CN103254487A

CN103254487A - 一种导电阻燃热塑性粉末、制备方法及其应用

Info

Publication number: CN103254487A
Application number: CN2013101680351A
Authority: CN
Inventors: 陈占春; 李峰; 宋桂珍
Original assignee: SHANXI ANDELU TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANXI ANDELU TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2013-08-21

Abstract

本发明涉及一种导电阻燃热塑性粉末、制备方法及其应用，所述导电阻燃热塑性粉末由以下占总重量的重量百分比的组份组成：导电母料20～25%、接枝粘结母料10～15%、无卤阻燃母料20～30%和聚烯烃混合物及其配合助剂为30%～50%。本发明将导电母料、阻燃母料和粘结母料与其他组合物及其配合助剂通过双螺杆挤出机造粒并磨粉而成导电、阻燃热塑性粉末，具有煤矿井下使用所需的防静电、阻燃的特性以外，还有较好的流平性和对钢管有良好的附着力。本发明可用于钢管内外表面的涂覆，将塑料不生锈和金属管材高强度的优点结合起来，在满足煤矿井下使用管道的防静电、阻燃等特性的基础上延长了钢管的使用寿命。

Description

一种导电阻燃热塑性粉末、制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种导电阻燃热塑性粉末、制备方法及其应用，属于粉末涂料领域。

背景技术

粉末涂料具有环保、无溶剂释放，利用率高，物理机械性能和耐化学介质性能优越，施工方便等优越的性能，因此在饮用水管道、化工管道等方面得到了高速的发展。目前煤矿用管道一般使用金属管、导电塑料挤出管材和钢丝网骨架增强聚乙烯管。纯金属管材具有导电、强度高等优点，但却存在重量大不易安装和腐蚀生锈而导致的使用寿命短；导电塑料管材则具有导电、使用寿命长和安装方便等诸多优点，但强度却与金属管相差太远；钢丝网骨架增强聚乙烯管虽然部分地结合了钢丝的高强度以及塑料的耐腐蚀性能，但对于在高正压时会存在强度不够，高负压时会有环刚度不够的缺陷而导致负压吸扁；综合以上因素钢塑管是一种比较理想的管道，然而考虑到煤矿使用管道需要符合MT 558.1所要求的防静电、阻燃等特性，因此对于粉末涂料提出了新的要求。

关于挤出管材用抗静电、阻燃塑料已有很多报道，如采用抗静电剂对聚乙烯进行改性的CN14118907A和CN1114607A等，但是抗静电剂是靠迁移和表面吸附水膜来达到导电的目的，因此受到使用条件和使用年限的影响；公开号为CN1616531A所涉及的抗静电聚乙烯材料则采用了两种不同比表面积的导电炭黑来改性聚乙烯，将其使用范围扩大了，但是所涉及的用途都是用来挤出管材，而不能用作粉末涂覆。专利号为ZL 200810219188.3所涉及的抗静电热塑性聚乙烯粉末采用了特导电炭黑，很好的解决了抗静电的问题，然而阻燃主要是靠金属管材的导热来实现的，按照MT 558.1-2005测试具有导电、阻燃的功能和作用，但从可靠使用的角度来讲，如果井下有较大火灾，则单纯靠热传导的方式阻燃显然是行不通的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种导电阻燃热塑性粉末、制备方法及其应用，该粉末与经磷化处理的金属管基材之间有较高的粘结强度，可以涂覆在金属管表面应用到煤矿瓦斯抽放管、给排水管上。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种导电阻燃热塑性粉末，由以下占总重量的重量百分比的组份组成：导电母料20～25%、接枝粘结母料10～15%、无卤阻燃母料20～30%和聚烯烃混合物及其配合助剂为30%～50%；

所述导电母料由以下占导电母料重量的重量百分比的组份组成：导电炭黑15%～25%、聚乙烯73%～83%和偶联处理剂2～4%；

所述接枝粘结母料由以下占接枝粘结母料重量的重量百分比的组份组成：不饱和接枝单体1.2%～1.5%、聚乙烯91%～94%、聚醋酸乙烯3%～6%、引发剂0.04%～0.06%和苯乙烯1%～2%；

所述无卤阻燃母料由以下占无卤阻燃母料重量的重量百分比的组份组成：包覆型红磷30～40%和聚乙烯60～70%。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述导电母料的组份中，所述聚乙烯的物理性质为：密度为0.91～0.925g/cm³，熔指为30～50g/10min；所述导电炭黑的物理性质为：比阻值为0.25～0.3Ω·cm，比表面积为800～890m²/g；所述的偶联处理剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或者硅烷偶联剂。

进一步，所述接枝粘结母料组份中，所述的引发剂为过氧化二异丙苯或过氧化二苯甲酰；所述的不饱和接枝单体为马来酸酐或丙烯酸。

进一步，所述无卤阻燃母料组份中，所述的聚乙烯的物理性质为：密度为0.91～0.925g/cm³，熔指为30～50g/10min。

本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种导电阻燃热塑性粉末制备方法，包括以下步骤：

（1）制备导电母料，将占导电母料重量73～83%的聚乙烯粉料和占导电母料重量2～4%的偶联处理剂先采用高速混合机混合均匀，然后再加入占导电母料重量15～25%的导电炭黑，待混合均匀后通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得导电母料；

（2）制备接枝粘结母料，将占接枝粘结母料重量0.04～0.06%的引发剂溶于占接枝粘结母料重量1～2%的苯乙烯中与占接枝粘结母料重量91～94%的聚乙烯均匀混合，然后再与占接枝粘结母料重量1.2～1.5%的不饱和接枝单体和占接枝粘结母料重量3～6%的聚醋酸乙烯混合，加入双螺杆挤出机中进行接枝反应然后将其挤出造粒，制得接枝粘结母料；

（3）制备无卤阻燃母料，将占无卤阻燃母料重量60～70%的聚乙烯与占无卤阻燃母料重量30～40%的包覆型红磷先混合均匀，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得无卤阻燃母料；

（4）制备导电阻燃热塑性粉末，将占总重量30～50%的聚烯烃混合物及配合助剂与步骤（1）制得的占总重量20～25%的导电母料、步骤（2）制得的占总重量10～15%的接枝粘结母料以及步骤（3）制得的占总重量20～30%的无卤阻燃母料相互混合，并通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到组合物粒料，再通过磨粉机磨粉，制得所述导电阻燃热塑性粉末。

本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种导电阻燃热塑性粉末在经过磷化处理的金属管材表面涂覆的应用。

本发明制得的导电、阻燃热塑性粉末能够达到如下的物理性能指标：表面电阻≤1.0×10⁶Ω*m，拉伸强度≥8.2MPa，断裂伸长率≥300％，熔融指数为15－25g/10min，与钢板的粘结强度≥65N/25mm，阻燃性符合UL94-V0级。

本发明的有益效果是：将导电母料、阻燃母料和粘结母料与其他组合物及其配合助剂通过双螺杆挤出机造粒并磨粉而成导电、阻燃热塑性粉末，具有煤矿井下使用所需的防静电、阻燃的特性以外，还有较好的流平性和对钢管有良好的附着力。本发明可用于钢管内外表面的涂覆，将塑料不生锈和金属管材高强度的优点结合起来，在满足煤矿井下使用管道的防静电、阻燃等特性的基础上延长了钢管的使用寿命。

本发明还具有以下明显的优点：

1.在保证高粘结强度、抗静电、阻燃的情况下，尽量提高组合物的熔指，保证流平性和钢管的外观质量，同时还可以降低加工能耗，得到了一种综合性能优良的抗静电、阻燃组合物粉末；

2.本发明拓展了热塑性粉末的应用范围，成功开发了一种功能性的热塑性粉末，将塑料的优点与金属管材的优点结合起来，可以长期安全地应用于煤矿井下环境，降低了煤矿井下的管道投资。

本发明中使用的导电炭黑的微观结构呈现立体网状形的，具有很高的吸油值，即使少量的加入也会导致粉末的流平性降低甚至流不平，因此本发明的组合物中加入了少量的高熔指低密度聚醋酸乙烯，既可以增加组合物的熔指提高流平性，也可以增加本组合物对基材的浸润性和附着力，同时还可以提高粉末的耐应力开裂性。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明是一种导电、阻燃热塑性粉末，按重量百分比计算，配方包含以下组份：20%～25%的导电母料、10％～15％的聚乙烯接枝粘结母料、20％～30％的无卤阻燃母料、30%～50%的聚烯烃混合物及其配合助剂。

（1）导电母料：通过加入导电炭黑用来提高聚乙烯塑料的导电性。

按重量百分比计算，导电母料的配方包含：导电炭黑15%～25%，高熔指、低密度聚乙烯73%～83%，钛酸酯偶联剂2%～4%。

制备方法：将组分低密度聚乙烯放置在500～1000rpm的高速搅拌机中，加入钛酸酯偶联剂，常温下搅拌5～10分钟；再加入导电炭黑在搅拌机中共混，搅拌10～15分钟后放出物料；将混合好的物料经双螺杆挤出机挤出造粒，制备了导电母料。其挤出温度范围为：140～200℃之间。

（2）接枝粘结母料：通过对聚乙烯进行马来酸酐或丙烯酸接枝，提高对金属基材的粘结强度。

按重量百分比计算，接枝粘结母料的配方包含：聚乙烯91～94%，聚醋酸乙烯（EVA）：3～6％，马来酸酐或丙烯酸：1.2～1.5%，苯乙烯（St）：0～2%，引发剂（DCP）：0.04～0.06%。

制备方法：先将马来酸酐或丙烯酸与聚乙烯均匀混合，然后再与聚醋酸乙烯（EVA）、引发剂（DCP）再进行混合，倒入双螺杆挤出机中进行接枝反应然后将其挤出造粒。挤出机的温度控制必须精确在140℃～220℃，螺杆的转速控制在120rpm，螺杆的长径比为40：1。

（3）无卤阻燃母料：通过加入包覆型红磷，改性聚乙烯热塑性粉末的阻燃性。

按重量百分比计算，无卤阻燃母料的配方包含：包覆型红磷30～40%，聚乙烯60～70%。

制备方法：将包覆型红磷与聚乙烯均匀混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，其挤出温度范围为：100～180℃之间。

（4）聚烯烃混合物及其配合助剂，其中聚烯烃混合物包括：聚乙烯20～40%、聚醋酸乙烯（EVA）5～20%和流平剂2～5%。聚乙烯材料的选择与上述特导电母料和无卤阻燃母料配方中的相同，聚醋酸乙烯的VAc含量为14%，熔指为30-50g/10min。助剂还可包含抗氧剂1010。

制备方法如下：

聚烯烃混合物及配合助剂与导电母料、接枝粘结母料、阻燃母料混合均匀后一起加入到双螺杆挤出机中挤出造粒。最后将导电、阻燃聚乙烯粒料通过磨粉机磨粉，即得了导电、阻燃聚乙烯组合物粉末。

实施例1

按百分比计算的组合物配方包含：导电母料23%，接枝粘结母料10%，阻燃母料22%，混合物及其配合助剂45%（其中，线性低密度聚乙烯30%，聚醋酸乙烯12%，流平剂3%）。

上述组合物配方中按重量百分比计算，导电母料的配方为：线性低密度聚乙烯73%、导电炭黑25%、钛酸酯偶联剂2%；接枝粘结母料的配方为：线性低密度聚乙烯93.5%、聚醋酸乙烯4%、马来酸酐1.5%、过氧化物引发剂（DCP）0.05%和苯乙烯1%；无卤阻燃母料的配方为：高熔指线性低密度聚乙烯65%、包覆型红磷35%。

上述组合物配方中各母料的制备方法与上述具体实施方式制备方法一样。

实施例2

按百分比计算的组合物配方包含：导电母料22%，接枝粘结母料15%，阻燃母料25%，混合物及其配合助剂38%（其中，线性低密度聚乙烯17%，聚醋酸乙烯18%，流平剂3%）。

上述组合物配方中按重量百分比计算，导电母料的配方为：线性低密度聚乙烯73%、导电炭黑25%、钛酸酯偶联剂2%；接枝粘结母料的配方为：线性低密度聚乙烯91%、聚醋酸乙烯6%、马来酸酐1.5%、苯乙烯（St）1.5%、过氧化物引发剂（DCP）0.05%；无卤阻燃母料的配方为：高熔指线性低密度聚乙烯65%、包覆型红磷35%。。

实施例1、2所得产品的检测数据如下表。

实施例	1	2
			熔融指数（g/10min）	20.6	23.5
拉伸强度（MPa）	9.5	8.6
			体电阻（Ω·m）	6.0·10⁴	5.0·10⁵
断裂伸长率（%）	320	400
			粘结强度（N/25mm，对钢板）	75	87
阻燃	UL94-V0	UL94-V0

实施例3

按百分比计算的组合物配方包含：导电母料20%，接枝粘结母料15%，阻燃母料30%，混合物及其配合助剂35%（其中，线性低密度聚乙烯17%，聚醋酸乙烯15%，流平剂3%）。

上述组合物配方中按重量百分比计算，导电母料的配方为：线性低密度聚乙烯83%、导电炭黑15%、钛酸酯偶联剂2%；接枝粘结母料的配方为：线性低密度聚乙烯93.5%、聚醋酸乙烯4%、马来酸酐1.5%、过氧化物引发剂（DCP）0.05%和苯乙烯1%；无卤阻燃母料的配方为：高熔指线性低密度聚乙烯70%、包覆型红磷30%。

实施例4

按百分比计算的组合物配方包含：导电母料25%，接枝粘结母料10%，阻燃母料20%，混合物及其配合助剂45%（其中，线性低密度聚乙烯22%，聚醋酸乙烯21%，流平剂4%）。

上述组合物配方中按重量百分比计算，导电母料的配方为：线性低密度聚乙烯73%、导电炭黑23%、钛酸酯偶联剂4%；接枝粘结母料的配方为：线性低密度聚乙烯94%、聚醋酸乙烯3%、马来酸酐1.5%、过氧化物引发剂（DCP）0.05%和苯乙烯1.5%；无卤阻燃母料的配方为：高熔指线性低密度聚乙烯60%、包覆型红磷40%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种导电阻燃热塑性粉末，其特征在于，由以下占总重量的重量百分比的各组份组成：导电母料20～25%、接枝粘结母料10～15%、无卤阻燃母料20～30%和聚烯烃混合物及其配合助剂为30～50%；

所述导电母料由以下占导电母料重量的重量百分比的组份组成：导电炭黑15～25%、聚乙烯73～83%和偶联处理剂2～4%；

所述接枝粘结母料由以下占接枝粘结母料重量的重量百分比的组份组成：不饱和接枝单体1.2～1.5%、聚乙烯91～94%、聚醋酸乙烯3～6%、引发剂0.04～0.06%和苯乙烯1～2%；

2.根据权利要求1所述导电阻燃热塑性粉末，其特征在于，所述导电母料的组份中，所述聚乙烯的物理性质为：密度为0.91～0.925g/cm³，熔指为30～50g/10min；所述导电炭黑的物理性质为：比阻值为0.25～0.3Ω·cm，比表面积为800～890m²/g；所述的偶联处理剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或者硅烷偶联剂。

3.根据权利要求1所述导电阻燃热塑性粉末，其特征在于，所述接枝粘结母料组份中，所述的引发剂为过氧化二异丙苯或过氧化二苯甲酰；所述的不饱和接枝单体为马来酸酐或丙烯酸。

4.根据权利要求1所述导电阻燃热塑性粉末，其特征在于，所述无卤阻燃母料组份中，所述的聚乙烯的物理性质为：密度为0.91～0.925g/cm³，熔指为30～50g/10min。

5.一种导电阻燃热塑性粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.一种如要求1至4任一项所述导电阻燃热塑性粉末在经过磷化处理的金属管材表面涂覆的应用。