(如氧化聚乙烯醚)、增塑剂、偶合剂等。以改善管材的性能。所述的添加加工助剂的加入量无特别的限制，可以是本领域的常规加入量。
本发明的有益效果为：本发明用上述的抗静电阻燃功能母粒制得的管材物理性能在指标上与200410087639.4发明专利对比具有更优良的抗静电阻燃性能。具体如下：
按照最新国标MT558.1-2005测试方法，对实施例的抗静电阻燃矿用管材进行表面电阻率试验，结果如下：
表1
| 材料 | 表面电阻率 |
| 普通聚乙烯管材 | 1.0×1016Ω～1.0×1020Ω |
| 在先发明专利申请200410087639.4 | 1.0×106Ω(申请实例中的最优值) |
| 本发明管材(仅取实例四数值) | 2.8×104Ω |
本发明的实例配方制成的管道产品按下述标准测试：中华人民共和国煤炭行业标准：MT558.1-2005《煤矿井下用塑料管材第一部分：聚乙烯管材》和GB/T8804.3热塑性管材拉伸性能测定第3部分：聚烯烃管材要求满足的主要物理力学性能见表2。表3为本发明实例一到实例八的配方制成的管材产品测得的结果。从表3中数据可知本发明的实例配方制成的管材产品，完全符合中华人民共和国煤炭行业标准：MT558.1-2005要求，具有更优良的抗静电阻燃性能，其表面电阻率为104Ω数量级，优于在先发明专利申请200410087639.4的100数量级以上。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明进行详细说明：
本发明的抗静电阻燃功能母粒制得的管材。这种管材是用常规方法制得的。
本发明所述的管材制备方法包括下列步骤：按计量将聚乙烯和抗静电阻燃功能母粒原料或者添加非必要的组分如：抗氧化剂、紫外光稳定剂、加工助剂，这些原料加入挤出机，经塑化挤出后，真空冷却定型，冷却后定长切割即可。
在本发明的管材制备实例中，使用如下的加工参数制造管材：
加工温度： 180-220℃
主机转速： 75-85rpm
冷却水温度： 28-20℃
主机扭矩： 65-70％
熔体压力： 25-28Mpa
产量： 550-620Kg/h
在本发明中，使用的冷却水较好是软水，冷却水的温具有温度递减的梯度分布。在本发明的实例中，所述的水温梯度分布为28-25-23-20℃。
在本发明的实例配方中，所有组分配方量的总和为100％。
在本发明下述的实例一～实例八中采用的抗静电阻燃功能母粒其最佳组分配方为：
i)28.8重量份高密度聚乙烯；
ii)11.4重量份导电碳黑(瑞士特密高TIMCAL生产的)；
iii)6.3重量份十溴联苯醚；
iv)2.6重量份的三氧化二锑；
v)0.7重量份一苯基二异辛基亚磷酸酯；
vi)50.2重量份碳酸钙。
也可采用下述抗静电阻燃功能母粒配方范围中的任一组分：
i)20-35重量份高密度聚乙烯；
ii)9-20重量份导电碳黑(瑞士特密高TIMCAL生产的)；
iii)4-7重量份十溴联苯醚；
iv)1-4重量份的三氧化二锑；
v)0.5-1重量份一苯基二异辛基亚磷酸酯；
vi)40-60重量份碳酸钙；
如配方1：
i)30.0重量份高密度聚乙烯；
ii)11.2重量份导电碳黑(瑞士特密高TIMCAL生产的)；
iii)6.1重量份十溴联苯醚；
iv)2.6重量份的三氧化二锑；
v)0.9重量份一苯基二异辛基亚磷酸酯；
vi)49.2重量份碳酸钙；
或者下述配方2均可：
i)31.8重量份高密度聚乙烯；
ii)11.3重量份导电碳黑(瑞士特密高TIMCAL生产的)；
iii)6.4重量份十溴联苯醚；
iv)2.3重量份的三氧化二锑；
v)1.0重量份一苯基二异辛基亚磷酸酯；
vi)47.2重量份碳酸钙。
本发明的采用上述抗静电阻燃功能母粒制得管材的各实施例的配方如下所示：
实例一
实例配方为：
i)89重量份聚乙烯；ii)11重量份抗静电阻燃功能母粒；
实例二
实例配方为：
i)82重量份聚乙烯；ii)16抗静电阻燃功能母粒iii)1重量份的抗氧化剂2，4，6-三叔丁基苯酚；iv)0.5重量份的2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮；v)0.5重量份的氧化聚乙烯醚。
实例三
实例配方为：
i)83重量份聚乙烯；ii)15抗静电阻燃功能母粒iii)0.9重量份的抗氧化剂2，4，6-三叔丁基苯酚；iv)0.6重量份的2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮；v)0.5重量份的氧化聚乙烯醚。
实例四
实例配方为：
i)84重量份聚乙烯；ii)14抗静电阻燃功能母粒iii)0.8重量份的抗氧化剂2，4，6-三叔丁基苯酚；iv)0.7重量份的2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮；v)0.5重量份的氧化聚乙烯醚。
实例五
实例配方为：
i)85重量份聚乙烯；ii)13抗静电阻燃功能母粒iii)0.7重量份的抗氧化剂2，4，6-三叔丁基苯酚；iv)0.8重量份的2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮；v)0.5重量份的氧化聚乙烯醚。
实例六
实例配方为：
i)86重量份聚乙烯；ii)12抗静电阻燃功能母粒iii)0.6重量份的抗氧化剂2，4，6-三叔丁基苯酚；iv)0.9重量份的2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮；v)0.5重量份的氧化聚乙烯醚。
实例七
实例配方为：
i)87重量份聚乙烯；ii)11抗静电阻燃功能母粒iii)0.5重量份的抗氧化剂2，4，6-三叔丁基苯酚；iv)1.0重量份的2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮；v)0.5重量份的氧化聚乙烯醚。
实例八
实例配方为：
i)88重量份聚乙烯；ii)10抗静电阻燃功能母粒iii)0.4重量份的抗氧化剂2，4，6-三叔丁基苯酚；iv)1.1重量份的2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮；v)0.5重量份的氧化聚乙烯醚。
本发明的配方中所用的聚乙烯均为高密度聚乙烯，其聚合度为8900，数均分子量为85000，重均分子量为310000，当然也可采用上述所述范围的任一数值。
本发明的实例配方制成的管道产品按下述标准测试：中华人民共和国煤炭行业标准：MT558.1-2005《煤矿井下用塑料管材第一部分：聚乙烯管材》和GB/T8804.3热塑性管材拉伸性能测定第3部分：聚烯烃管材要求满足的主要物理力学性能见表2。表3为本发明实例一到实例八的配方制成的管材产品测得的结果。从表3中数据可知本发明的实例配方制成的管材产品，完全符合中华人民共和国煤炭行业标准：MT558.1-2005要求，具有更优良的抗静电阻燃性能。
表2
表3
Claims (4)
1.一种抗静电阻燃功能母粒组合物，以100重量份计，由下述组分组成：
i)30.0重量份高密度聚乙烯，所述的高密度聚乙烯为乙烯均聚物，其聚合度为8800～9000，数均分子量为80000～90000，重均分子量为300000～320000；
ii)11.2重量份导电碳黑；
iii)6.1重量份十溴联苯醚；
iv)2.6重量份三氧化二锑；
v)0.9重量份一苯基二异辛基亚磷酸酯；
vi)49.2重量份碳酸钙。
2.用权利要求1所述的抗静电阻燃功能母粒制得的矿用聚乙烯管材组合物，以100重量份计，它由下述组分制成的表面电阻率为104Ω数量级、断裂生长率至少为376％，拉伸强度至少为17.2MPa的矿用管材：
i)81-92重量份聚乙烯，所述的高密度聚乙烯为乙烯均聚物，其聚合度为8800～9000，数均分子量为80000～90000，重均分子量为300000～320000；
ii)9-20抗静电阻燃功能母粒；
iii)0-1.1重量份的2，4，6-三叔丁基苯酚；
vi)0-1.3重量份的2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮；
v)0-1重量份的加工助剂。
3.根据权利要求2所述的矿用聚乙烯管材组合物，其特征在于所述的加工助剂至少有一种选自分散剂、增塑剂或偶合剂。
4.用权利要求2所述的矿用聚乙烯管材组合物制得的管道，为表面电阻率为104Ω数量级、断裂生长率至少为376％，拉伸强度至少为17.2MPa的矿用管材。
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