專利名稱：一種環保阻燃抗靜電聚乙烯管道的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種環保阻燃抗靜電聚乙烯管道的制備方法，尤其涉及一種用于輸送煤氣等易燃氣體的環保阻燃抗靜電聚乙烯管道的制備方法。
背景技術：
聚乙烯管道是最常見的管道之一，其具有低溫抗沖擊性、耐化學腐蝕、耐磨等優點，在給水、排水、供熱、供燃氣、農業灌溉、水利工程及各種工業裝置中都得到廣泛應用。聚乙烯(Polyethylene,簡稱PE)是指由乙烯單體自由基聚合而成的聚合物,是產量最大的通用塑料之一，是一種質輕、無毒、具有較好的機械強度、優良的電絕緣性和耐化學腐蝕性能的熱塑性塑料。并且成型加工方便，廣泛應用于電線電纜、化工、食品、包裝、機械、電子通訊、家庭裝飾及土木建筑等行業，其需求量正逐年上升。聚乙烯主要分解產物有乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烯、戊烯、1-丁烯、己烷等，其形成的降解產物同分子間鏈轉移的路線有關。降解過程在受到氧的影響下，降解產物主要有丙醛、戊烯、正戊烷、丁醛、戊醛等。燃燒過程發現的熱降解產物主要有戊烯、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，聚乙烯是乙烯單體通過加成聚合反應合成的聚合物，在分子結構中只有碳、氫兩種元素。聚乙烯大約在335講50°C之間分解。在無氧條件下，熱穩定性比較高。在惰性氣氛中，聚乙烯在202°C下發生交聯，在292°C時分子量開始下降，出現降解，但在372°C之前不會發生顯著的分解。聚乙烯的熱降解反應是無規斷鏈及分子內和分子間轉移反應，高溫受熱降解成低分子量物質，極易傳播火焰，引發火災。我國僅由于電線電纜引起的火災損失，每年達50多億元人民幣，這就使聚烯烴在許多領域的應用受到限制。隨著現代阻燃技術的進一步發展，越來越多的阻燃劑出現在阻燃領域中，為社會的安全與發展做出了巨大貢獻。現在人們在聚烯烴中常用的阻燃劑有兩種:一種是反應型阻燃劑；另一種是添加型阻燃劑。反應型阻燃劑是通過將一些含有阻燃元素的單體參與聚合反應，使聚合物的主鏈或側鏈中帶有阻燃元素，起到阻燃的效果。反應型阻燃劑主要有鹵代酚類、鹵代酸酐類、鹵代醇類、齒代酯，齒代醚類。添加型阻燃劑是指以物理分散狀態同高分子材料進行共混發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年代呈經歷了發展的黃金時代。雖然其用量呈逐漸下降的趨勢，但目前其產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、氯化聚乙烯、四氯鄰苯二甲酸配、四氯雙酚A、六氯環戊二烯及其衍生物等。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，不易產生氯游離基有關。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構分可以分為芳香 族、脂肪族、脂環族及混合型四種。從化合物結構上可將其分為溴代二苯醚類、四溴雙酚A類、溴代多元醇類、溴代鄰苯二甲酸酐類，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苯醚(DBDPO)、雙(四溴鄰苯二甲酰)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，產生大量的有毒煙霧，對人體有較大的危害，自1986年出現的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保壓力。反應型阻燃劑由于其通過聚合反應使具有阻燃功能的結構單元通過化學鍵連接到高分子上，因此其阻燃效果持久，而且對材料的物理力學性能影響較小，但是因為技術和價格的問題，使其推廣和應用受到了很大限制。與反應型阻燃劑相比，添加型阻然劑使用方便、價格低廉，因而是目前實現聚乙烯阻燃的常用方法，常用于聚乙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
目前獲得主要應用的是Mg (OH) 2和Al (OH) 3兩種。水合氫氧化物因其不產生二次污染、熱穩定性好、同其它阻燃劑協同效應好、無毒、無腐蝕、不揮發、不產生有毒氣體、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會使聚乙烯力學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乙烯樹脂的相容性差、易吸濕、顏色太深等不足。
(3)膨脹性阻燃劑
膨脹性阻燃劑并不是單一的阻燃劑品種，而是以磷、氮、碳為主要成分的無鹵復合阻燃體系，它不含鹵素，也不采用Sb2O3作協效劑，其體系內自身具有協同作用。由于此類阻燃劑在受熱時會膨脹發泡，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泡沫，起到隔熱、隔氧、抑煙、防融滴等功效，具有優良的阻燃性能，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。主要為一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、季戊四醇及其二聚體和三聚體等。③氣源，又稱為發泡劑，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。
發明內容
本發明的目的是提供一種環保阻燃抗靜電聚乙烯管道的制備方法，制得的聚乙烯管道在保持聚乙烯樹脂原有性能的基礎上具有良好的阻燃性能并且不產生有毒氣體。本發明的為實現上述目的采用的技術方案是:一種環保阻燃抗靜電聚乙烯管道的制備方法，包括如下步驟:
1)按照如下組分配比準確稱量原料:
高密度聚乙烯樹脂 97 103重量份，
Mg(OH)231 39重量份，
苯氧基聚磷腈彈性體 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 I重量份，
抗氧劑1680.6 0.9重量份。然后充分干燥；
2)先取30 50重量份的高密度聚乙烯樹脂、12 20重量份的苯氧基聚磷腈彈性體、
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(0H)2、納米級碳酸鈣、納米級炭黑、硅烷偶聯劑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)造粒后的物料經干燥處理后，再在聚乙烯管材生產線上經過成型機擠出——定徑——牽引——冷卻定型——切割的步驟制成管材。作為優選實施例，步驟4)中雙螺桿混煉擠出機的參數為，熔融混煉的溫度如下:第一區145°C，第二區150°C，第三區155°C，第四區160°C，第五區165°C，第六區155°C，第七區150°C，第八區145°C，機頭口模145°C ;螺桿轉速為300r/min ;喂料螺桿轉速為24r/min0本發明的阻燃抗靜電聚乙烯管道，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彈性體改善聚乙烯的阻燃性能，苯氧基聚磷腈彈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；苯環則提供大量的炭，彌補聚乙烯燃燒分解過程成炭量不足的問題。納米級Mg(OH)2作為協效劑，利用其抑煙、降溫的功能進一步提高聚乙烯的阻燃性能。納米級碳酸鈣能夠有效提高材料的力學性能和阻燃性能。通過以上各組分的配合和協同作用，起到了極好的阻燃效果。經過力學性能測試和燃燒性能測試，本發明的阻燃抗靜電聚乙烯管道阻燃劑阻燃效率高，添加量小，燃燒不產生熔滴且發煙量小，不產生有害氣體，并且在阻燃的同時綜合力學性能良好。
圖1為本發明的環保阻燃抗靜電聚乙烯管道的示意圖。
具體實施例方式以下實施例詳細說明了本發明。本發明所使用的各種原料及各項設備均為常規市售產品，均能夠通過市場購買直接獲得。實施例1
按如下步驟制備環保阻燃抗靜電聚乙烯管道
1)按照如下組分配比準確稱量各組分，然后充分干燥；
高密度聚乙烯樹脂 97重量份，
Mg(OH)239 重量份，
苯氧基聚磷腈彈性體 35重量份，
納米級碳酸鈣37重量份，
納米級炭黑 6重量份，
硅烷偶聯劑KH-570 5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重量份的高密度聚乙烯樹脂、12重量份的苯氧基聚磷腈彈性體、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(0H)2、納米級碳酸鈣、納米級炭黑、硅烷偶聯劑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145°C，第二區150°C，第三區155°C，第四區160°C，第五區165°C，第六區155°C，第七區150°C，第八區145°C，機頭口模145°C ;螺桿轉速為300r/min ；喂料螺桿轉速為24r/min。5 )將步驟4 )造粒后的物料經干燥處理后，再在聚乙烯管材生產線上經過成型機擠出——定徑——牽引——冷卻定型——切割的步驟制成管材。該步驟是常規的聚乙烯管材生產程序，不再詳細贅述。對實施例1的產品進行力學和燃燒性能測試，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；極限氧指數測試采用HC-2型氧指數儀，按GB/T2406-93標準試驗方法進行測試。經過測試，實施例1的環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26.3Mpa，斷裂伸長率為630%，缺口沖擊強度為21 KJ/m2。實施例2
按如下步驟制備環保阻燃抗靜電聚乙烯管道
I)按照如下組分配比準確稱量各組分，然后充分干燥；高密度聚乙烯樹脂 99重量份，
Mg(OH)235 重量份，
苯氧基聚磷腈彈性體 39重量份，
納米級碳酸鈣38重量份，
納米級炭黑7重量份，
硅烷偶聯劑KH-570 6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重量份的高密度聚乙烯樹脂、17重量份的苯氧基聚磷腈彈性體、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(0H)2、納米級碳酸鈣、納米級炭黑、硅烷偶聯劑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145°C，第二區150°C，第三區155°C，第四區160°C，第五區165°C，第六區155°C，第七區150°C，第八區145°C，機頭口模145°C ;螺桿轉速為300r/min ；喂料螺桿轉速為24r/min。5)將步驟4)造粒后的物料經干燥處理后，再在聚乙烯管材生產線上經過成型機擠出——定徑——牽引——冷卻定型——切割的步驟制成管材。對本實施例的產品進行力學和燃燒性能測試，測試方法同上
經過測試，本實施例的環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27.1Mpa，斷裂伸長率為643%，缺口沖擊強度為22 KJ/m2。實施例3
按如下步驟制備環保阻燃抗靜電聚乙烯管道
I)按照如下組分配比準確稱量各組分，然后充分干燥；
高密度聚乙烯樹脂 103重量份，
Mg(OH)231 重量份，
苯氧基聚磷腈彈性體 42重量份，
納米級碳酸鈣40重量份，
納米級炭黑8重量份，
硅烷偶聯劑KH-570 7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、0.6重量份的季戊四醇硬脂酸胺、0.4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145°C，第二區150°C，第三區155°C，第四區160°C，第五區165°C，第六區155°C，第七區150°C，第八區145°C，機頭口模145°C ;螺桿轉速為300r/min ；喂料螺桿轉速為24r/min。5)將步驟4)造粒后的物料經干燥處理后，再在聚乙烯管材生產線上經過成型機擠出——定徑——牽引——冷卻定型——切割的步驟制成管材。對本實施例的產品進行力學和燃燒性能測試，測試方法同上
經過測試，本實施例的環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。 以上描述了本發明的基本原理和主要特征及本發明的優點，本行業的技術人員應該了解，本發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明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發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明范圍內，本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種環保阻燃抗靜電聚乙烯管道的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I)按照如下組分配比準確稱量原料: 高密度聚乙烯樹脂 97 103重量份， Mg(OH)231 39重量份， 苯氧基聚磷腈彈性體 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 I重量份， 抗氧劑1680.6 0.9重量份， 然后充分干燥； 步驟2)先取30 50重量份的高密度聚乙烯樹脂、12 20重量份的苯氧基聚磷腈彈性體、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乙烯母粒； 步驟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加入高速混合機中混合，混合時間4-6分鐘，出料備用； 步驟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; 步驟5)將步驟4)造粒后的物料經干燥處理后，再在聚乙烯管材生產線上經過成型機擠出——定徑——牽引——冷卻定型——切割的步驟制成管材。
2.根據權利要求1所述的環保阻燃抗靜電聚乙烯管道的制備方法，其特征在于:步驟4)中雙螺桿混煉擠出機的參數為，熔融混煉的溫度如下:第一區145°C，第二區150°C，第三區155°C，第四區160°C，第五區165°C，第六區155°C，第七區150°C，第八區145°C，機頭口模145°C ;螺桿轉速為300r/min ;喂料螺桿轉速為24r/min。
3.根據權利要求1或2所述的環 保阻燃抗靜電聚乙烯管道的制備方法，其特征在于:原料組分優選為: 高密度聚乙烯樹脂 99重量份， Mg(OH)235 重量份， 苯氧基聚磷腈彈性體 39重量份， 納米級碳酸鈣38重量份， 納米級炭黑7重量份， 硅烷偶聯劑KH-570 6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。
全文摘要
本發明涉及一種環保阻燃抗靜電聚乙烯管道的制備方法，選擇以下組分高密度聚乙烯樹脂、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、硅烷偶聯劑KH-570、季戊四醇硬脂酸胺、抗氧劑736、抗氧劑168，并且通過制備聚乙烯母粒，高速混合機混合、雙螺桿擠出機擠出造粒；成型機擠出——定徑——牽引——冷卻定型——切割的步驟制成管材。通過本發明的方法制得的阻燃抗靜電聚乙烯管道阻燃劑阻燃效率高，添加量小，燃燒不產生熔滴且發煙量小，不產生有害氣體，并且在阻燃的同時綜合力學性能良好。
文檔編號C08L85/02GK103073775SQ20131004061
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月3日 優先權日2013年2月3日
發明者劉芝英 申請人:劉芝英