CN106645662B - 一种评价聚乙烯树脂的耐环境应力性能的体系及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及本发明涉及一种评价聚乙烯树脂耐环境应力开裂性能的体系。其包括非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂的水溶液。并且其具有如下优点：1)提高混合表面活性剂的静电稳定性，使得活性剂分子链更容易形成胶束，从而起到协同作用，大大提高了表面活性剂的效率；2)本发明的表面活性剂组分在使用过程中均不会释放壬基酚组分等对人体有毒有害物质，安全环保。

Description

一种评价聚乙烯树脂的耐环境应力性能的体系及其应用
技术领域
本发明涉及一种评价聚乙烯树脂耐环境应力开裂性能的体系。
背景技术
聚乙烯树脂是最重要的化工产品之一，被广泛的用于管材，中空制品，片材，膜等塑料制品的生产。聚乙烯在环境因素和应力的协同作用下会发生开裂，也即通常所说的环境应力开裂，所以塑料制品在使用的过程中需要评价其耐环境应力开裂性能。
目前国内外已经形成了多种评价聚乙烯树脂及其制品耐环境应力开裂性能的方法，并且纳入了标准体系。ASTM D 1693(美国材料与试验协会(ASTM)的标准)：2008规定了乙烯塑料环境应力开裂标准试验方法，GB 1842-2008参照ASTM D 1693并结合我国实际情况制定了《塑料聚乙烯环境应力开裂试验方法》。在这些试验方法中均采用壬基酚聚氧乙烯醚(NPE)作为表面活性剂来加速聚乙烯样条的开裂过程。壬基酚聚氧乙烯醚在工业生产中常被用作表面活性剂，被排放到环境中会迅速分解成壬基酚(NP)。壬基酚(NP)是一种公认的环境激素，它能模拟雌激素，对生物的性发育产生影响，并且干扰生物的内分泌，对生殖系统具有毒性。同时，壬基酚(NP)能通过食物链在生物体内不断蓄积，有研究表明，即便排放的浓度很低，也极具危害性。所以采用NPE作为表面活性剂来评价聚乙烯的耐环境应力开裂性能即有害环境，也会危及测试人员的身体健康。另一方面，聚乙烯树脂改性的重要方向就是提高其耐环境应力开裂性能，采用NPE作为表面活性剂的测试周期非常长，甚至在溶液的有效期内不能完成测试。
所以使用NPE来评价聚乙烯树脂的耐环境应力性能已不满足测试需要，需要开发新的表面活性剂体系。
发明内容
本发明提供了一种用于评价聚乙烯树脂的耐环境应力性能的体系，这种复配表面活性剂体系不会释放壬基酚，对环境友好，而且缩短了测试周期，为评价聚乙烯树脂的耐环境应力开裂性能提供了一种高效环保的活性剂方案。
所述评价聚乙烯树脂的耐环境应力性能的体系包括非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性。
在一个具体实施例中，所述非离子型表面活性剂包括链烷醇聚醚-3、链烷醇聚醚-5、山梨醇酐硬脂酸酯和癸基辛基葡糖苷中的至少一种。
在一个具体实施例中，所述阴离子型表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠和月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的至少一种。
在一个具体实施例中，所述链烷醇聚醚-3的分子式为CnH2n+1·(C2H4O)3，其中n为9-15的整数；优选所述n为11-13的整数。
在一个具体实施例中，所述链烷醇聚醚-5的分子式为CmH2m+1·(C2H4O)5，m为10-15的整数；优选所述m为12-14的整数。
在一个具体实施例中，以100质量份的非离子型表面活性剂计，所述阴离子型表面活性剂的质量份数为0.01-5；优选地，以100质量份的非离子型表面活性剂计，所述阴离子型表面活性剂的为质量份数优选为0.05-2。
在一个具体实施例中，所述非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂作为一个整体在水溶液中的质量浓度为0.1-10％；优选所述非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂作为一个整体在水溶液中的质量浓度为0.5-5％。其中的浓度的计算公式为：(非离子型表面活性剂的质量+阴离子型表面活性剂的质量)/(非离子型表面活性剂的质量+阴离子型表面活性剂的质量+水的质量)。
本发明还提供了一种如上所述的体系在评价聚乙烯树脂耐环境应力开裂性能中的应用。
在现有的ESCR评价方法中单独使用非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚，有毒有害而且试验周期长。本发明挑选适合聚乙烯(PE)树脂进行耐环境应力开裂(ESCR)试验用的非离子型表面活性剂及阴离子型表面活性剂组成的体系，不仅大大缩短了试验周期，而且对环境友好。
本发明选择的表面活性剂疏水端均带有长烷烃链，可以更好的润滑PE分子链，加速分子链解缠结和裂纹的传播。而且两组分进行复配时，一方面，非离子表面活性剂分子插入到阴离子表面活性剂胶束中，使原来的阴离子表面活性剂的极性头基间的电性斥力减弱；另一方面，非离子表面活性剂分子在水溶液中与水电离出来的微量质子相结合，使之具有弱的正电荷，因而能与阴离子表面活性剂产生微弱的静电引力作用，这两种因素共同导致了混合胶束的生成，提高混合表面活性剂的静电稳定性，使得活性剂分子链更容易形成胶束，从而起到协同作用，大大提高了表面活性剂的效率。
本发明使用的表面活性剂组分在使用过程中均不会释放壬基酚组分等对人体有毒有害物质，安全环保。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明做进一步详细说明：
在以下实施例中，使用的试验样条为中石化齐鲁分公司产高密度聚乙烯，标记为1#样品；中石化扬子分公司产高密度聚乙烯，标记为2#样品；中石化燕山分公司产高密度聚乙烯，标记为3#样品。
本发明使用的表面活性剂均来源于市售普通试剂。
其中本发明的表面活性剂的浓度的计算公式为：(非离子型表面活性剂的质量+阴离子型表面活性剂的质量)/(非离子型表面活性剂的质量+阴离子型表面活性剂的质量+水的质量)。
性能测试标准及所用仪器：测试方法按照《GB/T 1842-2008塑料聚乙烯环境应力开裂方法》的规定进行，其中，耐环境应力开裂(ESCR)试验仪器：日本东京理化公司EYELAHBS-1200型恒温水浴箱。
对比例1
使用壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)(浓度为10％)作为非离子型表面活性剂对试验样条进行环境应力开裂试验。
对比例2
使用非离子型的异辛醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚与阴离子型的十二烷基苯磺酸钠组成复配体系，异辛醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚与十二烷基苯磺酸钠的质量份数比为100:2，组成水溶液的浓度为1％。使用复配表面活性剂对试样样品进行ESCR试验。
实施例1
使用链烷醇聚醚-3，其中烷烃链段碳原子数11，与十二烷基硫酸钠组成复配体系，链烷醇聚醚-3与十二烷基硫酸钠的质量份数比为100:0.01，组成水溶液的浓度为10％。使用复配表面活性剂对试样样品进行ESCR试验。
实施例2
使用链烷醇聚醚-3，其中烷烃链段碳原子数13，与十二烷基硫酸钠组成复配体系，链烷醇聚醚-3与十二烷基硫酸钠的质量份数比为100:0.01，组成水溶液的浓度质量比为5％。使用复配表面活性剂对试样样品进行ESCR试验。
实施例3
使用链烷醇聚醚-3，其中烷烃链段碳原子数11，与十二烷基硫酸钠组成复配体系，链烷醇聚醚-3与十二烷基硫酸钠的质量份数比为100:0.01，组成水溶液的浓度为0.5％。使用复配表面活性剂对试样样品进行ESCR试验。
实施例4
使用链烷醇聚醚-3，其中烷烃链段碳原子数9，与十二烷基硫酸钠组成复配体系，链烷醇聚醚-3与十二烷基硫酸钠的质量份数比为100:0.1，组成水溶液的浓度为5％。使用复配表面活性剂对试样样品进行ESCR试验。
实施例5
使用链烷醇聚醚-3，其中烷烃链段碳原子数15，与十二烷基硫酸钠组成复配体系，链烷醇聚醚-3与十二烷基硫酸钠的质量份数比为100:1，组成水溶液的浓度为0.5％。使用复配表面活性剂对试样样品进行ESCR试验。
实施例6
使用链烷醇聚醚-5，其中烷烃链段碳原子数15，与月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠组成复配体系，链烷醇聚醚-5与月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠的质量份数比为100:5，组成水溶液的浓度为0.1％。使用复配表面活性剂对试样样品进行ESCR试验。
实施例7
使用链烷醇聚醚-5，其中烷烃链段碳原子数12，与月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠组成复配体系，链烷醇聚醚-5与月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠的质量份数比为100:2，组成水溶液的浓度为0.1％。使用复配表面活性剂对试样样品进行ESCR试验。
实施例8
使用链烷醇聚醚-5，其中烷烃链段碳原子数14，与月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠组成复配体系，链烷醇聚醚-5与月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠的质量份数比为100:0.05，组成水溶液的浓度为9％。使用复配表面活性剂对试样样品进行ESCR试验。
实施例9
使用链烷醇聚醚-5，其中烷烃链段碳原子数10，与月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠组成复配体系，链烷醇聚醚-5与月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠的质量份数比为100:0.5，组成水溶液的浓度为3％。使用复配表面活性剂对试样样品进行ESCR试验。
实施例10
使用山梨醇酐硬脂酸酯与十二烷基硫酸钠组成复配体系，山梨醇酐硬脂酸酯与十二烷基硫酸钠的质量份数比为100:0.05，组成水溶液的浓度为5％。使用复配表面活性剂对试样样品进行ESCR试验。
实施例11
使用癸基辛基葡糖苷与十二烷基苯磺酸钠组成复配体系，两种表面活性剂的质量份数比为100:2，组成水溶液的浓度为0.5％。使用复配表面活性剂对试样样品进行ESCR试验。
将以上对比例及实施例中测得的ESCR数据列于表1中。
从实施例的ESCR测试结果可以看出，相对于现行标准规定使用的表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚，本发明提供的复配表面活性剂体系测得的聚乙烯样品F50时间大幅缩短。而且使用本发明提供复配组分以外的活性剂也不能提供与本发明相似的试验结果。
本发明的用于评价聚乙烯树脂耐环境应力开裂性能的新型复配表面活性剂体系不会释放壬基酚，对环境友好，而且缩短了测试周期，为评价聚乙烯树脂的耐环境应力开裂性能提供了一种高效环保的活性剂方案，值得推广应用。
表1标准指标要求及实施例的ESCR测试结果(F50，h)

Claims (8)

1.一种评价聚乙烯树脂的耐环境应力性能的体系，其包括非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂的水溶液；
所述非离子型表面活性剂包括链烷醇聚醚-3、链烷醇聚醚-5、山梨醇酐硬脂酸酯和癸基辛基葡糖苷中的至少一种；
链烷醇聚醚-3的分子式为CnH2n+1·(C2H4O)3，其中n为9-15的整数；
所述链烷醇聚醚-5的分子式为CmH2m+1·(C2H4O)5，m为10-15的整数。
2.根据权利要求1所述的体系，其特征在于，所述n为11-13的整数；所述m为12-14的整数。
3.根据权利要求1或2所述的体系，其特征在于，所述阴离子型表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠和月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的体系，其特征在于，以100质量份的非离子型表面活性剂计，所述阴离子型表面活性剂的质量份数为0.01-5。
5.根据权利要求4所述的体系，其特征在于，以100质量份的非离子型表面活性剂计，所述阴离子型表面活性剂的质量份数为0.05-2。
6.根据权利要求1或2所述的体系，其特征在于，所述非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂作为一个整体在水溶液中的质量浓度为0.1-10％。
7.根据权利要求6所述的体系，其特征在于，所述非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂作为一个整体在水溶液中的质量浓度为0.5-5％。
8.一种根据权利要求1-7中任意一项所述的体系在评价聚乙烯树脂耐环境应力开裂性能中的应用。
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