本发明专利技术公开了一种硅烷交联型阻燃半导电聚烯烃护套材料及其制备方法和应用，其原料包括A、B料，A料包括：线性低密度聚乙烯、乙烯‑醋酸乙烯共聚物、乙烯‑辛烯共聚物、阻燃剂、导电炭黑、含有乙烯基的硅烷、引发剂和抗预交联剂，B料包括：线性低密度聚乙烯和水解催化剂；抗预交联剂由2‑乙烯基‑1H‑苯并咪唑与3‑苯丙酸‑2‑甲基‑2‑丙烯酯共聚反应制成；制备：制成硅烷接枝的A料，然后与B料按配方混合挤出成型后水煮交联，制成；以及一种含有上述材料的煤矿瓦斯外排管；本发明专利技术的护套材料不仅具有良好的导电性、阻燃性，且兼具优异的机械力学性能、耐高温性能、使用寿命长等特性。
A silane crosslinked flame retardant semi conducting polyolefin sheath material and its preparation method and Application
【技术实现步骤摘要】
一种硅烷交联型阻燃半导电聚烯烃护套材料及其制备方法和应用
本专利技术属于煤矿领域，尤其涉及煤矿瓦斯管用的材料，具体涉及一种硅烷交联型阻燃半导电聚烯烃护套材料及其制备方法和应用。
技术介绍
在煤矿生产中，矿井作业是非常危险的，其中一个主要危险源则是产生的瓦斯气体，因此需要将瓦斯气体外排，然而在抽放过程中，由于排放管道中流动的物质主要是瓦斯主体，且夹杂一定数量的粉尘，这些带有固体粉尘的气流，在管道(目前大部分使用的聚烯烃塑料管，因其具有质轻、耐腐蚀、耐老化、易安装等特点而受到广泛应用)中以一定的速度流动时，气体和固体粉尘将与管壁发生频繁的摩擦和碰撞，从而产生强烈的静电，甚至还伴随有火花放电现象，其放电火花的能量足以点燃瓦斯，容易引起火灾或瓦斯爆炸，造成矿井事故，虽然目前市面针对排放管道作了一些改进，例如通过添加抗静电剂进而降低其静电产生的可能，但是效果确不理想，有极大的潜在安全风险。目前已有通过添加导电炭黑以实现材料的体积电阻率小于100Ω·cm，能快速导出静电的方案，但是基本为热塑性聚烯烃护套材料，例如中国专利技术专利CN109082002A，其公开了一种煤矿瓦斯管用阻燃半导电护套材料及其制备方法和应用，此专利虽然实现了护套材料优异的导电性和阻燃性，但在耐高温性能以及使用寿命方面还存在一定缺陷，现有技术中通常采用交联方式获得交联聚烯烃材料，例如硅烷交联方式，进而提升聚烯烃材料的工作使用温度，然而此种方式在挤出、混料或者存储的过程中，容易发生预交联现象，究其原因大致包括：氮磷系阻燃剂易吸潮，树脂料或其它原料含有结合水或游离水等等，不仅影响了产品的机械力学性能，而且产品的挤出表面毛糙，严重影响了产品的品质以及加工性能，甚至还可能导致产品报废，尤其不利于在高强环境下的应用。针对上述交联聚烯烃材料出现预交联的问题，添加抗预交联剂是现有技术中的常规做法，常用的抗预交联剂包括长链硅烷或者取代的硅烷，例如十六烷基三甲氧基硅烷或3-硫代辛酰-1-丙基三乙氧基硅烷，利用其易水解缩合的特性，用作制品的防水；又如苯乙烯、苯胺、己内酰胺、己内酸酯等抗预交联剂，然而实践研究发现，这些抗预交联剂虽然能够实现一定的抗预交联效果，但是对于煤矿用含有大量导电炭黑的阻燃半导电聚烯烃护套材料而言，上述已有的抗预交联剂却较难实现抗预交联的同时还能够兼具材料具有优异的机械力学性能、阻燃导电性，难以满足对于安全性要求极高的煤矿矿井作业。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种新的硅烷交联型阻燃半导电聚烯烃护套材料，其不仅具有良好的导电性、阻燃性，且兼具优异的机械力学性能、耐高温性能、使用寿命长等特性。本专利技术同时还提供了上述硅烷交联型阻燃半导电聚烯烃护套材料的制备方法。本专利技术同时还提供了上述硅烷交联型阻燃半导电聚烯烃护套材料在煤矿瓦斯外排管中的应用。为解决以上技术问题，本专利技术采取的一种技术方案如下：一种硅烷交联型阻燃半导电聚烯烃护套材料，所述护套材料的原料包括A料和B料，所述A料的原料包括如下组分：线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、阻燃剂、导电炭黑、含有乙烯基的硅烷、引发剂和抗预交联剂，所述B料的原料包括如下组分：线性低密度聚乙烯和水解催化剂；其中所述抗预交联剂由式(Ⅰ)所示的2-乙烯基-1H-苯并咪唑与式(Ⅱ)所示的3-苯丙酸-2-甲基-2-丙烯酯共聚反应制成，所述抗预交联剂的分子量为1000-15000；根据本专利技术的一些优选方面，所述式(Ⅰ)所示的2-乙烯基-1H-苯并咪唑与式(Ⅱ)所示的3-苯丙酸-2-甲基-2-丙烯酯的投料摩尔比为1∶0.95-1.05。根据本专利技术的一些优选方面，所述共聚反应在偶氮二异庚腈存在下、在有机溶剂中、在无水环境中、在回流下进行，所述引发剂的用量占为所述式(Ⅰ)所示的2-乙烯基-1H-苯并咪唑与所述式(Ⅱ)所示的3-苯丙酸2-甲基-2-丙烯酯总投料量的0.1-2％。根据本专利技术的一些具体方面，所述有机溶剂可以为四氢呋喃。在本专利技术的一些优选实施方式中，所述抗预交联剂通过如下方法制备：将式(Ⅰ)所示的2-乙烯基-1H-苯并咪唑与式(Ⅱ)所示的3-苯丙酸-2-甲基-2-丙烯酯混合，并加入偶氮二异庚腈(AVBN)和无水四氢呋喃(THF)，回流下反应，反应结束后减压浓缩除去四氢呋喃，残余物采用甲醇搅拌清洗，然后真空干燥，制成。根据本专利技术的一些优选方面，所述护套材料由A料和B料混合挤出后水煮交联制成，所述A料与所述B料的投料质量比为4-6∶1。根据本专利技术的一些具体且优选的方面，所述水煮交联的温度为88-92℃。根据本专利技术的一些优选方面，以质量份数计，所述A料的原料中，线性低密度聚乙烯10-40份、乙烯-醋酸乙烯共聚物30-70份、乙烯-辛烯共聚物10-40份、阻燃剂20-50份、导电炭黑40-80份、含有乙烯基的硅烷1-10份、引发剂0.1-1份和抗预交联剂1-10份；还选择性地包括抗氧剂1-4份、润滑剂1-10份和分散剂1-10份；以质量份数计，所述B料的原料中，线性低密度聚乙烯90-110份和水解催化剂15-25份。根据本专利技术的一些优选方面，所述线性低密度聚乙烯的熔融指数为1-20g/10min。根据本专利技术的一些优选方面，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的熔融指数为0.2-20g/10min，其中醋酸乙烯的含量为15-30％。根据本专利技术的一些优选方面，所述乙烯-辛烯共聚物的熔融指数为1-20g/10min。根据本专利技术的一些具体方面，所述阻燃剂为选自季戊四醇、双季戊四醇、三季戊四醇、聚磷酸铵、三聚氰胺氰尿酸盐、红磷、次磷酸铝、二乙基次磷酸铝、蒙脱土和陶土中的一种或多种的组合。根据本专利技术的一些优选方面，所述阻燃剂由季戊四醇及其衍生物中的一种或多种的组合、所述聚磷酸铵和所述三聚氰胺氰尿酸盐构成，所述选自季戊四醇及其衍生物中的一种或多种的组合、所述聚磷酸铵和所述三聚氰胺氰尿酸盐的投料质量比为1︰3-10︰2-6，所述季戊四醇的衍生物为双季戊四醇和/或三季戊四醇。根据本专利技术的一些具体方面，所述导电炭黑为卡博特公司的VXC200。根据本专利技术的一些具体方面，所述含有乙烯基的硅烷为选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和乙烯基-三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或多种的组合。根据本专利技术的一些具体方面，所述引发剂为过氧化二异丙苯和/或过氧化二苯甲酰。根据本专利技术的一些具体方面，所述抗氧剂为选自4,4’-硫代双(5-甲基-2-叔丁基苯酚)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、N，N’-双[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼和硫代二丙酸双月桂酯中的一种或多种的组合。根据本专利技术的一些具体方面，所述润滑剂为选自聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺、硬脂酸和硬脂酸锌中的一种或多种的组合。根据本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅烷交联型阻燃半导电聚烯烃护套材料，其特征在于，所述护套材料的原料包括A料和B料，所述A料的原料包括如下组分：线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、阻燃剂、导电炭黑、含有乙烯基的硅烷、引发剂和抗预交联剂，所述B料的原料包括如下组分：线性低密度聚乙烯和水解催化剂；其中所述抗预交联剂由式(Ⅰ)所示的2-乙烯基-1H-苯并咪唑与式(Ⅱ)所示的3-苯丙酸-2-甲基-2-丙烯酯共聚反应制成，所述抗预交联剂的分子量为1000-15000；/n
【技术特征摘要】
1.一种硅烷交联型阻燃半导电聚烯烃护套材料，其特征在于，所述护套材料的原料包括A料和B料，所述A料的原料包括如下组分：线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、阻燃剂、导电炭黑、含有乙烯基的硅烷、引发剂和抗预交联剂，所述B料的原料包括如下组分：线性低密度聚乙烯和水解催化剂；其中所述抗预交联剂由式(Ⅰ)所示的2-乙烯基-1H-苯并咪唑与式(Ⅱ)所示的3-苯丙酸-2-甲基-2-丙烯酯共聚反应制成，所述抗预交联剂的分子量为1000-15000；
2.根据权利要求1所述的硅烷交联型阻燃半导电聚烯烃护套材料，其特征在于，所述式(Ⅰ)所示的2-乙烯基-1H-苯并咪唑与式(Ⅱ)所示的3-苯丙酸-2-甲基-2-丙烯酯的投料摩尔比为1∶0.95-1.05。
3.根据权利要求1所述的硅烷交联型阻燃半导电聚烯烃护套材料，其特征在于，所述共聚反应在偶氮二异庚腈存在下、在有机溶剂中、在无水环境中、在回流下进行，所述引发剂的用量占为所述式(Ⅰ)所示的2-乙烯基-1H-苯并咪唑与所述式(Ⅱ)所示的3-苯丙酸2-甲基-2-丙烯酯总投料量的0.1-2％。
4.根据权利要求1所述的硅烷交联型阻燃半导电聚烯烃护套材料，其特征在于，所述护套材料由A料和B料混合挤出后水煮交联制成，所述A料与所述B料的投料质量比为4-6∶1。
5.根据权利要求1或4所述的硅烷交联型阻燃半导电聚烯烃护套材料，其特征在于，以质量份数计，所述A料的原料中，线性低密度聚乙烯10-40份、乙烯-醋酸乙烯共聚物30-70份、乙烯-辛烯共聚物10-40份、阻燃剂20-50份、导电炭黑40-80份、含有乙烯基的硅烷1-10份、引发剂0.1-1份和抗预交联剂1-10份；还选择性地包括抗氧剂1-4份、润滑剂1-10份和分散剂1-10份；
以质量份数计，所述B料的原料中，线性低密度聚乙烯90-110份和水解催化剂15-25份。
6.根据权利要求1或5所述的硅烷交联型阻燃半导电聚烯烃护套材料，其特征在于，所述线性低密度聚乙烯的熔融指数为1-20g/10min；和/或，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的熔融指数为0.2-20g/10min，其中醋酸乙烯的含量为15-30％；和/或，所述乙烯-辛烯共聚物的熔融指数为1-20g/10min。
7.根据权利要求或5所述的硅烷交联型阻燃半导电聚烯烃护套材料，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：钱其琨，涂必冬，张丽本，沈永健，
申请(专利权)人：江苏德威新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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