CN101775170A - 抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯管材专用料的制备方法 - Google Patents
抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯管材专用料的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯管材专用料的制备方法，按重量份计，将100份超高分子量聚乙烯、5～15份导电材料、1～15份聚磷酸铵、0.1～10份聚硅氧烷、1～10份纳米阻燃剂、1～10份聚合物界面桥粘剂、1～10份分散剂以及0.5～4份抗氧剂混合均匀，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出成型管材，挤出熔体温度控制在180～250℃。本发明方法在提高抗静电性和阻燃性的同时，还保持了超高分子量聚乙烯特有的优异力学性能，管材的拉伸强度＞25MPa，断裂伸长率＞400％，悬臂梁冲击强度为不断。
Description
技术领域：
本发明属于聚合物技术领域，涉及一种抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯管材专用料的制备方法。
背景技术：
煤矿迫切需要无卤阻燃抗静电的高性能新型材料。多年来，煤矿井下重大瓦斯***等事故长期困扰我国煤炭行业，主要是由于煤矿井下瓦斯管等一直采用钢管或铸铁管，存在着质量重、易腐蚀、易结垢、维修保养费用高、搬运安装困难等致命弱点。尽管后来发展到部分矿井采用玻璃钢管和聚氯乙烯(PVC)管，但这两种材料仍然存在着许多缺点。例如玻璃钢管质量重、易老化，使用维修不方便；PVC管受承压易老化脆裂、韧性差，容易造成井下事故的发生。而力学性能优异的抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯(UHMWPE)管材可以弥补这些缺点不足，同时它还具有密度较轻、成本低的优势，是理想的改善替代材料。
超高分子量聚乙烯是粘均分子量大于150万的聚乙烯(PE)，是一种新型热塑性工程塑料，它极高的分子量、高度缠绕的链段结构赋予其优异的力学性能。超高分子量聚乙烯的抗冲击性能居塑料之首，耐低温、在-80℃仍能保持韧性，耐腐蚀，耐磨损且自润滑性能优异。该材料在石油化工、冶金选矿、生物医学、微电子机械、海洋工程等高新技术领域得到研究和应用。矿山是超高分子量聚乙烯烯原料用量最大的行业。
针对超高分子量聚乙烯的阻燃改性主要是有卤阻燃和无卤阻燃两大类。有卤阻燃剂虽然能有效提高超高分子量聚乙烯的阻燃性，但与高熔体粘度的超高分子量聚乙烯基体不相容，在挤出成型过程中容易析出聚集在管材表面而堵塞挤出口模，燃烧时还会产生有毒气体。传统对超高分子量聚乙烯的阻燃效果不明显，无法在受热情况下配合超高分子量聚乙烯形成一层能有效地隔绝热量传递的膨松多孔的炭层屏障。同时与超高分子量聚乙烯的相容性不好、也容易分相析出于材料表面。
另外，超高分子量聚乙烯的阻燃改性及应用研究不仅要考虑阻燃问题，而且必需要兼顾大添加量阻燃剂对本身已很难加工的超高分子量聚乙烯的流动性、机械性能大幅度下降问题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯管材专用料的制备方法，该方法制备的超高分子量聚乙烯管材，在提高抗静电性和阻燃性的同时，还保持超高分子量聚乙烯特有的优异力学性能，即管材的拉伸强度大于25MPa，断裂伸长率大于400％，悬臂梁冲击强度为不断。
本发明方法是通过以下技术方案实现的。本发明的一种抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯管材专用料的制备方法，是按重量份计，将100份超高分子量聚乙烯、5～15份导电材料、1～15份聚磷酸铵、0.1～10份聚硅氧烷、1～10份纳米阻燃剂、1～10份聚合物界面桥粘剂、1～8份分散剂以及0.5～4份抗氧剂高速混合均匀，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出成型管材，挤出时混合物熔体的温度控制在180℃～250℃。
所述的超高分子量聚乙烯是粘均分子量为150万～600万的超高分子量聚乙烯。
所述的导电材料选自炭黑、石墨和铜粉中的一种或一种以上的混合物。
所述的聚磷酸铵是晶体结构为II型的聚磷酸铵。
所述的聚硅氧烷选自聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷和线性硅氧烷-乙炔共聚物中的一种或一种以上的混合物。
所述的纳米阻燃剂选自二氧化硅、滑石粉和氢氧化镁中的一种或一种以上的混合物，所述的纳米阻燃剂的粒径是10～100纳米。
所述的聚合物界面桥粘剂选自聚乙烯和马来酸酐接枝共聚物、聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物和聚乙烯和丙烯酰胺接枝共聚物中的一种或一种以上的混合物。
所述的分散剂选自聚乙烯蜡、石蜡、硅油或和白油中的一种或一种以上的混合物。
所述的抗氧剂是抗氧剂2246或抗氧剂1010。
本发明有别于传统的无卤膨胀阻燃剂，采用纳米阻燃剂协助磷系和硅氧烷系阻燃剂阻燃超高分子量聚乙烯，纳米粒子充分分散在炭化层中起着骨架的作用，使生成的炭化层具有较好的刚性与强度，对新生炭中孔洞和裂缝起封闭作用，减少炭层裂纹和沟槽，提高炭层的质量。
纳米阻燃剂在以下三个方面具有不同于普通阻燃剂的特殊的阻燃性能。一是多相抑制作用，随着粒径的减小，比表面积的增大，阻燃颗粒与外界接触的面积增加，为反应区产生的自由基提供了更多进行复合的“场所”，有效地减少了自由基，达到了抑制链反应的目的。二是均相抑制作用，是指充分分散的纳米阻燃剂在火焰中均匀分解、气化、产生游离基，进入气相，在短时间内与燃烧物产生的游离基充分作用而终止反应链。三是吸热灭火机理，由于纳米颗粒较普通尺寸颗粒低，可在火灾初期吸收大量的热能使燃烧反应链不能持续下去而灭火。
抗静电剂只能使超高分子量聚乙烯的表面电阻略有下降，添加大量的无机导电材料可以使超高分子量聚乙烯的表面电阻下降明显，但同时造成材料的可加工性和机械性能急剧恶化。本发明采用聚合物桥粘剂增容超高分子量聚乙烯导电材料体系，使超高分子量聚乙烯基体与导电材料界面结合牢固，在只添加少量导电材料的情况下，就能在超高分子量聚乙烯基体中形成双导电网络。
与现有技术相比，本发明方法具有以下优点：
1、本发明有别于有卤阻燃剂、传统的无卤膨胀阻燃剂，采用纳米阻燃剂协助磷系和硅氧烷系阻燃剂阻燃超高分子量聚乙烯，纳米粒子充分分散在炭化层中起着骨架的作用，使生成的炭化层具有较好的刚性与强度，对新生炭中孔洞和裂缝起封闭作用。解决了有卤阻燃剂、传统的无卤膨胀阻燃剂与高熔体粘度的超高分子量聚乙烯基体不相容，在挤出成型过程中容易析出聚集在管材表面而堵塞挤出口模等问题。
2、本发明采用聚合物桥粘剂增容超高分子量聚乙烯/导电材料体系，使超高分子量聚乙烯基体与导电材料界面结合牢固，在只添加少量导电材料的情况下，就能在超高分子量聚乙烯基体中形成双导电网络。
3、本发明制备的超高分子量聚乙烯管材，在提高抗静电性和阻燃性的同时，还保持超高分子量聚乙烯特有的优异力学性能，即管材的拉伸强度大于25MPa，断裂伸长率大于400％，悬臂梁冲击强度为不断。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明加以说明，但实施例不是对本发明的限制。
实施例1
按重量份计，将100份粘均分子量150万超高分子量聚乙烯、5份炭黑、10份聚磷酸铵、5份聚二甲基苯基硅氧烷、6份纳米氢氧化镁、2份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、1份硅油以及0.5份抗氧剂2246高速混合均匀，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出成型管材，挤出熔体温度控制在180℃。管材的各项性能指标见表1。
实施例2
按重量份计，将100份粘均分子量150万超高分子量聚乙烯、2份炭黑、9份石墨、8份聚磷酸铵、2份线性硅氧烷-乙炔共聚物、4份纳米氢氧化镁、8份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、1份硅油、5份聚乙烯蜡和1.5份抗氧剂2246高速混合均匀，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出成型管材，挤出熔体温度控制在190℃。管材的各项性能指标见表1。
实施例3
按重量份计，将100份粘均分子量150万超高分子量聚乙烯、1份炭黑、5份铜粉、15份聚磷酸铵、0.1份线性硅氧烷-乙炔共聚物、1份纳米二氧化硅、1份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、1份硅油和1.5份抗氧剂2246高速混合均匀，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出成型管材，挤出熔体温度控制在190℃。管材的各项性能指标见表1。
实施例4
按重量份计，将100份粘均分子量250万超高分子量聚乙烯、6份炭黑、5份聚磷酸铵、8份聚二甲基硅氧烷、10份纳米滑石粉、5份聚乙烯和马来酸酐接枝共聚物、1份白油、4份石蜡以及1.5份抗氧剂1010高速混合均匀，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出成型管材，挤出熔体温度控制在200℃。管材的各项性能指标见表1。
实施例5
按重量份计，将100份粘均分子量250万超高分子量聚乙烯、15份石墨、1份聚磷酸铵、10份聚甲基苯基硅氧烷、2份纳米二氧化硅、10份聚乙烯和马来酸酐接枝共聚物、8份聚乙烯蜡以及2.5份抗氧剂1010高速混合均匀，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出成型管材，挤出熔体温度控制在220℃。管材的各项性能指标见表1。
实施例6
按重量份计，将100份粘均分子量350万超高分子量聚乙烯、4份炭黑、7份石墨、6份聚磷酸铵、3份聚甲基苯基硅氧烷、1份纳米二氧化硅、5份聚乙烯和丙烯酰胺接枝共聚物、5份石蜡以及3.5份抗氧剂2246高速混合均匀，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出成型管材，挤出熔体温度控制在230℃。管材的各项性能指标见表1。
实施例7
按重量份计，将100份粘均分子量350万超高分子量聚乙烯、7份炭黑、3份聚磷酸铵、5份聚二甲基苯基硅氧烷、6份纳米氢氧化镁、8份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、5份聚乙烯蜡以及3.5份抗氧剂1010高速混合均匀，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出成型管材，挤出熔体温度控制在230℃。管材的各项性能指标见表1。
实施例8
按重量份计，将100份粘均分子量400万超高分子量聚乙烯、4份炭黑、3份石墨、5份聚磷酸铵、3份聚二甲基苯基硅氧烷、1份纳米二氧化硅、5份纳米纳米滑石粉、5份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、7份聚乙烯蜡以及4份抗氧剂1010高速混合均匀，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出成型管材，挤出熔体温度控制在240℃。管材的各项性能指标见表1。
实施例9
按重量份计，将100份粘均分子量500万超高分子量聚乙烯、5份炭黑、1份铜粉、6份聚磷酸铵、5份聚二甲基苯基硅氧烷、5份纳米纳米滑石粉、8份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、8份聚乙烯蜡以及4份抗氧剂1010高速混合均匀，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出成型管材，挤出熔体温度控制在240℃。管材的各项性能指标见表1。
实施例10
按重量份计，将100份粘均分子量600万超高分子量聚乙烯、5份炭黑、1份铜粉、7份聚磷酸铵、5份聚二甲基苯基硅氧烷、2份纳米二氧化硅、5份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、5份聚乙烯蜡以及4份抗氧剂1010高速混合均匀，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出成型管材，挤出熔体温度控制在250℃。管材的各项性能指标见表1。
Claims (9)
1.一种抗静电无卤阻燃超高分子量聚乙烯管材专用料的制备方法，其特征在于，该方法按重量份计，将100份超高分子量聚乙烯、5～25份导电材料、4～20份聚磷酸铵、0.1～10份聚硅氧烷、1～20份纳米阻燃剂、1～10份聚合物界面桥粘剂、1～10份分散剂以及0.5～5份抗氧剂混合均匀，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出成型管材，挤出时混合物熔体温度控制在180～250℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯是粘均分子量为150万～600万的超高分子量聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的导电材料选自炭黑、石墨和铜粉中的一种或一种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的聚磷酸铵是晶体结构为II型的聚磷酸铵。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的聚硅氧烷选自聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷和线性硅氧烷-乙炔共聚物中的一种或一种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的纳米阻燃剂选自二氧化硅、滑石粉和氢氧化镁中的一种或一种以上的混合物，所述的纳米阻燃剂的粒径是10～100纳米。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的聚合物界面桥粘剂选自聚乙烯和马来酸酐接枝共聚物、聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物和聚乙烯和丙烯酰胺接枝共聚物中的一种或一种以上的混合物。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的分散剂选自聚乙烯蜡、石蜡、硅油和白油中的一种或一种以上的混合物。
9.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述的抗氧剂是抗氧剂2246或抗氧剂1010。
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