專利名稱：一種環(huán)保阻燃抗靜電聚乙烯管道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種環(huán)保阻燃抗靜電聚こ烯管道，尤其涉及ー種用于輸送煤氣等易燃氣體的環(huán)保阻燃抗靜電聚こ烯管道。
背景技術(shù)：
聚こ烯管道是最常見的管道之一，其具有低溫抗沖擊性、耐化學(xué)腐蝕、耐磨等優(yōu)點，在給水、排水、供熱、供燃氣、農(nóng)業(yè)灌溉、水利工程及各種エ業(yè)裝置中都得到廣泛應(yīng)用。聚こ烯(Polyethylene,簡稱PE)是指由こ烯單體自由基聚合而成的聚合物,是產(chǎn)量最大的通用塑料之一，是ー種質(zhì)輕、無毒、具有較好的機械強度、優(yōu)良的電絕緣性和耐化學(xué)腐蝕性能的熱塑性塑料。并且成型加工方便，廣泛應(yīng)用于電線電纜、化工、食品、包裝、機械、電子通訊、家庭裝飾及土木建筑等行業(yè)，其需求量正逐年上升。聚こ烯主要分解產(chǎn)物有こ烷、こ烯、丙烷、丙烯、丁烯、戊烯、1-丁烯、己烷等，其形成的降解產(chǎn)物同分子間鏈轉(zhuǎn)移的路線有關(guān)。降解過程在受到氧的影響下，降解產(chǎn)物主要有丙醛、戊烯、正戊烷、丁醛、戊醛等。燃燒過程發(fā)現(xiàn)的熱降解產(chǎn)物主要有戊烯、丁醛、1-己烯、正己烷、苯、戊醛等。聚乙烯為易燃聚合物，氧指數(shù)為17 18%，燃燒熱值在聚合物材料中屬于較高者，為45. 9 MJ/kg，用錐形量熱儀測定的熱釋放速率也比較高，聚こ烯是こ烯単體通過加成聚合反應(yīng)合成的聚合物，在分子結(jié)構(gòu)中只有碳、氫兩種元素。聚こ烯大約在335講50°C之間分解。在無氧條件下，熱穩(wěn)定性比較高。在惰性氣氛中，聚こ烯在202°C下發(fā)生交聯(lián)，在292°C時分子量開始下降，出現(xiàn)降解，但在372°C之前不會發(fā)生顯著的分解。聚こ烯的熱降解反應(yīng)是無規(guī)斷鏈及分子內(nèi)和分子間轉(zhuǎn)移反應(yīng)，高溫受熱降解 成低分子量物質(zhì)，極易傳播火焰，引發(fā)火災(zāi)。我國僅由于電線電纜引起的火災(zāi)損失，每年達50多億元人民幣，這就使聚烯烴在許多領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。隨著現(xiàn)代阻燃技術(shù)的進一步發(fā)展，越來越多的阻燃劑出現(xiàn)在阻燃領(lǐng)域中，為社會的安全與發(fā)展做出了巨大貢獻?，F(xiàn)在人們在聚烯烴中常用的阻燃劑有兩種ー種是反應(yīng)型阻燃劑；另ー種是添加型阻燃劑。反應(yīng)型阻燃劑是通過將ー些含有阻燃元素的單體參與聚合反應(yīng)，使聚合物的主鏈或側(cè)鏈中帶有阻燃元素，起到阻燃的效果。反應(yīng)型阻燃劑主要有鹵代酚類、鹵代酸酐類、鹵代醇類、南代酷，南代醚類。添加型阻燃劑是指以物理分散狀態(tài)同高分子材料進行共混發(fā)揮阻燃作用的阻燃劑。鹵系阻燃劑以其添加量少，阻燃效果顯著而最為常用，在20世紀70-80年代呈經(jīng)歷了發(fā)展的黃金時代。雖然其用量呈逐漸下降的趨勢，但目前其產(chǎn)量和用量仍是世界上較大的阻燃劑品種。鹵系阻燃劑主要有氯系阻燃劑和溴系阻燃劑兩大類。氯系阻燃劑常用的品種有氯化石蠟、氯化聚こ烯、四氯鄰苯ニ甲酸配、四氯雙酚A、六氯環(huán)戊ニ烯及其衍生物等。氯系阻燃劑的阻燃效果不及溴系阻燃劑，這同C-Cl鍵的鍵能比C-Br鍵的鍵能大，不易產(chǎn)生氯游離基有夫。因而，在鹵系阻燃劑中，溴系阻燃劑是絕對主流。溴系阻燃劑從分子結(jié)構(gòu)分可以分為芳香族、脂肪族、脂環(huán)族及混合型四種。從化合物結(jié)構(gòu)上可將其分為溴代ニ苯醚類、四溴雙酚A類、溴代多元醇類、溴代鄰苯ニ甲酸酐類，以及其它各種新型的溟系阻燃劑，常用的溴系阻燃劑主要有十溴聯(lián)苯醚(DBDPO)、雙(四溴鄰苯ニ甲酰)乙烷等。然而，雖然鹵系阻燃劑具有較好的阻燃效果，但是燃燒時放出大量的有毒氣體，產(chǎn)生大量的有毒煙霧，對人體有較大的危害，自1986年出現(xiàn)的Dioxin問題以來，鹵系阻燃劑尤其是溴系阻燃劑面臨著巨大的環(huán)保壓力。反應(yīng)型阻燃劑由于其通過聚合反應(yīng)使具有阻燃功能的結(jié)構(gòu)單元通過化學(xué)鍵連接到高分子上，因此其阻燃效果持久，而且對材料的物理力學(xué)性能影響較小，但是因為技術(shù)和價格的問題，使其推廣和應(yīng)用受到了很大限制。與反應(yīng)型阻燃劑相比，添加型阻然劑使用方便、價格低廉，因而是目前實現(xiàn)聚こ烯阻燃的常用方法，常用于聚こ烯阻燃改性的添加型阻燃劑有鹵系阻燃劑、無鹵阻燃劑和復(fù)合阻燃體系等。無鹵阻燃劑主要包括以下幾類
(I)水合氫氧化物
目前獲得主要應(yīng)用的是Mg (OH) 2和Al (OH) 3兩種。水合氫氧化物因其不產(chǎn)生二次污染、熱穩(wěn)定性好、同其它阻燃劑協(xié)同效應(yīng)好、無毒、無腐蝕、不揮發(fā)、不產(chǎn)生有毒氣體、價格低、來源廣泛，被譽為無公害阻燃劑 ，是集阻燃、抑煙、填充三大功能為一體的阻燃劑。然而，無機阻燃劑添加量大影響物理機械性能，氫氧化鎂添加量往往需要達到50 %以上才能達到良好的阻燃效果，而大量添加Mg(OH)2和Al (OH)3會使聚こ烯力學(xué)性能和加工性能明顯下降。(2)磷系阻燃劑
磷系阻燃劑以紅磷為代表，紅磷系紅色至紫紅色粉末，因其僅含磷元素，所以同其它磷化合物相比，紅磷的阻燃效率要高。含8%紅磷的HDPE其阻燃級別就可以達到UL-94 V-O級。然而紅磷也存在同聚こ烯樹脂的相容性差、易吸濕、顔色太深等不足。(3)膨脹性阻燃劑
膨脹性阻燃劑并不是單ー的阻燃劑品種，而是以磷、氮、碳為主要成分的無鹵復(fù)合阻燃體系，它不含鹵素，也不采用Sb2O3作協(xié)效劑，其體系內(nèi)自身具有協(xié)同作用。由于此類阻燃劑在受熱時會膨脹發(fā)泡，所以稱為膨脹性阻燃劑。含有膨脹性阻燃劑的塑料在燃燒時表面會生成炭質(zhì)泡沫，起到隔熱、隔氧、抑煙、防融滴等功效，具有優(yōu)良的阻燃性能，又具有無鹵、低煙、低毒、防滴落和無腐蝕性氣體等優(yōu)點。膨脹性阻燃劑一般由三部分組成酸源、炭源、氣源。具體三組分如下①酸源又稱為脫水劑、催化劑或炭化促進劑。一般為無機酸或無機酸化合物，可與樹脂作用，促進炭化物的生成。具體品種有磷酸、硫酸、硼酸、磷酸錢鹽、磷酸醋、磷酸鹽及聚磷酸胺等，以聚磷酸胺最為常用。②炭源，又稱為成炭劑。主要為ー些含碳量較高的多輕基化合物或碳水化合物，如樹脂本身、淀粉、季戊四醇及其ニ聚體和三聚體等。③氣源，又稱為發(fā)泡劑，可釋放出惰性氣體。為含氮類化合物，如胺類和酞胺類，具體有尿素、三聚佩胺、雙氰胺、聚磷酸胺、聚氨酷、聚服樹脂等。氮類化合物除起到發(fā)泡作用外，對炭化層的形成也有促進作用。然而，這些阻燃劑存在吸潮性、燃燒分解過程不易獲得閉孔炭層而阻燃效果不佳的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)保阻燃抗靜電聚こ烯管道，在保持聚こ烯樹脂原有性能的基礎(chǔ)上具有良好的阻燃性能并且不產(chǎn)生有毒氣體。本發(fā)明的為實現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案是
一種環(huán)保阻燃抗靜電聚こ烯管道，由以下重量份計的原料組成
高密度聚こ烯樹脂97 103重量份，
Mg(OH)231 39重量份，
苯氧基聚磷腈弾性體 35 42重量份，
納米級碳酸鈣37 40重量份，
納米級炭黑61重量份，
硅烷偶聯(lián)劑KH-5705^7重量份，
季戊四醇硬脂酸胺廣1. 3重量份，
抗氧劑7360. 8 1重量份，
抗氧劑1680. 6 0. 9重量份。其制備方法如下
1)按照上述組分配比準確稱量各組分，然后充分干燥；
2)先取30 50重量份的高密度聚こ烯樹脂、12 20重量份的苯氧基聚磷腈弾性體、
0.4^0. 6重量份的季戊四醇硬脂酸胺、0. 2^0. 4重量份的抗氧劑736、0. 2^0. 3重量份的抗氧劑168加入高速混合機中混合，混合時間2-3分鐘，然后在130°C 150°C于密煉機中密煉15 20分鐘，取出破碎得到含苯氧基聚磷腈的聚こ烯母粒；
3)按比例將步驟2)制得的含苯氧基聚磷腈的聚こ烯母粒、連同Mg(0H)2、納米級碳酸鈣、納米級炭黑、硅烷偶聯(lián)劑KH-570以及剩余的高密度聚こ烯樹脂、季戊四醇硬脂酸胺和抗氧劑736、抗氧劑168加入高速混合機中混合,混合時間4-6分鐘，出料備用；
4)將步驟3)混合均勻的材料在雙螺桿擠出機中在145°C 165°C條件下擠出造粒；
5)將步驟4)造粒后的物料經(jīng)干燥處理后，再在聚こ烯管材生產(chǎn)線上經(jīng)過成型機擠出——定徑——牽引——冷卻定型——切割的步驟制成管材。本發(fā)明的阻燃抗靜電聚こ烯管道，在其中加入了納米級炭黑提高其抗靜電效果，同時加入苯氧基聚磷腈弾性體改善聚こ烯的阻燃性能，苯氧基聚磷腈弾性體含有較高含量的磷元素，高溫下會生成磷酸、偏磷酸等強酸，促進有機物脫水成炭；氮元素高溫下會生成氮氣稀釋并阻隔氧氣；苯環(huán)則提供大量的炭，彌補聚こ烯燃燒分解過程成炭量不足的問題。納米級Mg(OH)2作為協(xié)效劑，利用其抑煙、降溫的功能進ー步提高聚こ烯的阻燃性能。納米級碳酸鈣能夠有效提高材料的力學(xué)性能和阻燃性能。通過以上各組分的配合和協(xié)同作用，起到了極好的阻燃效果。經(jīng)過力學(xué)性能測試和燃燒性能測試，本發(fā)明的阻燃抗靜電聚こ烯管道阻燃劑阻燃效率高，添加量小，燃燒不產(chǎn)生熔滴且發(fā)煙量小，不產(chǎn)生有害氣體，并且在阻燃的同時綜合力學(xué)性能良好。


圖1為本發(fā)明的環(huán)保阻燃抗靜電聚こ烯管道的示意圖。
具體實施方式
以下實施例詳細說明了本發(fā)明。本發(fā)明所使用的各種原料及各項設(shè)備均為常規(guī)市售產(chǎn)品，均能夠通過市場購買直接獲得。實施例1
按如下步驟制備環(huán)保阻燃抗靜電聚こ烯管道
1)按照如下組分配比準確稱量各組分，然后充分干燥；
高密度聚こ烯樹脂97重量份，
Mg(OH)239 重量份，
苯氧基聚磷腈弾性體 35重量份，
納米級碳酸鈣37重量份，
納米級炭黑6重量份，
硅烷偶聯(lián)劑KH-5705重量份，
季戊四醇硬脂酸胺I重量份， 抗氧劑7360.8重量份，
抗氧劑1680. 6重量份，
其制備方法如下
2)先取30重量份的高密度聚こ烯樹脂、12重量份的苯氧基聚磷腈弾性體、0.4重量份的季戊四醇硬脂酸胺、0. 2重量份的抗氧劑736、0. 2重量份的抗氧劑168加入GH-10A型高速混合機中混合，混合時間2分鐘，然后在130°C于密煉機中密煉15分鐘，取出破碎得到含苯氧基聚磷腈的聚こ烯母粒；
3)按比例將步驟2)制得的含苯氧基聚磷腈的聚こ烯母粒、連同Mg(0H)2、納米級碳酸鈣、納米級炭黑、硅烷偶聯(lián)劑KH-570以及剩余的高密度聚こ烯樹脂、季戊四醇硬脂酸胺和抗氧劑736、抗氧劑168加入GH-10A型高速混合機中混合，混合時間4分鐘，出料備用；
4)將步驟3)混合均勻的材料由SHJ-36型平行雙螺桿混煉擠出機進行熔融混煉擠出造粒，熔融混煉的溫度如下第一區(qū)145°C，第二區(qū)150°C，第三區(qū)155°C，第四區(qū)160°C，第五區(qū)165°C，第六區(qū)155°C，第七區(qū)150°C，第八區(qū)145°C，機頭ロ模145°C ;螺桿轉(zhuǎn)速為300r/min ；喂料螺桿轉(zhuǎn)速為24r/min。 5 )將步驟4 )造粒后的物料經(jīng)干燥處理后，再在聚こ烯管材生產(chǎn)線上經(jīng)過成型機擠出——定徑——牽引——冷卻定型——切割的步驟制成管材。該步驟是常規(guī)的聚こ烯管材生產(chǎn)程序，不再詳細贅述。對實施例1的產(chǎn)品進行力學(xué)和燃燒性能測試，其中采用CMT-6104電子萬能試驗機按GB/T 1040-92塑料拉伸實驗方法測試拉伸強度和斷裂伸長率，拉伸速度為100mm/min，沖擊強度采用XCS-200沖擊試樣機，按GB/T 1040-93測定；極限氧指數(shù)測試采用HC-2型氧指數(shù)儀，按GB/T2406-93標準試驗方法進行測試。經(jīng)過測試，實施例1的環(huán)保阻燃抗靜電聚こ烯管道的阻燃等級為FV-O級，拉伸強度為26. 3Mpa，斷裂伸長率為630%，缺ロ沖擊強度為21 KJ/m2。
實施例2
按如下步驟制備環(huán)保阻燃抗靜電聚こ烯管道
I)按照如下組分配比準確稱量各組分，然后充分干燥；高密度聚こ烯樹脂99重量份，
Mg(OH)235 重量份，
苯氧基聚磷腈弾性體 39重量份，
納米級碳酸鈣38重量份，
納米級炭黑7重量份，
硅烷偶聯(lián)劑KH-5706重量份，
季戊四醇硬脂酸胺1. 2重量份，
抗氧劑7360.9重量份，
抗氧劑1680. 8重量份，
其制備方法如下
2)先取40重量份的高密度聚こ烯樹脂、17重量份的苯氧基聚磷腈弾性體、0.5重量份的季戊四醇硬脂酸胺、0. 3重量份的抗氧劑736、0. 2重量份的抗氧劑168加入GH-10A型高速混合機中混合，混合時間3分鐘，然后在140°C于密煉機中密煉18分鐘，取出破碎得到含苯氧基聚磷腈的聚こ烯母粒；
3)按比例將步驟2)制得的含苯氧基聚磷腈的聚こ烯母粒、連同Mg(0H)2、納米級碳酸鈣、納米級炭黑、硅烷偶聯(lián)劑KH-570以及剩余的高密度聚こ烯樹脂、季戊四醇硬脂酸胺和抗氧劑736、抗氧劑168加入GH-10A型高速混合機中混合，混合時間5分鐘，出料備用；
4)將步驟3)混合均勻的 材料由SHJ-36型平行雙螺桿混煉擠出機進行熔融混煉擠出造粒，熔融混煉的溫度如下第一區(qū)145°C，第二區(qū)150°C，第三區(qū)155°C，第四區(qū)160°C，第五區(qū)165°C，第六區(qū)155°C，第七區(qū)150°C，第八區(qū)145°C，機頭ロ模145°C ;螺桿轉(zhuǎn)速為300r/min ；喂料螺桿轉(zhuǎn)速為24r/min。5)將步驟4)造粒后的物料經(jīng)干燥處理后，再在聚こ烯管材生產(chǎn)線上經(jīng)過成型機擠出——定徑——牽引——冷卻定型——切割的步驟制成管材。對本實施例的產(chǎn)品進行力學(xué)和燃燒性能測試，測試方法同上
經(jīng)過測試，本實施例的環(huán)保阻燃抗靜電聚こ烯管道的阻燃等級為FV-O級，拉伸強度為27.1Mpa，斷裂伸長率為643%，缺ロ沖擊強度為22 KJ/m2。
實施例3
按如下步驟制備環(huán)保阻燃抗靜電聚こ烯管道
I)按照如下組分配比準確稱量各組分，然后充分干燥；
高密度聚こ烯樹脂103重量份，
Mg(OH)231 重量份，
苯氧基聚磷腈弾性體 42重量份，
納米級碳酸鈣40重量份，
納米級炭黑8重量份，
硅烷偶聯(lián)劑KH-5707重量份，
季戊四醇硬脂酸胺1. 3重量份，
抗氧劑736I重量份，
抗氧劑1680. 9重量份，其制備方法如下
2)先取50重量份的高密度聚乙烯樹脂、20重量份的苯氧基聚磷腈彈性體、O.6重量份的季戊四醇硬脂酸胺、O. 4重量份的抗氧劑736、0. 2^0. 3重量份的抗氧劑168加入GH-10A型高速混合機中混合，混合時間3分鐘，然后在150°C于密煉機中密煉20分鐘，取出破碎得到含苯氧基聚磷腈的聚乙烯母粒；
3)按比例將步驟2)制得的含苯氧基聚磷腈的聚乙烯母粒、連同Mg(OH)2、納米級碳酸鈣、納米級炭黑、硅烷偶聯(lián)劑KH-570以及剩余的高密度聚乙烯樹脂、季戊四醇硬脂酸胺和抗氧劑736、抗氧劑168加入GH-10A型高速混合機中混合，混合時間6分鐘，出料備用；
4)將步驟3)混合均勻的材料由SHJ-36型平行雙螺桿混煉擠出機進行熔融混煉擠出造粒，熔融混煉的溫度如下第一區(qū)145°C，第二區(qū)150°C，第三區(qū)155°C，第四區(qū)160°C，第五區(qū)165°C，第六區(qū)155°C，第七區(qū)150°C，第八區(qū)145°C，機頭口模145°C ;螺桿轉(zhuǎn)速為300r/min ；喂料螺桿轉(zhuǎn)速為24r/min。5)將步驟4)造粒后的物料經(jīng)干燥處理后，再在聚乙烯管材生產(chǎn)線上經(jīng)過成型機擠出——定徑——牽引——冷卻定型——切割的步驟制成管材。對本實施例的產(chǎn)品進行力學(xué)和燃燒性能測試，測試方法同上
經(jīng)過測試，本實施例的環(huán)保阻 燃抗靜電聚乙烯管道的阻燃等級為FV-O級，拉伸強度為27. 7Mpa，斷裂伸長率為639%，缺口沖擊強度為21 KJ/m2。以上描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)保阻燃抗靜電聚こ烯管道，其特征在于，由以下組分組成 高密度聚こ烯樹脂 97 103重量份， Mg(OH)231 39重量份， 苯氧基聚磷腈弾性體 35 42重量份， 納米級碳酸鈣37 40重量份， 納米級炭黑61重量份， 硅烷偶聯(lián)劑KH-570 5^7重量份， 季戊四醇硬脂酸胺廣1. 3重量份， 抗氧劑7360. 8 1重量份， 抗氧劑1680. 6 0. 9重量份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保阻燃抗靜電聚こ烯管道，其特征在于，所述組分中的Mg(OH)2為納米級。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)保阻燃抗靜電聚こ烯管道，其特征在于，所述管道通過以下步驟制得 1)按照上述組分配比準確稱量各組分，然后充分干燥； 2)先取30 50重量份的高密度聚こ烯樹脂、12 20重量份的苯氧基聚磷腈弾性體、,0.4^0. 6重量份的季戊四醇硬脂酸胺、0. 2^0. 4重量份的抗氧劑736、0. 2^0. 3重量份的抗氧劑168加入高速混合機中混合，混合時間2-3分鐘，然后在130°C 150°C于密煉機中密煉15 20分鐘，取出破碎得到含苯氧基聚磷腈的聚こ烯母粒； 3)按比例將步驟2)制得的含苯氧基聚磷腈的聚こ烯母粒、連同Mg(0H)2、納米級碳酸鈣、納米級炭黑、硅烷偶聯(lián)劑KH-570以及剩余的高密度聚こ烯樹脂、季戊四醇硬脂酸胺和抗氧劑736、抗氧劑168加入高速混合機中混合,混合時間4-6分鐘，出料備用； 4)將步驟3)混合均勻的材料在雙螺桿擠出機中在145°C 165°C條件下擠出造粒； 5)將步驟4)造粒后的物料經(jīng)干燥處理后，再在聚こ烯管材生產(chǎn)線上經(jīng)過成型機擠出——定徑——牽引——冷卻定型——切割的步驟制成管材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)保阻燃抗靜電聚乙烯管道，由以下組分組成高密度聚乙烯樹脂、Mg(OH)2、苯氧基聚磷腈彈性體35～42重量份、納米級碳酸鈣、納米級炭黑、納米級炭黑、硅烷偶聯(lián)劑KH-570、季戊四醇硬脂酸胺、抗氧劑736、抗氧劑168。本發(fā)明的阻燃抗靜電聚乙烯管道阻燃劑阻燃效率高，添加量小，燃燒不產(chǎn)生熔滴且發(fā)煙量小，不產(chǎn)生有害氣體，并且在阻燃的同時綜合力學(xué)性能良好。
文檔編號C08K3/26GK103059389SQ20131004062
公開日2013年4月24日 申請日期2013年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月3日
發(fā)明者張芝蓮 申請人:張芝蓮