CN108659299B - 一种防排水板用组合物及制备防排水板的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种防排水板用组合物及制备防排水板的方法。其中防排水板用组合物包括高密度聚乙烯、茂金属乙烯‑己烯共聚物、乙烯‑醋酸乙烯共聚物、乙烯‑辛烯共聚物和防老化母料；其中，所述高密度聚乙烯的熔体流动速率为8‑15g/10min，密度为0.948‑0.951g/cm3；所述茂金属乙烯‑己烯共聚物熔体流动速率为0.8‑2g/10min，密度为0.9‑0.95g/cm3；所述乙烯‑醋酸乙烯共聚物熔体流动速率为0.8‑2g/10min；所述乙烯‑辛烯共聚物熔体流动速率为1‑5g/10min，密度为0.9‑0.93g/cm3。
Description
技术领域
本发明涉及一种防排水板用组合物及制备防排水板的方法。
背景技术
现有防排水板的物理力学性能指标一般如下：抗压强度80kPa，拉伸强度10MPa，断裂伸长率120％，撕裂强度70kN/m，厚度1.0mm的排水板刺破强度200N。
现有防排水板在使用过程中存在的主要问题是：(1)凸壳体抗压强度低。隧道衬砌混凝土浇筑过程中，防排水板承受了较大的挤压力，现有防排水板凸壳体的抗压强度低，凸壳易被压溃，从而导致防排水板排水能力降低甚至丧失排水能力；(2)断裂伸长率低。断裂伸长率低，柔韧性不足，防排水板不能与隧道凸凹不平的初期支护充分密贴，易在初期支护与二次衬砌之间形成空洞，且可能在浇筑衬砌混凝土中被扯断；(3)刺破强度低。现有防排水板的刺破强度较低，当隧道掌子面爆破施工时，防排水板易被尖锐的岩石碎屑打穿，或在二衬混凝土施工中被初期支护表面外露的尖锐锚杆端头刺穿，从而出现漏水点，使得防排水板防水能力丧失，从而导致整个防排水系统失效。
因此，有必要提高防排水板的物理力学性能，确保防排水板在使用过程中性能稳定，能充分满足隧道的防排水需求。
发明内容
本申请之一提供了一种防排水板用组合物，其包括高密度聚乙烯(HDPE)、茂金属乙烯-己烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-辛烯共聚物(POE)和防老化母料；
其中，所述高密度聚乙烯的熔体流动速率为8-15g/10min，密度为0.948-0.951g/cm3；
所述茂金属乙烯-己烯共聚物熔体流动速率为0.8-2g/10min，密度为0.9-0.95g/cm3；
所述乙烯-醋酸乙烯共聚物熔体流动速率为0.8-2g/10min；
所述乙烯-辛烯共聚物熔体流动速率为1-5g/10min，密度为0.9-0.93g/cm3。
在一个具体实施方式中，高密度聚乙烯40-50质量份，茂金属乙烯-己烯共聚物32-40质量份，乙烯-醋酸乙烯共聚物10-18质量份，乙烯-辛烯共聚物2-5质量份，防老化母料0.1-1.5质量份。
在一个具体实施方式中，所述防老化母料选自牌号为抗氧剂1010、抗氧剂4010和抗氧剂1076中的至少一种。
本申请之二提供了一种制备防排水板的方法，包括如下步骤：
1)将如本申请之一任意一种所述的组合物中的各组分预混合，得到预混混合物；
2)将所述预混混合物挤出，得到挤出物；
3)将所述挤出物成型。
在一个具体实施方式中，在步骤1)中，所述高密度聚乙烯、茂金属乙烯-己烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和防老化母料依次加入混合机预混合。
在一个具体实施方式中，在步骤1)中，预混合的温度为50至80℃。
在一个具体实施方式中，在步骤1)中，预混合的转速为100-800转/分钟。
在一个具体实施方式中，在步骤1)中，预混合的时间为1-6分钟。
在一个具体实施方式中，在步骤2)中，进行熔融挤出，所述熔融挤出分加料段、熔融段和计量段3个区段，其中加料段的温度为185±5℃，熔融段的温度为190±5℃、计量段的温度为200±5℃。
在一个具体实施方式中，所述方法还包括步骤3)之后的步骤4)冷却并收卷。
在本申请中，抗氧剂1010的化学名称为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；抗氧剂4010的化学名称为N-苯基-N’-环己基对苯二胺；抗氧剂1076的化学名称为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯。
本申请的有益效果：
发明人在研制防排水板过程中，为了获得物理性能优良的防排水板，进行了大量的实验，然而均未获得成功。在一个意外的情况下，发明人将特定的高密度聚乙烯(HDPE)、茂金属乙烯-己烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-辛烯共聚物(POE)和防老化母料组合，并在特定的工艺条件下制备出的防排水板出乎意料的具有杰出的物理性能，更重要的是其满足了防排水板的需求，从而解决了现有技术中悬而未决的技术难题。
并且进一步地，发明人发现，由于组合物中的成分较多，至少为五种，而且这些组分之间并非简单地提供具有各自性能的特性，而是在一定的质量比例范围内，经过本申请的制备工艺，可以最大限度的发挥这些组分间的协同作用，从而使产品获得更优的技术效果。
而且，在制备过程中，各组分及组分间的质量比例在整个过程中也起着非常重要的作用。由于组分众多，因此会涉及每一种具体组分的用量的调配，并且只有各组分均在所要求的特定的含量范围内才会发挥更优的组合效应。一般来讲，本领域的技术人员对于涉及类似这种多种组分共同作用的组方来讲，在获得技术方案之前，不能确定何种因素影响技术方案获得的效果，因此，其也难以通过简单的有限次实验来获得本申请性能指标的防排水板。也就是说，寻找本申请的各组分间的配比，发明人付出了创造性的劳动。
通过本申请防排水板用组合物制备得到的防排水板具有较高的拉伸强度、抗压强度和撕裂强度；茂金属乙烯-己烯共聚物不仅提高了防排水板的拉伸强度和断裂伸长率，也提高了防排水板的撕裂强度，从而提高了其整体性能。
在本申请的研究中，特别意外地发现防排水板中的EVA含量在10-18质量份的情况下，有效保证了防排水板的柔韧性；乙烯-辛烯共聚物(POE)分子量分布窄，具有较好的流动性，与聚烯烃相容性好，提高了防排水板的断裂伸长率和刺破强度；该防排水板抗压强度不小于200kPa，拉伸强度不小于13MPa、断裂伸长率不小于700％、撕裂强度不小于120kN/m，平面部位的刺破强度不小于300N，凸壳顶部的刺破强度不小于500N，并且凸壳顶部的刺破强度明显大于平面部位的刺破强度，保证了防排水板优异的力学性能。
具体实施方式
以下通过优选的实施例的形式对本申请的上述内容再作进一步的详细说明，但不构成对本申请的限制。
高密度聚乙烯熔体流动速率为8-15g/10min，密度为0.948-0.951g/cm3；
茂金属乙烯-己烯共聚物：熔体流动速率为0.8-2g/10min，密度为0.9-0.95g/cm3；
乙烯-醋酸乙烯共聚物：熔体流动速率为0.8-2g/10min；
本申请中使用的抗氧剂1010、抗氧剂4010和抗氧剂1076市售。
实施例1
防排水板用组合物配方：高密度聚乙烯(HDPE)：其熔体流动速率为8.0g/10min，密度为0.948g/cm3，40质量份。
茂金属乙烯-己烯共聚物：其熔体流动速率为0.8g/10min，密度为0.90g/cm3，32质量份。
乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)：其熔体流动速率为0.8g/10min，10质量份。
乙烯-辛烯共聚物(POE)：其熔体流动速率为1.0g/10min，密度为0.90g/cm3，2质量份。
防老化母料为抗氧剂1010，0.1质量份。
制备防排水板的方法包括步骤：
1)预混：将上述高密度聚乙烯、茂金属乙烯-己烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和防老化母料依次加入混合机预混合，混合温度为50℃，转速为100转/分钟，混合时间为6分钟；
2)挤出：采用双螺杆挤出机进行熔融挤出，加料段、熔融段、计量段温度分别为180℃、185℃、195℃；
3)成型；
4)冷却：采用空气冷却；
5)收卷，制备得到防排水板1#。
实施例2
防排水板用组合物配方：高密度聚乙烯(HDPE)：其熔体流动速率为10.0g/10min，密度为0.950g/cm3，43质量份。
茂金属乙烯-己烯共聚物：其熔体流动速率为1.0g/10min，密度为0.92g/cm3，34质量份。
乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)：其熔体流动速率为1.0g/10min，13质量份。
乙烯-辛烯共聚物(POE)：其熔体流动速率为2.5g/10min，密度为0.91g/cm3，3质量份。
防老化母料为抗氧剂1010，0.5质量份。
制备防排水板的方法包括步骤：
1)预混：将上述高密度聚乙烯、茂金属乙烯-己烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和防老化母料依次加入混合机预混合，混合温度为60℃，转速为400转/分钟，混合时间为4分钟；
2)挤出：采用双螺杆挤出机进行熔融挤出，加料段、熔融段、计量段温度分别为185℃、190℃、200℃；
3)成型；
4)冷却：采用空气冷却；
5)收卷，制备得到防排水板2#。
实施例3
防排水板用组合物配方：高密度聚乙烯(HDPE)：其熔体流动速率为15.0g/10min，密度为0.951g/cm3，47质量份。
茂金属乙烯-己烯共聚物：其熔体流动速率为2.0g/10min，密度为0.95g/cm3，35质量份。
乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)：其熔体流动速率为2.0g/10min，14质量份。
乙烯-辛烯共聚物(POE)：其熔体流动速率为5.0g/10min，密度为0.93g/cm3，3质量份。
防老化母料为抗氧剂4010，0.5质量份。
制备防排水板的方法包括步骤：
1)预混：将上述高密度聚乙烯、茂金属乙烯-己烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和防老化母料依次加入混合机预混合，混合温度为70℃，转速为500转/分钟，混合时间为4分钟；
2)挤出：采用双螺杆挤出机进行熔融挤出，加料段、熔融段、计量段温度分别为185℃、190℃、200℃；
3)成型；
4)冷却：采用空气冷却；
5)收卷，制备得到防排水板3#。
实施例4
防排水板用组合物配方：高密度聚乙烯(HDPE)：其熔体流动速率为8.0g/10min，密度为0.949g/cm3，49质量份。
茂金属乙烯-己烯共聚物：其熔体流动速率为0.8g/10min，密度为0.90g/cm3，40质量份。
乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)：其熔体流动速率为0.8g/10min，18质量份。
乙烯-辛烯共聚物(POE)：其熔体流动速率为1.0g/10min，密度为0.90g/cm3，5质量份。
防老化母料为抗氧剂1076，1.5质量份。
制备防排水板的方法包括步骤：
1)预混：将上述高密度聚乙烯、茂金属乙烯-己烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和防老化母料依次加入混合机预混合，混合温度为70℃，转速为600转/分钟，混合时间为2分钟；
2)挤出：采用双螺杆挤出机进行熔融挤出，加料段、熔融段、计量段温度分别为185℃、190℃、200℃；
3)成型；
4)冷却：采用空气冷却；
5)收卷，制备得到防排水板4#。
实施例5
防排水板用组合物配方：高密度聚乙烯(HDPE)：其熔体流动速率为13.0g/10min，密度为0.951g/cm3，48质量份。
茂金属乙烯-己烯共聚物：其熔体流动速率为1.6g/10min，密度为0.94g/cm3，38质量份。
乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)：其熔体流动速率为1.6g/10min，16质量份。
乙烯-辛烯共聚物(POE)：其熔体流动速率为3.5g/10min，密度为0.92g/cm3，4质量份。
防老化母料为抗氧剂1010，1.0质量份。
制备防排水板的方法包括步骤：
1)预混：将上述高密度聚乙烯、茂金属乙烯-己烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和防老化母料依次加入混合机预混合，混合温度为65℃，转速为700转/分钟，混合时间为5分钟；
2)挤出：采用双螺杆挤出机进行熔融挤出，加料段、熔融段、计量段温度分别为185℃、190℃、200℃；
3)成型；
4)冷却：采用空气冷却；
5)收卷，制备得到防排水板5#。
实施例6
防排水板用组合物配方：高密度聚乙烯(HDPE)：其熔体流动速率为15.0g/10min，密度为0.951g/cm3，50质量份。
茂金属乙烯-己烯共聚物：其熔体流动速率为2.0g/10min，密度为0.95g/cm3，40质量份。
乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)：其熔体流动速率为2.0g/10min，18质量份。
乙烯-辛烯共聚物(POE)：其熔体流动速率为5.0g/10min，密度为0.93g/cm3，5质量份。
防老化母料为抗氧剂1010，1.5质量份。
制备防排水板的方法包括步骤：
1)预混：将上述高密度聚乙烯、茂金属乙烯-己烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和防老化母料依次加入混合机预混合，混合温度为80℃，转速为800转/分钟，混合时间为1分钟；
2)挤出：采用双螺杆挤出机进行熔融挤出，加料段、熔融段、计量段温度分别为190℃、195℃、205℃；
3)成型；
4)冷却：采用空气冷却；
5)收卷，制备得到防排水板6#。
实施例7
防老化母料为抗氧剂4010，其他同实施例2。制备得到防排水板7#。
实施例8
防老化母料为抗氧剂1076，其他同实施例2。制备得到防排水板8#。
实施例9
防排水板用组合物配方：高密度聚乙烯(HDPE)：其熔体流动速率为7g/10min，密度为0.948g/cm3，35质量份。
茂金属乙烯-己烯共聚物：其熔体流动速率为0.7g/10min，密度为0.899g/cm3，30质量份。
乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)：其熔体流动速率为0.7g/10min，8质量份。
乙烯-辛烯共聚物(POE)：其熔体流动速率为0.8g/10min，密度为0.90g/cm3，2质量份。
防老化母料为抗氧剂1010，1.0质量份。
制备防排水板的方法包括步骤：
1)预混：将上述高密度聚乙烯、茂金属乙烯-己烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和防老化母料依次加入混合机预混合，混合温度为50℃，转速为300转/分钟，混合时间为5分钟；
2)挤出：采用双螺杆挤出机进行熔融挤出，加料段、熔融段、计量段温度分别为180℃、200℃、220℃；
3)成型；
4)冷却：采用空气冷却；
5)收卷，制备得到防排水板9#。
实施例10
防排水板用组合物配方：高密度聚乙烯(HDPE)：其熔体流动速率为16g/10min，密度为0.952g/cm3，55质量份。
茂金属乙烯-己烯共聚物：其熔体流动速率为2.3g/10min，密度为0.95g/cm3，42质量份。
乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)：其熔体流动速率为2.3g/10min，25质量份。
乙烯-辛烯共聚物(POE)：其熔体流动速率为7g/10min，密度为0.94g/cm3，6质量份。
防老化母料为抗氧剂1010，1.5质量份。
制备防排水板的方法包括步骤：
1)预混：将上述高密度聚乙烯、茂金属乙烯-己烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和防老化母料依次加入混合机预混合，混合温度为60℃，转速为350转/分钟，混合时间为3分钟；
2)挤出：采用双螺杆挤出机进行熔融挤出，加料段、熔融段、计量段温度分别为175℃、180℃、190℃；
3)成型；
4)冷却：采用空气冷却；
5)收卷，制备得到防排水板10#。
对比例1
防排水板用组合物配方：高密度聚乙烯，其熔体流动速率为10g/10min，密度为0.949g/cm3，20质量份。
低密度聚乙烯，其熔体流动速率为25g/10min，密度为0.918g/cm3，80质量份。
乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，其熔体流动速率为2.5g/10min，5质量份。
防老化母料为抗氧剂1010，0.3质量份。
制备防排水板的方法包括步骤：
1)预混：将上述高密度聚乙烯、茂金属乙烯-己烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和防老化母料依次加入混合机预混合，混合温度为40℃，转速为300转/分钟，混合时间为5分钟；
2)挤出：采用双螺杆挤出机进行熔融挤出，加料段、熔融段、计量段温度分别为170℃180℃、190℃；
3)成型；
4)冷却：采用空气冷却；
5)收卷，制备得到防排水板D1#。
实施例11
防排水板性能指标测定
1.抗压强度的测定：按照GB/T18173.1-2012中6.3.14的规定进行。
2.壳体高度压缩50％后外观：目测。
3.拉伸强度的测定：按照GB/T18173.1-2012中6.3.2.2测试方法进行，夹具间距50mm，结果计算如下：
TS＝F/(W·d)
其中：
TS为拉伸强度，单位为MPa；
F为最大力值，单位为N；
W为试样宽度，单位为mm；
d为试样平面部分厚度，单位为mm。
4.断裂伸长率的测定：按照GB/T18173.1-2012中6.3.2.2测试方法进行，夹具间距50mm。
5.撕裂强度的测定：按GB/T 529的规定进行，采用裤形试样,试样开口位置止于凸壳正中心。
6.刺破强度的测定：按TB/T 3360.1-2014中5.3.10的规定进行，刺平面部位和凸壳顶部。
测定结果见表1。
表1
从表1中的数据可以看出，实施例5的方案为最佳配比。
虽然本申请已经参照其优选地具体实施方式进行了描述，但是本领域的技术人员应该理解在没有脱离本申请的真正的精神和范围的情况下，可以进行的各种改变。例如，可以对本申请的主体、精神和范围进行多种改变以适应特定的情形、材料、材料组合物或方法步骤。所有的这些改变均包括在本申请明的权利要求的范围内。并且利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (10)
1.一种防排水板用组合物，其包括高密度聚乙烯、茂金属乙烯-己烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和防老化母料；
其中，所述高密度聚乙烯的熔体流动速率为8-15g/10min，密度为0.948-0.951g/cm3；
所述茂金属乙烯-己烯共聚物熔体流动速率为0.8-2g/10min，密度为0.9-0.95g/cm3；
所述乙烯-醋酸乙烯共聚物熔体流动速率为0.8-2g/10min；
所述乙烯-辛烯共聚物熔体流动速率为1-5g/10min，密度为0.9-0.93g/cm3；
高密度聚乙烯40-50质量份，茂金属乙烯-己烯共聚物32-40质量份，乙烯-醋酸乙烯共聚物10-18质量份，乙烯-辛烯共聚物2-5质量份，防老化母料0.1-1.5质量份。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述防老化母料选自牌号为抗氧剂1010、抗氧剂4010和抗氧剂1076中的至少一种。
3.一种制备防排水板的方法，包括如下步骤：
1)将如权利要求1或2所述的组合物中的各组分预混合，得到预混混合物；
2)将所述预混混合物挤出，得到挤出物；
3)将所述挤出物成型。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，所述高密度聚乙烯、茂金属乙烯-己烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和防老化母料依次加入混合机预混合。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，预混合的温度为50至80℃。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，预混合的转速为100-800转/分钟。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，预混合的转速为100-800转/分钟。
8.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，预混合的时间为1-6分钟。
9.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在步骤2)中，进行熔融挤出，所述熔融挤出分加料段、熔融段和计量段3个区段，其中加料段的温度为185±5℃，熔融段的温度为190±5℃、计量段的温度为200±5℃。
10.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤3)之后的步骤4)冷却并收卷。
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