CN106589879B - 烟花爆竹用防爆抗静电材料及其制备方法 - Google Patents

烟花爆竹用防爆抗静电材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种烟花爆竹用防爆抗静电材料及其制备方法。本发明的烟花爆竹用防爆抗静电材料包括以下重量份的原料：热塑性树脂88～95份，热塑性弹性体1～3份，导电云母粉2～3份，石墨3～5份，3,4‑乙烯二氧噻吩2～4份，石蜡油2～3份，抗静电剂2～3份，偶联剂2～3份，氧化锌晶须4～5份，抗氧剂2～3份，白炭黑2～4份，稳定剂4～6份，防腐剂1～2份，固化剂3～4份；其中，抗静电剂由质量比为2:3:5的环氧乙烷胺类加成物、氧化锡、十二烷基二甲基甜菜碱组成；偶联剂由硅烷偶联剂与钛酸酯偶联剂等比例组合，其能有效降低烟花爆竹原料的体积电阻率及表面电阻率，具有优异的防爆抗静电性能。

Description

烟花爆竹用防爆抗静电材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及烟花爆竹安全生产技术领域。具体地说，本发明涉及一种烟花爆竹用防爆抗静电材料及其制备方法。
背景技术
火药是中国的四大发明之一，火药的用途除了用于制作武器以外几乎只是用来做鞭炮。燃放鞭炮已成为中国人的传统习俗，除了过年过节要放鞭炮外，无论喜庆的事还是悲伤的事，只要是重大的事情都要燃放鞭炮。由于烟花爆竹中含有火药成分，燃放者在燃放时如果不按照有关规定进行燃放或者燃放违规产品，就会有可能导致安全事故的发生。
具体而言，黑火药或烟火药是电的不良导体，属于高敏感、高能量的爆炸物品，在生产和使用中极易受到摩擦作用，发生电荷积累形成静电，而静电放电极易导致其发生燃烧甚至爆炸事故。过去几年，烟花爆竹安全生产事故频繁发生，广西浦北，河北辛集，黑龙江伊春等相继发生特别重大烟花爆竹爆炸事故，其中黑龙江伊春最具代表性和典型性，事故造成的人员伤亡和经济损失惨重。因此，目前对于烟花爆竹的首要问题是研发并使用防静电材料有效消除烟花爆竹所带的静电，避免发生爆炸，确保人身及财产安全。
传统的抗静电材料是采用内部添加和/或外部处理两种方法制造的。在聚合物内部添加乙炔碳黑或石墨导电剂，包括黑色碳纤维及金属粉末等，其添加量大，外观黑色不宜调色不洁净，力学物理性能及耐老化性能差，而且在生产过程中碳和金属粉末污染及尘埃飞扬难以控制，对人体健康和环境污染及为严重。尤其是用于烟花爆竹行业因材料内部体积和表面含有碳与金属元素，在使用期间经摩擦碰撞使材料表面的碳和金属微细尘埃进入火药体内，进而使火药静电无法释放，从而导致事故。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种烟花爆竹用防爆抗静电材料，其能有效降低烟花爆竹原料的体积电阻率及表面电阻率，具有优异的抗静电性能，并且有效降低了由于静电而引起烟花爆竹爆炸的隐患。
本发明提供的一种烟花爆竹用防爆抗静电材料，包括以下重量份的原料：
热塑性树脂88～95份，热塑性弹性体1～3份，导电云母粉2～3份，石墨3～5份，3,4-乙烯二氧噻吩2～4份，石蜡油2～3份，抗静电剂2～3份，偶联剂2～3份，氧化锌晶须4～5份，抗氧剂2～3份，白炭黑2～4份，稳定剂4～6份，防腐剂1～2份，固化剂3～4份；其中，抗静电剂由质量比为2:3:5的环氧乙烷胺类加成物、氧化锡、十二烷基二甲基甜菜碱组成；偶联剂由硅烷偶联剂与钛酸酯偶联剂等比例组合。
优选的是，所述热塑性树脂为聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚砜的组合，其质量比依次为17:8:11。
优选的是，热塑性弹性体为热塑性聚氨酯弹性体、丙烯酸酯橡胶的组合。
本发明还提供一种烟花爆竹用防爆抗静电材料的制备方法，如下：
1)将2～3重量份的导电云母粉、3～5重量份的石墨、2～4重量份的3,4-乙烯二氧噻吩、2～3重量份的石蜡油放入超声容器中超声分散15min，形成分散液；
2)将步骤1)所得的分散液放入搅拌混合机中，把88～95重量份的热塑性树脂、1～3重量份的热塑性弹性体、2～3重量份的抗静电剂、2～3重量份的偶联剂、4～5重量份的氧化锌晶须、2～3重量份的抗氧剂、4～6的重量份稳定剂、1～2重量份的防腐剂充分混合，形成混合物；混合机的搅拌速率为120r/min，高速混合时间为40min；
3)将步骤2)所形成的混合物加入双螺杆挤出机的主加料口中，将2～4重量份的白炭黑从侧喂料口加入，此时所有组分在螺杆的推动下充分混合并在抽真空排气后挤出粒料；
4)将步骤3)所得粒料与3～4重量份的固化剂混合均匀，放入模具加热固化。
优选的是，螺杆的转速为350～450r/min，挤出机的料筒的温度为260～330℃。
优选的是，步骤1)中导电云母粉和石墨分别过筛180～200目。
优选的是，步骤2)中的热塑性树脂在混合前经低温等离子体装置进行表面改性，处理气体为氧气，放电电压为700V，处理时间为30min。
本发明所能达到的功效增进为：
本发明的烟花爆竹用防爆抗静电材料添加的导电云母粉、石墨、3,4-乙烯二氧噻吩产生协同作用，配合抗静电剂，具有较好的导电性，能有效降低原料的体积电阻或表面电阻，加速静电泄漏，从而消除或降低用其配制的烟花爆竹的静电危害，防爆性能优异。
本发明的烟花爆竹用防爆抗静电材料添加了四脚状三维结构的氧化锌晶须，利用其高分散性能在基体中邻接各针状部位相互搭接形成导电通路，与抗静电剂协同，提高抗静电性能。
本发明的烟花爆竹用防爆抗静电材料，其中的热塑性树脂经低温等离子体处理后C-O结构增多，形成含氧极性基团，有效改善了润湿性和粘结性，使得原料更容易混合。
本发明的烟花爆竹用防爆抗静电材料的制备工艺简单，制造成本低，加工性能好，综合性能优异，适于规模化生产。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面是对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
<实施例1>
一种烟花爆竹用防爆抗静电材料，包括以下重量份的原料：
热塑性树脂88份，热塑性弹性体1份，导电云母粉2份，石墨3份，3,4-乙烯二氧噻吩2份，石蜡油2份，抗静电剂2份，偶联剂2份，氧化锌晶须4份，抗氧剂2份，白炭黑2份，稳定剂4份，防腐剂1份，固化剂3份；其中，抗静电剂由质量比为2:3:5的环氧乙烷胺类加成物、氧化锡、十二烷基二甲基甜菜碱组成；偶联剂由硅烷偶联剂与钛酸酯偶联剂等比例组合。热塑性树脂是聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚砜的组合，其质量比依次为17:8:11。热塑性弹性体由热塑性聚氨酯弹性体、丙烯酸酯橡胶组合而成。
制备方法：
1)将2重量份的导电云母粉、3重量份的石墨、2重量份的3,4-乙烯二氧噻吩、2重量份的石蜡油放入超声容器中超声分散15min，形成分散液；
2)将步骤1)所得的分散液放入搅拌混合机中，把88重量份的热塑性树脂、1重量份的热塑性弹性体、2重量份的抗静电剂、2重量份的偶联剂、4重量份的氧化锌晶须、2重量份的抗氧剂、4的重量份稳定剂、1重量份的防腐剂充分混合，形成混合物；混合机的搅拌速率为120r/min，高速混合时间为40min；
3)将步骤2)所形成的混合物加入双螺杆挤出机的主加料口中，将3重量份的白炭黑从侧喂料口加入，此时所有组分在螺杆的推动下充分混合并在抽真空排气后挤出粒料；
4)将步骤3)所得粒料与3重量份的固化剂混合均匀，放入模具加热固化。
其中，螺杆的转速为350r/min，挤出机的料筒的温度为260℃；步骤1)中导电云母粉和石墨分别过筛180目。
<实施例2>
一种烟花爆竹用防爆抗静电材料，包括以下重量份的原料：
热塑性树脂92份，热塑性弹性体2份，导电云母粉3份，石墨4份，3,4-乙烯二氧噻吩3份，石蜡油3份，抗静电剂3份，偶联剂3份，氧化锌晶须5份，抗氧剂3份，白炭黑3份，稳定剂5份，防腐剂1份，固化剂4份；其中，抗静电剂由质量比为2:3:5的环氧乙烷胺类加成物、氧化锡、十二烷基二甲基甜菜碱组成；偶联剂由硅烷偶联剂与钛酸酯偶联剂等比例组合。热塑性树脂是聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚砜的组合，其质量比依次为17:8:11。热塑性弹性体由热塑性聚氨酯弹性体、丙烯酸酯橡胶组合而成。
制备方法：
1)将3重量份的导电云母粉、4重量份的石墨、3重量份的3,4-乙烯二氧噻吩、3重量份的石蜡油放入超声容器中超声分散15min，形成分散液；
2)将步骤1)所得的分散液放入搅拌混合机中，把92重量份的热塑性树脂、2重量份的热塑性弹性体、3重量份的抗静电剂、3重量份的偶联剂、5重量份的氧化锌晶须、3重量份的抗氧剂、5的重量份稳定剂、1重量份的防腐剂充分混合，形成混合物；混合机的搅拌速率为120r/min，高速混合时间为40min；
3)将步骤2)所形成的混合物加入双螺杆挤出机的主加料口中，将3重量份的白炭黑从侧喂料口加入，此时所有组分在螺杆的推动下充分混合并在抽真空排气后挤出粒料；
4)将步骤3)所得粒料与4重量份的固化剂混合均匀，放入模具加热固化。
其中，螺杆的转速为400r/min，挤出机的料筒的温度为300℃；步骤1)中导电云母粉和石墨分别过筛190目；步骤2)中的热塑性树脂在混合前经低温等离子体装置进行表面改性，处理气体为氧气，放电电压为700V，处理时间为30min。
<实施例3>
一种烟花爆竹用防爆抗静电材料，包括以下重量份的原料：
热塑性树脂92份，热塑性弹性体2份，导电云母粉3份，石墨4份，3,4-乙烯二氧噻吩3份，石蜡油3份，抗静电剂3份，偶联剂3份，氧化锌晶须5份，抗氧剂3份，白炭黑3份，稳定剂5份，防腐剂1份，固化剂4份；其中，抗静电剂由质量比为2:3:5的环氧乙烷胺类加成物、氧化锡、十二烷基二甲基甜菜碱组成；偶联剂由硅烷偶联剂与钛酸酯偶联剂等比例组合。热塑性树脂是聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚砜的组合，其质量比依次为17:8:11。热塑性弹性体由热塑性聚氨酯弹性体、丙烯酸酯橡胶组合而成。
制备方法：
1)将3重量份的导电云母粉、5重量份的石墨、4重量份的3,4-乙烯二氧噻吩、3重量份的石蜡油放入超声容器中超声分散15min，形成分散液；
2)将步骤1)所得的分散液放入搅拌混合机中，把92重量份的热塑性树脂、2重量份的热塑性弹性体、3重量份的抗静电剂、3重量份的偶联剂、5重量份的氧化锌晶须、3重量份的抗氧剂、6的重量份稳定剂、2重量份的防腐剂充分混合，形成混合物；混合机的搅拌速率为120r/min，高速混合时间为40min；
3)将步骤2)所形成的混合物加入双螺杆挤出机的主加料口中，将4重量份的白炭黑从侧喂料口加入，此时所有组分在螺杆的推动下充分混合并在抽真空排气后挤出粒料；
4)将步骤3)所得粒料与4重量份的固化剂混合均匀，放入模具加热固化。
其中，螺杆的转速为450r/min，挤出机的料筒的温度为330℃；步骤1)中导电云母粉和石墨分别过筛200目。
<对比试验>
对比例为以热塑性树脂为基体的市售的烟花爆竹用防爆抗静电材料，对于实施例1、2、3与对比例，依据GB/T1410-2006《固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》测试体积电阻率和表面电阻率。如表1所示。
表1
体积电阻率/Ω·m 表面电阻率/Ω
实施例1 8.7×105 9.8×105
实施例2 8.0×105 9.1×105
实施例3 8.4×105 9.5×105
对比例 3.0×109 5.0×1010
通过对比可知，本发明的烟花爆竹用防爆抗静电材料具有优异的防爆抗静电性能。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (3)

1.烟花爆竹用防爆抗静电材料的制备方法，其特征在于，
所述烟花爆竹用防爆抗静电材料，包括以下重量份的原料：热塑性树脂88～95份，热塑性弹性体1～3份，导电云母粉2～3份，石墨3～5份，3,4-乙烯二氧噻吩2～4份，石蜡油2～3份，抗静电剂2～3份，偶联剂2～3份，氧化锌晶须4～5份，抗氧剂2～3份，白炭黑2～4份，稳定剂4～6份，防腐剂1～2份，固化剂3～4份；其中，抗静电剂由质量比为2:3:5的环氧乙烷胺类加成物、氧化锡、十二烷基二甲基甜菜碱组成；偶联剂由硅烷偶联剂与钛酸酯偶联剂等比例组合；
所述热塑性树脂为聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚砜的组合，其质量比依次为17:8:11；
所述热塑性弹性体为热塑性聚氨酯弹性体、丙烯酸酯橡胶的组合；
所述烟花爆竹用防爆抗静电材料的制备方法包括以下步骤：
1)将2～3重量份的导电云母粉、3～5重量份的石墨、2～4重量份的3,4-乙烯二氧噻吩、2～3重量份的石蜡油放入超声容器中超声分散15min，形成分散液；
2)将步骤1)所得的分散液放入搅拌混合机中，把88～95重量份的热塑性树脂、1～3重量份的热塑性弹性体、2～3重量份的抗静电剂、2～3重量份的偶联剂、4～5重量份的氧化锌晶须、2～3重量份的抗氧剂、4～6的重量份稳定剂、1～2重量份的防腐剂充分混合，形成混合物；混合机的搅拌速率为120r/min，高速混合时间为40min；
3)将步骤2)所形成的混合物加入双螺杆挤出机的主加料口中，将2～4重量份的白炭黑从侧喂料口加入，此时所有组分在螺杆的推动下充分混合并在抽真空排气后挤出粒料；
4)将步骤3)所得粒料与3～4重量份的固化剂混合均匀，放入模具加热固化；
其中，步骤2)中热塑性树脂在混合前经低温等离子体装置进行表面改性，处理气体为氧气，放电电压为700V，处理时间为30min。
2.如权利要求1所述的烟花爆竹用防爆抗静电材料的制备方法，其特征在于，螺杆的转速为350～450r/min，挤出机的料筒的温度为260～330℃。
3.如权利要求2所述的烟花爆竹用防爆抗静电材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中导电云母粉和石墨分别过筛180～200目。
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