CN106867074A - 一种增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒 - Google Patents

一种增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒 Download PDF

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Abstract

本发明涉及功能性母料领域，具体公开了一种增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒，由载体树脂、PS树脂、交联剂、二氧化硅纳米纤维、纳米氧化镁、纳米氧化锰、纳米氧化锆、纳米氧化钼、偶联剂、分散剂制备而成，其中载体树脂为聚乙烯树脂，交联剂优选为DCP交联剂，偶联剂优选为KR‑41B或三异硬脂酰基钛酸酯中的一种，分散剂优选为氧化聚乙烯蜡、乙烯基双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯或硬脂酸钙中的一种。本发明的功能母粒添加到聚乙烯中，PS树脂交联改变聚乙烯的网状交联结构并经二氧化硅纳米纤维和纳米氧化钼、纳米氧化镁、纳米氧化锆和纳米氧化锰的强化提升聚乙烯的抗蠕变能力。同时功能母粒性能均匀，在聚乙烯中的分散程度好。

Description

一种增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒
技术领域
本发明涉及功能性母料领域，具体涉及一种用于增强聚乙烯树脂抗蠕变能力的功能母粒。
背景技术
聚乙烯(PE)是经乙烯聚合制得的一种热塑性树脂，无臭、无毒、手感似蜡，具有优良的耐低温性能，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀，而且电绝缘性优良，用途十分广泛，可用于制作薄膜、包装材料、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，也可用于电视、雷达等所需的高频绝缘材料。但是聚乙烯树脂的抗蠕变能力弱，容易发生蠕变开裂失效，限制了聚乙烯树脂在管材、受力零部件等方面的应用。中国专利CN106009203A，专利名称一种抗蠕变防静电棕榈纤维增强聚乙烯复合材料及其制备方法，公开日2016年10月12日，公开了一种添加有棕榈纤维、碱式氯化镁晶须和石棉粉作为增强剂增强抗蠕变能力的聚乙烯复合材料。但是通过添加剂添加后的提升效果一般，而且棕榈纤维、石棉粉等使用容易造成粉尘污染。
母粒是将超常量改性化学助剂均匀负载在载体树脂中而得到的粒状聚集体。将母粒添加加在目标树脂中，母粒的分散效果好使目标树脂性能均匀，母粒的载体树脂与目标树脂的相容性好。而且与使用添加剂相比，母粒的使用更安全、功能全面，且不会出现粉尘污染。
发明内容
针对聚乙烯的抗蠕变能力弱，应用于制备管材等方面易发生蠕变开裂而造成制品失效的问题，本发明的目的在于提供一种用于增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒，能够显著提高聚乙烯树脂的抗蠕变能力，且功能母粒的使用更加安全，避免污染出现。
本发明提供如下的技术方案：
一种增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒，由以下重量份的组份制备而成：载体树脂100～120份、PS树脂30～50份、交联剂1～3份、二氧化硅纳米纤维12～15份、纳米氧化镁1～3份、纳米氧化锰0.8～1.2份、纳米氧化锆0.8～1.0份、纳米氧化钼0.5～0.8份、偶联剂0.5～0.8份、分散剂1～1.5份，其中载体树脂为聚乙烯树脂。
本发明的增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒，采用聚乙烯树脂作为载体树脂使功能母粒添加到聚乙烯中的相容性好，保证添加功能母粒的聚乙烯性能均匀一致。PS树脂即是由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的苯乙烯树脂，其侧链为苯环，具有良好的抗蠕变性。PS树脂伴随功能母粒添加到聚乙烯中通过共混交联改性聚乙烯，一方面使聚乙烯内形成网状结构以提升抗蠕变能力，另一方面作为添加剂改善聚乙烯的抗蠕变性能。纳米氧化镁、纳米氧化锰、纳米氧化锆和纳米氧化钼在聚乙烯树脂中均匀分散，它们所具有的晶态结构阻止蠕变过程的进行，提升聚乙烯树脂的抗蠕变能力。二氧化硅纳米纤维具有微球形结构，均匀分散到聚乙烯树脂中能够提升聚乙烯树脂网络结构的致密性，强化PS树脂和纳米氧化镁等晶态物质的抗蠕变效果，提升聚乙烯的抗蠕变能力。
作为本发明的一种改进，所述交联剂为DCP交联剂。交联剂可以提高PS树脂与聚乙烯树脂之间的交联程度，紧密化聚乙烯树脂内部的网状交联结构。试验结果证明添加DCP作为交联剂还可提升聚乙烯的抗蠕变能力，且提升效果随DCP一定范围内添加量增加而增强。
作为本发明的一种改进，所述偶联剂为KR-41B或三异硬脂酰基钛酸酯中的一种。偶联剂可以有效改善聚乙烯、PS树脂与二氧化硅、氧化镁、氧化锆、氧化钼和氧化锰之间的界面作用，提升聚乙烯树脂的耐热、耐老化性能。同时KR-41B或三异硬脂酰基钛酸酯对PS树脂的适用性好，可以增强偶联剂的效果。
作为本发明的一种改进，所述分散剂为氧化聚乙烯蜡、乙烯基双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯或硬脂酸钙中的一种。分散剂使二氧化硅、氧化钼、氧化镁、氧化锰和氧化锆在聚乙烯树脂内均匀分散，避免出现团结，保证聚乙烯树脂性能均匀，同时提供了润滑效果。
一种增强聚乙烯耐热性的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将重量份的各原料组份混合搅拌均匀；(2)螺杆造粒机的搅拌速度100～130r/min、各段温度处于120～190℃内，将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒；(3)将所得颗粒在100～120℃下通风干燥1～3小时；(4)将干燥后的颗粒经-16目～+18目的筛网过筛。
将原料在投料前搅拌均匀保证功能母粒性能一致。保持螺杆造粒机的搅拌速度为100～130r/min、各段温度处于120～190℃内使挤出的颗粒的成份均匀，保证生产的稳定。经进一步风吹干燥后使颗粒表面结构均匀稳定，确保颗粒的功能稳定，便于长期存放。经筛网过筛的颗粒既保证功能母粒的粒径均匀，又避免出现粒径过大造成功能母粒添加到聚乙烯中的熔融分散效果受到影响。
作为本发明的一种改进，步骤(2)中螺杆造粒机各段的温度分别为：一段120～135℃、二段135～150℃、三段150～165℃、四段165～180℃、五段180～185℃、六段185～190℃，模头温度为180～185℃。通过设定螺杆造粒机的各段的操作温度逐渐上升，使物料均匀混合并逐渐熔融，保证功能母粒的性能稳定。
作为本发明的一种改进，所述螺杆造粒机的长径比为12～14。螺杆加压充分，制品的物理机械性能均可提高。螺杆造粒机保持合适的长径比可确保物料塑化效果好，挤出物料过程平稳，而且挤出量提高。
本发明的有益效果如下：
本发明的增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒，功能母粒中的PS竖直与聚乙烯共混改变聚乙烯的网状交联结构并经二氧化硅纳米纤维协同强化，提升聚乙烯的抗蠕变能力。纳米氧化钼、纳米氧化镁、纳米氧化锆和纳米氧化锰的均匀分散进一步提升了聚乙烯的抗蠕变能力。另外本发明的功能母粒性能均匀，在聚乙烯中的分散程度好，使用安全。
具体实施方式
下面就本发明的具体实施方式作进一步说明。
如无特别说明，本发明中所采用的原料均可从市场上购得或是本领域常用的，如无特别说明，下述实施例中的方法均为本领域的常规方法。
实施例1：
一种增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒，由以下组份制备而成：载体树脂100g、PS树脂30g、交联剂1g、二氧化硅纳米纤维12g、纳米氧化镁1g、纳米氧化锰0.8g、纳米氧化锆0.8g、纳米氧化钼0.5g、偶联剂0.5g、分散剂1g，其中载体树脂为聚乙烯树脂，交联剂优选为DCP交联剂，偶联剂优选为KR-41B或三异硬脂酰基钛酸酯中的一种，分散剂优选为氧化聚乙烯蜡、乙烯基双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯或硬脂酸钙中的一种。
一种增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将各原料组份混合搅拌均匀，混合温度50℃，搅拌速度40r/min；(2)保持螺杆造粒机的搅拌速度为100r/min、各段加热温度处于120～190℃内，螺杆造粒机的长径比优选为12，将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒，其中各段的优选加热温度范围分别为：一段120～135℃、二段135～150℃、三段150～165℃、四段165～180℃、五段180～185℃、六段185～190℃，模头温度为180～185℃；(3)将螺杆造粒机挤出的颗粒在100℃下通风干燥3小时；(4)将干燥后的颗粒经-16目～+18目的筛网过筛，制得所要的功能母粒。
实施例2：
一种增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒，由以下组份制备而成：载体树脂110g、PS树脂40g、交联剂2g、二氧化硅纳米纤维13.5g、纳米氧化镁2g、纳米氧化锰1.0g、纳米氧化锆0.9g、纳米氧化钼0.65g、偶联剂0.65g、分散剂1.25g，其中载体树脂为聚乙烯树脂，交联剂优选为DCP交联剂，偶联剂优选为KR-41B或三异硬脂酰基钛酸酯中的一种，分散剂优选氧化聚乙烯蜡、乙烯基双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯或硬脂酸钙中的一种。
一种增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将各原料组份混合搅拌均匀，混合温度50℃，搅拌速度40r/min；(2)保持螺杆造粒机的搅拌速度115r/min、各段加热温度处于120～190℃内，螺杆造粒机的长径比优选为13，将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒，其中各段的优选加热温度范围分别为：一段120～135℃、二段135～150℃、三段150～165℃、四段165～180℃、五段180～185℃、六段185～190℃，模头温度为180～185℃；(3)将螺杆造粒机挤出的颗粒在110℃下通风干燥2小时；(4)将干燥后的颗粒经-16目～+18目的筛网过筛，制得所要的功能母粒。
实施例3：
一种增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒，由以下组份制备而成：载体树脂120g、PS树脂50g、交联剂3g、二氧化硅纳米纤维15g、纳米氧化镁3g、纳米氧化锰1.2g、纳米氧化锆1.0g、纳米氧化钼0.8g、偶联剂0.8g、分散剂1.5g，其中载体树脂为聚乙烯树脂，交联剂优选为DCP交联剂，偶联剂优选为KR-41B或三异硬脂酰基钛酸酯中的一种，分散剂优选为氧化聚乙烯蜡、乙烯基双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯或硬脂酸钙中的一种。
一种增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将各原料组份混合搅拌均匀，混合温度50℃，搅拌速度40r/min；(2)保持螺杆造粒机的搅拌速度130r/min、各段加热温度处于120～190℃内，螺杆造粒机的长径比优选为14，将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒，其中各段的优选加热温度范围分别为：一段120～135℃、二段135～150℃、三段150～165℃、四段165～180℃、五段180～185℃、六段185～190℃，模头温度为180～185℃；(3)将螺杆造粒机挤出的颗粒在120℃下通风干燥1小时；(4)将干燥后的颗粒经-16目～+18目的筛网过筛，制得所要的功能母粒。
性能测试
向聚乙烯树脂中分别添加质量百分比为5％的本发明的实施例1、实施例2、实施例3功能母粒得到改性的聚乙烯树脂并制备成测试需要的聚乙烯管，分别为试验样1、试验样2和试验样3，未添加本发明的功能母粒的聚乙烯树脂制备的聚乙烯管为对比样。对试验样1、试验样2和试验样3和对比样进行测试，测试结果如表1所示。其中T表示抗蠕变性的断裂时间，测试标准ISO 1167-1996；ESCR表示抗裂纹缓慢传播的断裂时间，测试标准为ISO13479-1997；RCP表示抗裂纹快速传播的压力，测试标准ISO 13477-1997。
表1测试结果
项目 试验样1 试验样2 试验样3 对比样
T 410h 398h 405h 126h
ESCR 2600h 2550h 2580h 2510h
RCP 0.25～0.3MPa 0.25～0.3MPa 0.25～0.3MPa 0.25～0.3MPa
本发明的功能母粒添加到聚乙烯中可有效提升聚乙烯树脂的抗蠕变能力。

Claims (7)

1.一种增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒，其特征在于，由以下重量份的组份制备而成：载体树脂100～120份、PS树脂30～50份、交联剂1～3份、二氧化硅纳米纤维12～15份、纳米氧化镁1～3份、纳米氧化锰0.8～1.2份、纳米氧化锆0.8～1.0份、纳米氧化钼0.5～0.8份、偶联剂0.5～0.8份、分散剂1～1.5份，其中载体树脂为聚乙烯树脂。
2.根据权利要求1所述的一种增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒，其特征在于，所述交联剂为DCP交联剂。
3.根据权利要求1所述的一种增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒，其特征在于，所述偶联剂为KR-41B或三异硬脂酰基钛酸酯中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒，其特征在于，所述分散剂为氧化聚乙烯蜡、乙烯基双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯或硬脂酸钙中的一种。
5.一种如权利要求1至4任一所述的增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：（1）将重量份的各原料组份混合搅拌均匀；（2）螺杆造粒机的搅拌速度100～130 r/min、各段温度处于120～190 ℃内，将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒；（3）将所得颗粒在100～120 ℃下通风干燥1～3小时；（4）将干燥后的颗粒经-16目～+18目的筛网过筛。
6.根据权利要求5所述的一种增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒的制备方法，其特征在于，步骤（2）中螺杆造粒机各段的温度分别为：一段120～135 ℃、二段135～150 ℃、三段150～165 ℃、四段165～180℃、五段180～185℃、六段185～190℃，模头温度为180～185℃。
7.根据权利要求5所述的一种增强聚乙烯抗蠕变能力的功能母粒的制备方法，其特征在于，所述螺杆造粒机的长径比为12～14。
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