CN110078997B - 一种矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料及其制备方法。其包括20～40wt％聚乙烯抗静电母料，1～3wt％微胶囊化包覆红磷，45～65wt％聚乙烯，3～10wt％氯化聚乙烯，3wt％十溴二苯醚，1wt％三氧化二锑，0～0.5wt％抗氧剂，0.5～1wt％白油。所述矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料可用于薄壁矿用聚乙烯管道的双抗专用料，性能完全符合MT181行业标准，特别是产品的阻燃性能得到了大大提高，完全可以用于薄壁矿用聚乙烯管道中，且材料的抗冲击性能较市场上的双抗专用料也得到了明显的提升。

Description

一种矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子领域，尤其涉及一种矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料及其制备方法。

背景技术

国内煤矿安全问题严峻，煤矿用抽放瓦斯聚乙烯管道必须符合MT181行业标准，管道的安全取决于所用双抗专用料的阻燃、导电性能的可靠。目前，市场上双抗专用料导电性能尚可，其用在厚壁管材(壁厚大于5mm)后，阻燃性能合格。但在其用于挤出薄壁管材后(壁厚≤5mm)，管材的阻燃性能无法达到MT181的阻燃要求。原因是其中添加的阻燃剂为单纯的磷系阻燃剂，磷系阻燃剂的阻燃原理是燃烧后形成一层隔绝物质，阻止物料继续燃烧。但是，对于薄壁管材，燃烧后样条容易扭曲变形(厚壁管因为样条较厚，本体强度可以支撑，料条几乎不变形)，变形过程中隔绝层受到破坏，使物料可以继续燃烧，无法达到阻燃要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种完全可以用于薄壁矿用聚乙烯管道的双抗专用料，性能完全符合MT181行业标准，特别是产品的阻燃性能得到了大大提高，完全可以用于薄壁矿用聚乙烯管道中，且材料的抗冲击性能较市场上的双抗专用料也得到了明显的提升。

为实现上述目的，本发明提供一种矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料，包括如下成分:

聚乙烯抗静电母料20～40wt％，微胶囊化包覆红磷1～3wt％，聚乙烯45～65wt％，氯化聚乙烯3～10wt％，十溴二苯醚3wt％，三氧化二锑1wt％，抗氧剂0～0.5wt％，白油0.5～1wt％。

进一步，所述聚乙烯抗静电母料中的导电炭黑含量≥30％。

进一步，微胶囊化包覆红磷为600目红磷粉末，磷含量＞85％。

进一步，所述聚乙烯为塑料管道用高密度聚乙烯，190℃/5㎏的熔指为0.2～0.4g/10min。

进一步，所述氯化聚乙烯的氯含量为35％±2％。

进一步，所述十溴二苯醚的溴含量大于80％。

进一步，所述三氧化二锑的纯度≥99.5％。

进一步，所述抗氧剂为1010、168、1098、H10中的一种或两种以上。

进一步，所述白油为市场上10#、15#、26#白油的一种。

进一步，制备方法为，

共混：将各物料按重量配比称量好，先将颗粒料加入高混机中，然后加入各种粉料助剂，高速搅拌混合2～3min，之后切换成低速运转，放料得到混合料；

造粒：将所得混合料加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，其中，熔融挤出温度控制在170～200℃。

所述聚乙烯抗静电母料中其导电炭黑含量需≥30％所述聚乙烯抗静电母料能提高材料导电性能，其中的导电炭黑,可以使炭黑分子在塑料中形成导电通路,可使材料的电阻降低至10⁶以下，从而达到导电效果。

所述微胶囊化包覆红磷为高效的磷系阻燃剂，其作用机理为红磷燃烧后可在制品表面形成磷酸或聚磷酸，在燃烧物表面形成高粘度的熔融玻璃质和致密的碳化层，炭的生成降低了从火焰到凝聚相的热传导，起到了隔绝燃烧的作用。单纯的磷系阻燃可以用于厚壁管材中，因厚壁管在检测时，样条的厚度即为管材的厚度，厚度值较大，在料条做燃烧检测时，本体强度可以支撑并使料条的燃烧部位几乎不变形扭曲，这样形成的隔绝层不易受到破坏，所以可以达到阻燃效果。但对于薄壁管材，单纯地使用磷系阻燃剂，在料条做燃烧检测时，本体强度不足以支撑，料条的燃烧部位会变形扭曲，这样形成的隔绝层受到破坏，不能达到理想的阻燃效果。

所述微胶囊化包覆红磷是600目的粉末，是红磷与氢氧化铝、膨胀性石墨等无机阻燃剂复配，制成复合型磷/镁、磷/铝、磷/石墨等非卤阻燃剂，可使用阻燃剂量大幅降低，从而改善塑料制品的加工性能和物理机械性能。普通红磷在空气中易氧化、吸湿，容易引起粉尘爆炸，运输困难，与高分子材料相溶性差等缺陷，应用范围受到了限制。为弥补这方面不足，以扩大红磷应用范围，采用了国外先进的微胶囊包覆工艺，使之成为微胶囊化红磷。微胶囊化红磷除克服了红磷固有的弊端外，并具有高效、低烟，在加工中不产生有毒气体，其分散性、物理、机械性能、热稳定性及阻燃性能均有提高和改善。此包覆红磷磷含量＞85％，若磷含量太低，则需要加大红磷的添加量来达到阻燃效果，但是红磷添加量的增加，会使产品的韧性下降，故需要采用磷含量＞85％的红磷。

所述聚乙烯为塑料管道用高密度聚乙烯，190℃/5㎏的熔指0.2～0.4g/10min。

所述氯化聚乙烯的氯含量为35％±2％，氯含量是指氯元素在氯化聚乙烯物料中的质量比。此氯含量下的氯化聚乙烯，既能起到阻燃作用，又能增加双抗专用料的韧性。通过对比例2可以看出，如果将氯化聚乙烯的含量降至0，材料的有焰燃烧时间达到了3.8秒，已经不符合标准要求。通过对比例1又可以看出，如果将氯化聚乙烯的含量增加到12％，材料的阻燃性能虽然尚可，但断裂伸长率却继续下降，此现象为氯化聚乙烯和聚乙烯基料没有完全相容所导致，发明人发现，当氯化聚乙烯的添加量为3-10wt％时效果最好。

所述十溴二苯醚和三氧化二锑为溴系阻燃剂，其中三氧化二锑为协同阻燃剂。其阻燃机理为溴系阻燃剂与热分解产物同时处于气相燃烧区，溴元素能够捕捉燃烧反应中的自由基，从而阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止。其中十溴二苯醚的溴含量大于80％。三氧化二锑的纯度≥99.5％。

本发明所述阻燃体系为磷系、溴系阻燃剂与氯系材料的组合，如果单纯的使用氯化聚乙烯、十溴二苯醚和三氧化二锑，材料的燃烧性能将出现严重降低现象(参考本文对比例3的阻燃性能,6个样条的平均有焰燃烧时间达到了8.3秒,标准要求为≤3秒)。磷系阻燃剂即微胶囊化包覆红磷的加入，使物料在燃烧时表面产生隔绝膜，有效提高了阻燃性能稳定性。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

一种矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料，包括如下成分:

聚乙烯抗静电母料20～40wt％，微胶囊化包覆红磷1～3wt％，聚乙烯45～65wt％，氯化聚乙烯3～10wt％，十溴二苯醚3wt％，三氧化二锑1wt％，抗氧剂0～0.5wt％，白油0.5～1wt％。

进一步，所述聚乙烯抗静电母料中的导电炭黑含量≥30％。

进一步，微胶囊化包覆红磷为600目红磷粉末，磷含量＞85％。

进一步，所述聚乙烯为塑料管道用高密度聚乙烯，190℃/5㎏的熔指为0.2～0.4g/10min。

进一步，所述氯化聚乙烯的氯含量为35％±2％。

进一步，所述十溴二苯醚的溴含量大于80％。

进一步，所述三氧化二锑的纯度≥99.5％。

进一步，所述抗氧剂为1010、168、1098、H10中的一种或两种以上。

进一步，所述白油为市场上10#、15#、26#白油的一种。

进一步，制备方法为，

共混：将各物料按重量配比称量好，先将颗粒料加入高混机中，然后加入各种粉料助剂，高速搅拌混合2～3min，之后切换成低速运转，放料得到混合料；

造粒：将所得混合料加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，其中，熔融挤出温度控制在170～200℃。

聚乙烯抗静电母料为市售；

十溴二苯醚及三氧化二锑均为市售常规产品；

实施例1：矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料的制备

原料：见表1

制备方法：共混：将各物料按重量配比称量好，先将颗粒料加入高混机中，然后加入各种粉料助剂，高速搅拌混合2～3min，之后切换成低速运转，放料得到混合料；

造粒：将所得混合料加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，其中，熔融挤出温度控制在170～200℃。

效果验证：见表2。

其中溶指：采用GB/T368-2000标准，单位为g/10min。

拉伸强度：GB/T1040.2-2006标准，单位为MPa。

断裂伸长率：GB/T1040.2-2006标准，单位为％。

表面电阻：MT181标准，单位为Ω。

有焰燃烧时间：MT181标准，单位为S。

表1实施例1-5和对比例1-4的用量表(wt％)

表2实施例1-5和对比例1-4的效果验证结果表

矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料在190℃/5㎏的熔指要求为0.2-0.5g/10min，拉伸强度≥15MPa，断裂伸长率≥300％，表面电阻≤1*10⁶Ω，有焰燃烧时间≤3秒。从上述表2可以看出：实施例1-5所得均满足矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料的要求。而对比例1的断裂伸长率达不到要求；对比例2-4的有焰燃烧时间均大于3秒，达不到阻燃的效果。故采用本发明技术方案所得的矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料既能达到好的阻燃效果，又达到了矿用薄壁聚乙烯管道的性能要求。

从实施例1、2、3(微胶囊化包覆红磷的添加量分别为1％、2％、3％)对比可以看出，当所述材料中红磷的添加量增加时，材料的有焰燃烧时间逐渐减少，即阻燃性能明显变好。同时，从对比例3中又可以看出当配方中不添加红磷时，材料的无焰燃烧时间达到了8.3秒，阻燃性能急速下降。如继续增加微胶囊化包覆红磷的含量至4％以上时，造粒时出现喂料螺杆下料口有红磷粉末飞扬现象，对生产安全带来隐患。

从实施例3、4、5(氯化聚乙烯添加量分别为9％、6％、3％)对比可以看出，当所述材料中加入氯化聚乙烯的添加量减少时，材料的断裂伸长率逐渐减小，韧性变差，有焰燃烧时间增加，即阻燃性能变差。通过对比例2可以看出，如果将氯化聚乙烯的含量降至0，材料的有焰燃烧时间达到了3.8秒，已经不符合标准要求。通过对比例1又可以看出，如果将氯化聚乙烯的含量增加到12％，材料的阻燃性能虽然尚可，但断裂伸长率却继续下降，此现象为氯化聚乙烯和聚乙烯基料没有完全相容所导致，发明人发现，当氯化聚乙烯的添加量为3-10wt％时效果最好。

综上所述，本发明采用磷系、溴系阻燃剂及氯系材料的复合配方，成功解决了矿用薄壁(厚度≤5mm)聚乙烯管材的阻燃难题。其原因是在磷系阻燃剂可以使料条燃烧后形成隔绝层的前提下，即使燃烧处存在变形扭曲现象，溴系及氯化物也能够捕捉燃烧反应中的自由基，从而阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止，可以说，三种阻燃体系达到了有效的配合协同作用。单纯地采用磷系、溴系配方体系或溴系、氯系材料配方体系，均不能达到理想效果。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料，其特征在于，包括如下成分:

聚乙烯抗静电母料20～40wt％，微胶囊化包覆红磷1～3wt％，聚乙烯45～65wt％，氯化聚乙烯3～10wt％，十溴二苯醚3wt％，三氧化二锑1wt％，抗氧剂0～0.5wt％，白油0.5～1wt％；所述微胶囊化包覆红磷为600目红磷粉末，磷含量＞85％。

2.根据权利要求1所述矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料，其特征在于，所述聚乙烯抗静电母料中的导电炭黑含量≥30％。

3.根据权利要求1所述矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料，其特征在于，所述聚乙烯为塑料管道用高密度聚乙烯，190℃/5㎏的熔指为0.2～0.4g/10min。

4.根据权利要求1所述矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料，其特征在于，所述氯化聚乙烯的氯含量为35％±2％。

5.根据权利要求1所述矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料，其特征在于，所述十溴二苯醚的溴含量大于80％。

6.根据权利要求1所述矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料，其特征在于，所述三氧化二锑的纯度≥99.5％。

7.根据权利要求1所述矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料，其特征在于，所述抗氧剂为1010、168、1098、H10中的一种或两种以上。

8.根据权利要求1所述矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料，其特征在于，所述白油为市场上10#、15#、26#白油的一种。

9.权利要求1所述矿用薄壁聚乙烯管道的双抗专用料，其特征在于，制备方法为，

共混：将各物料按重量配比称量好，先将颗粒料加入高混机中，然后加入各种粉料助剂，高速搅拌混合2～3min，之后切换成低速运转，放料得到混合料；

造粒：将所得混合料加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，其中，熔融挤出温度控制在170～200℃。