煤矿用增强增韧高抗冲抗静电改性聚氯乙烯管材配方的制作方法

本申请涉及高分子加工材料领域，更具体地说，它涉及一种煤矿用增强增韧高抗冲抗静电改性聚氯乙烯管材配方。

背景技术：

1、长期以来，煤矿行业一直使用金属管作为煤矿井下管材进行排风、通风、吸尘等操作，其力学性能优良，能满足煤矿井下严苛的使用环境，但是普通碳钢金属管防腐性能不佳，矿上需每年投入一定的经费用于防腐，而且重量较大，不易搬运施工。聚氯乙烯管材作为一种新兴的塑料管材正以其质轻、价廉、耐腐蚀等优点取代金属管材，但聚氯乙烯是良好的绝缘体，表面电阻大，导电性能差，在煤矿等易产生静电的场合，会因静电积聚而引起火灾或瓦斯爆炸，而对聚氯乙烯管进行防静电改性时随着防静电剂的加入，会使管材变的又脆又硬，不利于加工的同时导致抗冲击性能急剧降低，由于煤矿井中条件恶劣，管道经常受到冲击或碰撞，这就要求管材必须达到一定的力学强度。

技术实现思路

1、为了提高煤矿用聚氯乙烯管材的韧性、抗冲击性能与抗静电能力，本申请提供一种煤矿用增强增韧高抗冲抗静电改性聚氯乙烯管材配方。

2、本申请提供的一种煤矿用增强增韧高抗冲抗静电改性聚氯乙烯管材配方，采用如下的技术方案：

3、一种煤矿用增强增韧高抗冲抗静电改性聚氯乙烯管材配方，包括以下重量组份原料：聚氯乙烯树脂20-30份、改性碳纳米管5-10份、环氧树脂10-18份、3-羟基-γ-丁内酯6-10份、三甲基氯硅烷8-9份、磺酸类物质10-12份、稳定剂3-5份。

4、通过采用上述技术方案，加入改性碳纳米管增强聚氯乙烯管材的导电性，但导电填料在聚氯乙烯中的相容性较差，随着导电填料的加入导致聚氯乙烯管材的抗冲击性能降低，不能适应煤矿井中的工作环境。而碳纳米管在环氧树脂中具有更好的相容性、分散性，碳纳米管加入到环氧树脂后再与聚氯乙烯树脂共混，热固性的环氧树脂可以与聚氯乙烯形成半互穿网络结构，显著提高聚氯乙烯管材的韧性与抗冲击性能。通过3-羟基-γ-丁内酯与磺酸类物质对聚氯乙烯树脂进行改性，经三甲基氯硅烷处理的3-羟基-γ-丁内酯与环氧树脂反应得到的内酯化合物与磺酸类物质表面活泼的羟基反应，实现内酯化合物在磺酸类物质表面的开环，增加磺酸类物质以及碳纳米管与聚氯乙烯的相容性以及在聚氯乙烯中的分散性，使聚氯乙烯分子链上负载有更多的极性基团与非离子化合物。基团具有的增湿作用使空气中的水分子与亲水基形成氢键，产生离子化趋向，不仅可以形成导电通道避免静电的积聚，还充当电荷交换接触点，来实现电荷的交换，从而起到降低聚氯乙烯管材表面电阻，增强其自身抗静电性能的作用。

5、可选的，所述改性纳米管为经强氧化剂氧化改性而成的。

6、通过采用上述技术方案，增加了碳纳米管的亲水性使其易溶于水等溶液中，为其与聚氯乙烯上集团的反应提供了基础，提高其在聚氯乙烯管材中的混合均匀度与界面粘结强度。

7、可选的，所述改性碳纳米管由以下步骤制备：将碳纳米管放入硫酸与硝酸以(1.5-2.5)：1混合的溶液中搅拌反应后，超声处理，抽滤，用弱碱性溶液清洗至中性，备用。

8、通过采用上述技术方案，硝酸与硫酸的混合液具有强氧化性可以使碳纳米管末端打开，使其末端含有较多的活性基团，增强碳纳米管的分散均匀性，配合超声在溶液中产生微小气泡，气泡炸开产生具有较大能量的冲击波将团聚在一起的碳纳米管分散开，增强其在聚氯乙烯管材中的分散均匀性。

9、可选的，所述磺酸类物质为丙烯酸与磺酸盐的二元共聚物。

10、通过采用上述技术方案，丙烯酸与磺酸盐的二元共聚物中具有分散性能好的羧基基团与强极性的磺酸基团，具有良好的分散性，其具有的羧酸、羧基以及磺酸基团都具有强吸水性，可吸收水分子，疏散静电荷，从而提高聚氯乙烯材料的抗静电性。

11、可选的，所述改性碳纳米管的长径比在220-250之间。

12、通过采用上述技术方案，碳纳米管过小，因为聚氯乙烯塑化后剪切力小，会导致碳纳米管的分散性较差，易聚集成团，影响聚氯乙烯管的力学性能，当碳纳米管的长径比在220-250之间时具有较好的分散性，增加单位体积内碳纳米管的数量，提高导电性能的同时避免对聚氯乙烯管的力学性能造成影响。

13、可选的，所述环氧树脂为酚醛型环氧树脂。

14、通过采用上述技术方案，酚醛型环氧树脂具有比一般环氧树脂更好的耐高温性能，其环氧基含量高，固化物交联密度大，具有优良的力学性能、电绝缘性与耐腐蚀性能力，加入进一步提高聚氯乙烯管材的韧性与抗冲击强度。

15、可选的，所述稳定剂为硬脂酸盐、邻苯二甲酸二辛酯与碳酸钙的复合稳定剂。

16、通过采用上述技术方案，稳定剂做高聚物加工过程中的助剂因其吸附力较强，使抗静电分子难以迁移到表面上发挥作用，从而影响抗静电剂的效果，本申请中选用硬脂酸盐做稳定剂，硬脂酸盐可以捕捉自由基，阻止氧化反应做稳定剂，同时硬脂酸盐与磺酸类物质抗静电剂并用具有协同增效作用，邻苯二甲酸二辛酯增大大分子链间的距离，配合硬脂酸盐使抗静电剂能更容易的向管材表面迁移而发挥静电作用，增强管材的抗静电能力，加入碳酸钙做稳定剂的同时提高成型性，增韧提高管材抗冲击性能。

17、综上所述，本申请具有以下有益效果：

18、1、由于本申请采用3-羟基-γ-丁内酯与磺酸类物质的反应对聚氯乙烯树脂进行改性，使聚氯乙烯树脂分子链上含有更多的极性基团与吸水基团，3-羟基-γ-丁内酯的开环反应提高磺酸聚合物在聚氯乙烯中的相容性与分散性，同时基团的吸湿作用在空气湿度较高的矿井实现管材抗静电性能的增强，不仅降低管材表面电阻同时可以形成导电通道，避免静电的积聚。

19、2、本申请中优选采用改性碳纳米管与环氧树脂，改性后的碳纳米管具有较好的分散性其与环氧树脂也有较好的相容性，进一步提高了碳纳米管在每单位聚氯乙烯内的分散均匀性，从而提高了聚氯乙烯管材的韧性与抗冲击强度。

技术特征：

1.一种煤矿用增强增韧高抗冲抗静电改性聚氯乙烯管材配方，其特征在于，包括以下重量份原料：聚氯乙烯树脂20-30份、改性碳纳米管5-10份、环氧树脂10-18份、3-羟基-γ-丁内酯6-10份、三甲基氯硅烷8-9份、磺酸类物质10-12份、稳定剂3-5份。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿用增强增韧高抗冲抗静电改性聚氯乙烯管材配方，其特征在于：所述改性纳米管为经强氧化剂氧化改性而成的。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿用增强增韧高抗冲抗静电改性聚氯乙烯管材配方，其特征在于，所述改性碳纳米管由以下步骤制备：将碳纳米管放入硫酸与硝酸以（1.5-2.5）：1重量比混合的溶液中搅拌反应后，超声处理，抽滤，用弱碱性溶液清洗至中性，备用。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿用增强增韧高抗冲抗静电改性聚氯乙烯管材配方，其特征在于：所述磺酸类物质为丙烯酸与磺酸盐的二元共聚物。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿用增强增韧高抗冲抗静电改性聚氯乙烯管材配方，其特征在于：所述改性碳纳米管的长径比在220-250之间。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿用增强增韧高抗冲抗静电改性聚氯乙烯管材配方，其特征在于：所述环氧树脂为酚醛型环氧树脂。

7.根据权利要求1所述的一种煤矿用增强增韧高抗冲抗静电改性聚氯乙烯管材配方，其特征在于：所述稳定剂为硬脂酸盐、邻苯二甲酸二辛酯与碳酸钙的复合稳定剂。

8.根据权利要求1所述的一种煤矿用增强增韧高抗冲抗静电改性聚氯乙烯管材配方，其特征在于：所述稳定剂中硬脂酸盐、邻苯二甲酸二辛酯与碳酸钙的重量份之比为1:1：（0.5-0.8）。

技术总结
本申请涉及高分子加工材料领域，具体公开了一种煤矿用增强增韧高抗冲抗静电改性聚氯乙烯管材配方。煤矿用增强增韧高抗冲抗静电改性聚氯乙烯管材配方包括以下重量组份原料：聚氯乙烯树脂20‑30份、改性碳纳米管5‑10份、环氧树脂10‑18份、3‑羟基‑γ‑丁内酯6‑10份、三甲基氯硅烷8‑9份、磺酸类物质10‑12份、稳定剂3‑5份。本申请的组合物可用于制作矿井下使用的管材，其具有韧性高、抗冲击能力强、抗静电性好的优点。

技术研发人员：平海龙
受保护的技术使用者：山西保海管业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13