CN112409692A - 一种煤矿井下用阻燃抗静电聚丙烯及制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤矿井下用阻燃抗静电聚丙烯，包括聚丙烯、聚乙烯、POE、硅硼磷系复合阻燃剂、复合抗静电剂、润滑剂及其他。本发明以通过POE(乙烯—辛烯共聚物)作为界面相融剂，有利于聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)两种材料的有机结合，采用硅硼磷系复合阻燃剂与以石墨烯等复合抗静电剂，制备了阻燃抗静电聚丙烯，满足煤矿井下用管道对改性材料的物理机械及阻燃、抗静电性能等综合要求。

Description

一种煤矿井下用阻燃抗静电聚丙烯及制备方法与应用

技术领域

本发明涉及高分子化学领域，具体涉及一种煤矿井下用阻燃抗静电聚丙烯及制备方法与应用。

背景技术

我国已连续多年成为全球第一大煤炭生产国和消费国，目前生产和消费量约占全世界一半，主要用于电力、冶金、建材等重化工业。煤炭作为我国重要的基础能源和工业原料，有力地支撑了经济社会发展，2014年我国煤炭产量为38.7亿吨，煤炭为中国经济列车持续快速前行提供了源源不绝的动力。

煤矿井下用管一直沿用金属管道，作为煤矿抽水、排水和排气等。金属管道易受到其他化学介质的腐蚀。腐蚀是引起管道破裂的主要因素之一，每年进行金属管道的维护及防腐刷漆的费用及其昂贵。英国天然气公司数据统计表明，管道失效事故原因中，腐蚀占40％。含有腐蚀缺陷的管道，在运行过程中，有可能造成矿井的塌陷，水灾等危害。

近年出现的以改性聚乙烯为基本原材料生产的煤矿井下用塑料管道，部分地解决了上述的问题。这种煤矿井下用改性聚乙烯材料，具备良好的阻燃抗静电性能，而且由于改性聚乙烯材料良好的耐低温性能，同时也赋予了这种煤矿井下用改性聚乙烯材料良好的耐低温性能和低温冲击强度。但是应煤矿管道的安装要求，需要管道具备更高的跨度弯曲强度。这种改性聚乙烯管道容易弯曲变形，跨度弯曲强度小，安装运行后的管道变形严重。

目前市场上出现的阻燃抗静电改性聚丙烯所生产的煤矿井下用管，克服了改性聚乙烯管道的部分缺点，极大地提高了煤矿井下用管的跨度弯曲强度，也提高了该管道的使用温度。但这种改性聚丙烯材料所制作的管道，其阻燃抗静电性能随着时间的延长，阻燃抗静电性能下降明显；同时，这种材料耐低温性能差，当环境温度低于0℃时，产品就表现出了明细的低温脆性、冲击强度低，管道极易破裂；而且，这种材料的熔体强度低，对温度敏感、热熔粘接强度低，给生产尤其是复合管道的生产带来较大的困难，同时也给该产品的运输和使用带来极大的使用风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿井下用阻燃抗静电聚丙烯及其制备方法与用途。本发明以通过POE(乙烯—辛烯共聚物)作为界面相融剂，有利于聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)两种材料的有机结合，采用硅硼磷系复合阻燃剂与以石墨烯等复合抗静电剂，制备了阻燃抗静电聚丙烯，满足煤矿井下用管道对改性材料的物理机械及抗静电性等综合性能。

即本发明的主要目的在于提供一种煤矿井下用阻燃抗静电聚丙烯，包括按重量百分比计以下组分：

聚丙烯 55～75％

聚乙烯 2～20％

POE 2％～8％

硅硼磷系复合阻燃剂 4％～20％

复合抗静电剂 3％～12％

润滑剂 0.2～1％

其他 0.2％～1％。

根据本发明的一些实施方式，所述阻燃抗静电聚丙烯中组分至少包括POSS、硼酸锌、红磷的一种或几种。

根据本发明的一些实施方式，所述硅硼磷系复合阻燃剂包括以重量计如下组分：

POSS 0～2％

硼酸锌 0～8％

红磷 0～10％。

根据本发明的一些实施方式，所述复合抗静电剂包括石墨烯、碳纳米管、炭黑的一种或几种。

根据本发明的一些实施方式，所述复合抗静电剂包括以重量计如下组分：

石墨烯 0～6％

碳纳米管 0～6％

炭黑 0～6％。

本发明的另一目的在于提供上述阻燃抗静电聚丙烯的制备方法，包括以下步骤：

1)将所述阻燃抗静电聚丙烯各个组分预处理；

2)聚丙烯/POE的预共混：将预处理的聚乙烯与POE混合后先在双螺杆挤出机塑料挤出机中进行预共混处理，以使POE与聚乙烯混合均匀，实现POE材料对聚乙烯材料的包覆，为后期该预混料与聚丙烯材料更好地融合创造条件；

3)将上述组分按配比混合搅拌，加入到塑料挤出机中，共混挤出、造粒、干燥，即得阻燃抗静电聚丙烯。

根据本发明的一些实施方式，所述预处理包括干燥各个组分。在本发明的一些更具体的实施方式，所述聚乙烯、聚丙烯与POE的干燥包括真空干燥；在本发明的一些更具体的实施方式，所述真空干燥包括在温度70-80℃、时间3-4小时真空干燥。

根据本发明的一些实施方式，所述预处理包括在红磷里加入表面活性剂、接枝聚烯烃进行活化及包覆，达到与其它原材料相混合直接使用的目的；或者将预处理的红磷与聚乙烯或聚丙烯相混合，造粒成为红磷母粒。

根据本发明的一些实施方式，所述步骤3)塑料挤出机包括双螺杆挤出机；优选地所述双螺杆挤出机挤出温度为180-240℃、挤出速度为10—40转/min。

本发明的再一目的为提供所述的阻燃抗静电聚丙烯在煤矿井下管道或线路中的应用。

与现有技术相比，本发明的阻燃抗静电聚丙烯至少有以下优点：

1)发明人发现：本发明改性聚烯烃材料的制备，优选保证各种原材料的干燥，以避免影响到各种材料的性能，尤其会降低改性材料的强度。另外，发明人发现过量的水分会在高温条件下的产生水蒸汽，从而使得产品发泡，直接影响了产品的质量和外观。通过如真空干燥的方法，既可以去除聚烯烃材料中不必要的水分，还能保证在水分除湿过程中避免因高温产生水蒸气，导致性能劣化。而除聚烯烃与红磷之外材料，例如硼酸锌、石墨烯、碳纳米管、炭黑等可以使用通常方法干燥。其次，除预处理干燥之外，在聚合及制备阻燃抗静电聚丙烯过程中优选保持材料的干燥。

2)和普通的阻燃抗静电聚乙烯或聚丙烯材料相比，本发明煤矿井下用阻燃抗静电聚丙烯，规避了上述阻燃抗静电聚乙烯和聚丙烯改性材料的缺点，充分利用材料互补的优势性能，克服了聚乙烯材料跨度弯曲强度低和聚丙烯材料耐低温性能差、冲击强度低的缺点；有效利用聚乙烯材料优良的耐低温、抗冲击性能和聚丙烯材料具备的高强度、高刚性、高跨度弯曲强度的特点。本发明通过相融剂的相互作用，达到两种材料的有机结合；同时，本发明改性聚烯烃材料也降低了改性聚丙烯材料对温度的敏感性、熔体强度提高，有效的避免了复合管道粘接封口脱离的风险。

3)本发明煤矿井下用阻燃抗静电聚丙烯，还充分利用了煤化工聚乙烯、聚丙烯等材料的优势，从而满足煤矿井下用阻燃抗静电聚丙烯管道对改性材料的物理机械性能及价格方面的要求。

4)更重要的是，本发明煤矿井下用阻燃抗静电聚丙烯，以POSS、硼酸锌、红磷的单组份或组合作为阻燃剂，为材料提供持久优良的阻燃性能；以石墨烯、碳纳米管、炭黑的单组份或组合作为抗静电剂，为改性聚烯烃材料提供稳定的、不受外在形变影响的抗静电性能。

本发明煤矿井下用阻燃抗静电聚丙烯，无溶剂、无污染、无毒、无味，属环保型化学产品。本发明的煤矿井下用阻燃抗静电聚丙烯制备方法简单，反应过程容易控制、操作简单，易于大规模生产，因而具有较好的应用前景。

对原材料的要求如下

以下结合实施例对本发明进行进一步的说明，应该指出的是，本发明内容包括但不限于以下实施例。

(1)原材料的除湿和干燥

对PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)或POE(乙烯—辛烯共聚物)颗粒来说，使用真空除湿，温度在70-80℃，时间在3-4小时；除红磷外，其它材料可以使用热烘箱除湿。

(2)原料的称量和配比

按照如下表1所列配方，准确称取各种原料待用。值得注意的是所称取出的各种原材料需要继续保持干燥。

(3)部分原材料的预处理

a.红磷的预处理

根据文中已述方法对红磷进行预处理。

b.PE/POE的预共混

将表1配方中PE与POE材料混合后先在双螺杆挤出机中进行预共混处理，让POE与PE混合均匀，充分实现POE材料对PE材料的包覆，为后期该预混料与配方中更多的PP材料更好地融合创造条件。

(4)煤矿井下用阻燃抗静电聚丙烯的搅拌混合造粒干燥

a.原材料的配混

将预处理的原材料和其它的各种材料，按照表1配方中的质量份数(预处理材料需转换计算质量份数)要求，称量并置于搅拌容器中，在混合机中搅拌均匀待用。原料在搅拌过程中注意防潮，物料常温搅拌均匀即可。

b.煤矿井下用阻燃抗静电聚丙烯的制备工艺

将搅拌均匀的混合物料，加入到双螺杆挤出机中，在一定的挤出温度(180-240℃)和挤出速度(螺杆转速：10—40转/min)的条件下，通过双螺杆挤出机的剪切、共混挤出、冷却、切粒、干燥等，实现本发明阻燃抗静电聚丙烯材料的制备工艺。

本发明实施例

实施例1—例5的具体配方及所制备产品的各项性能指标如下表所示

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种阻燃抗静电聚丙烯，包括按重量百分比计以下组分：

聚丙烯 55～75％

聚乙烯 2～20％

POE 2％～8％

硅硼磷系复合阻燃剂 4％～20％

复合抗静电剂 3％～12％

润滑剂 0.2～1％

其他 0.2％～1％。

2.根据权利要求1所述的阻燃抗静电聚丙烯，其特征在于，所述硅硼磷系复合阻燃剂包括POSS、硼酸锌、红磷的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的阻燃抗静电聚丙烯，其特征在于，所述硅硼磷系复合阻燃剂包括以重量计如下组分：

POSS 0～2％

硼酸锌 0～8％

红磷 0～10％。

4.根据权利要求1所述的阻燃抗静电聚丙烯，其特征在于，所述复合抗静电剂包括石墨烯、碳纳米管、炭黑的一种或几种。

5.根据权利要求4所述的阻燃抗静电聚丙烯，其特征在于，所述复合抗静电剂包括以重量计如下组分：

石墨烯 0～6％

碳纳米管 0～6％

炭黑 0～6％。

6.一种如权利要求1～5任一项所述的阻燃抗静电聚丙烯的制备方法，包括以下步骤：

1)将所述阻燃抗静电聚丙烯各个组分预处理；

2)聚乙烯与POE的预共混：将预处理的聚乙烯与POE混合后先在塑料挤出机中进行预共混处理，以使POE与聚丙烯混合均匀与均匀包覆；

3)将上述组分按配比混合搅拌，加入到塑料挤出机中，共混挤出、造粒、干燥，即得阻燃抗静电聚丙烯。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预处理包括在混合、聚合之前的干燥各个组分的步骤。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预处理包括在混合、聚合之前真空干燥所述聚乙烯、聚丙烯与POE的步骤，优选地所述真空干燥包括在温度70-80℃、时间3-4小时下进行真空干燥。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤3)塑料挤出机包括双螺杆挤出机；优选地所述双螺杆挤出机挤出温度为180-240℃、挤出速度为10—40转/min。

10.如权利要求1～5任一项所述的阻燃抗静电聚丙烯在煤矿井下管道或线路中的应用。