CN101402753A - 本色阻燃抗静电聚烯烃母粒 - Google Patents
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Abstract
一种本色阻燃抗静电聚烯烃母粒，属工程塑料改性用色母粒的制备技术领域，包括基体树脂，纳米硅酸盐，包覆红磷阻燃剂，抗静电剂，聚硅氧烷有机硅表面活性剂，硼化物成炭剂等，各组份的组成按重量百分比计分别为：基体树脂5～20％，纳米硅酸盐3～5％，包覆红磷阻燃剂20～50％，抗静电剂10～20％，聚硅氧烷有机硅表面活性剂1～2％，硼化物成炭剂10～15％。本发明采用聚烯烃作为基体树脂，经多次反复试验研究，合理确定了阻燃抗静电母粒的配比与工艺，能有效实现生产出一种具本色、阻燃、抗静电三重功效的母粒，解决了现有抗静电阻燃母粒系单一黑色的现状，可以生产五颜六色的塑料制品来丰富环境感观。
Description
技术领域
本发明涉及一种本色阻燃抗静电聚烯烃母粒，属工程塑料改性用色母粒的制备技术领域。
背景技术
聚乙烯为五大通用塑料之首，广泛应用于各种进、排水管道及各种包装材料。但目前的阻燃抗静电聚烯烃母粒均系黑颜色。未见有本色母粒的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种配方设计合理，性能优异，适用范围广的本色阻燃抗静电聚烯烃母粒。
本发明为本色阻燃抗静电聚烯烃母粒，其特征在于包括基体树脂，纳米硅酸盐，包覆红磷阻燃剂，抗静电剂，聚硅氧烷有机硅表面活性剂，硼化物成炭剂等，各组份的组成按重量百分比计分别为：基体树脂5～20％，纳米硅酸盐3～5％，包覆红磷阻燃剂20～50％，抗静电剂10～20％，聚硅氧烷有机硅表面活性剂1～2％，硼化物成炭剂10～15％。
所述的基体树脂可为高压聚乙烯，聚丁烯-1氯化聚乙烯，乙烯-醋酸乙烯，均聚聚丙烯，共聚聚丙烯的任一种或一种以上的混合物；或者马来酸酐，丙烯酸，苯乙烯的任一种经过接枝的改性聚烯烃材料。
所述纳米硅酸盐可为纳米级蒙脱土，粒径＜100nm。
所述的抗静电剂可为四针状晶须氧化锌，或是金属离子接枝或包覆的氧化锌。
所述的硼化物成炭剂可为硼酸锌或四氟硼酸钠或四氟硼酸钾。
所述本色阻燃抗静电聚烯烃色母粒中还可添加乙烯-醋酸乙烯共聚物和乙烯-丙烯酸酯共聚物，其加入量分别为各组份重量百分比总和的2～10％和3～15％。
所述本色阻燃抗静电聚烯烃色母粒中还可添加脂肪酸金属皂类，为硬脂酸钙，硬脂酸锌，硬脂酸钡，硬脂酸镁等的任一种，其加入量为各组份重量百分比总和的1～2％。
所述本色阻燃抗静电聚烯烃色母粒中还可添加受阻酚类抗氧剂，为1010或1010与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物，其加入量为各组份重量百分比总和的0.5～1％。
所述本色阻燃抗静电聚烯烃色母粒中还可添加分散剂，为低分子聚乙烯腊或低分子聚乙烯腊与乙烯-醋酸乙烯腊的复配物，其加入量为各组份重量百分比总和的5～10％。
所述的基体树脂可先与纳米硅酸盐混合后，在双螺杆挤出机中挤出造粒成纳米复合材料，再与抗静电剂和包覆红磷阻燃剂及余下的所有材料捏合。
本发明为了美观丰富环境，及适应标识性领域需要用其它颜色的聚烯烃制品(如冷、热水管路、瓦斯管、电线电缆等)及大部分包装领域的需要，采用聚烯烃作为基体树脂，经多次反复试验研究，合理确定了阻燃抗静电母粒的配比与工艺，能有效实现生产出一种本色、阻燃、抗静电具三重功效的母粒，解决了现有抗静电阻燃母粒系单一黑色的现状，可以生产五颜六色的塑料制品来丰富环境感观，解决了现有抗静电剂与阻燃剂复配时此消彼长的对抗作用以及抗静电制品对环境暖湿度的严重依赖。
本发明所述各组份的研究和效果分析如下：
阻燃剂与由基体树脂和纳米硅酸盐混合制成的纳米复合材料有机结合，基于阻燃抗静电双功效母粒的填充量大，可以利用纳米复合材料能产生的优异力学性能来保证母粒生产工艺的正常进行。同时利用纳米复合材料特具的热性能及气体阻隔性能使它本身成为一种阻燃材料，再添加包覆红磷阻燃剂，充分利用包覆红磷阻燃剂添加量少、溶解性差和熔点高(＞500℃)的特点，因而保证该含磷纳米复合材料比其他阻燃材料有更好的阻燃物理性能。
新型抗静电剂的作用是在加入到塑料材料后，在其制品使用过程中受到摩擦而带有电荷时，分散在塑料树脂中的氧化锌晶须形成了网架结构，为静电荷泄漏提供了一个连续的通路，从而降低表面电阻率和体积电阻率，阻止电荷的积累。该抗静电剂的加入解决了一般抗静电剂随环境温湿度变化而抗静电性能强弱明显的缺陷，扭转了一般抗静电剂南方温湿条件下作用明显，北方干冷条件下无法使用的大问题。鉴于上述材料中的氧化锌晶须是一种白色永久抗静电剂，还改观了阻燃抗静电塑料抗静电效果不可能永久的难题。
有机硅作为表面活性剂具有良好的热稳定性和非迁移性，它的作用是在加工过程中起到滑爽的作用，同时对阻燃剂和抗静电剂，螺杆包括模口起表面包覆、沉积作用，从而提高塑料加工流动性和脱模性、降低扭矩，减少设备磨损，提高阻燃性、降低烟密度，提高母粒的冲击强度和表面光泽。
硼化物成炭剂的加入鉴于二元协同阻燃观点，包覆红磷阻燃剂在燃烧火焰中产生磷酸-偏磷酸-聚偏磷酸，生成的磷酸层形成一层不挥发性的保护层，隔绝空气、产生阻燃效果。硼化物成炭剂在燃烧过程不但会形成类似玻璃状的熔融物覆盖在材料上，促使材料直接氧化成二氧化碳，减少可燃气体一氧化碳的生成，还因为阻燃玻璃体的产生而阻止可燃性气体与有毒气体向外扩散。因此当硼化物成炭剂与烯烃材料同时热分解时，会有大量的碳生成，从而阻止乙烯燃烧滴落引起其它物品着火而产生扩大火灾传播的危险性。
脂肪酸金属皂类的加入可进一步提高聚乙烯材料在加工过程中的润滑作用，以利材料在高温、高剪切的料筒中缩短停留时间，避免高聚物与其它添加剂发生热分解而变质。
抗氧剂的加入可进一步提高聚烯烃材料在加工过程中的热稳定性，避免热分解发生变色和力学性能降低。
分散剂的作用是对包覆红磷阻燃剂、抗静剂等粉状物质通过高搅、挤出的剪切力达到润湿、分散、细化而均匀分布，从而保证包覆红磷阻燃剂、抗静电剂及其它助剂能发挥更好的作用。
乙烯-醋酸乙烯共聚物和乙烯-丙烯酸酯共聚物可作为增韧成炭助剂，其本身与聚烯烃树脂有较好的亲和性，与聚乙烯共混后，可进一步提高复配物燃烧时的成炭性能，从而大幅提高阻燃、抗静电材料的氧指数。同时由于增韧树脂的增加而保证了高填充情况下挤出造粒工艺的连续稳定。
本发明经实际应用，具有如下突出优点和积极效果：
1、本色，可以与所有颜色共混生产；
2、在聚合物中添加该母粒可使阻燃等级达到UL94标准的Vo级，表面电阻率按G/B1410标准测试达到106-108，故具有良好的阻燃、抗静电性能；
3、无卤、少烟、不滴落，不会危害环境及人身健康。
4、在聚烯烃树脂材料中添加量少，可在保证良好阻燃、抗静电性能和力学性能前提下，大幅降低原材料成本。
本发明实现了树脂基体与无机粒子在纳米尺度上的结合，因此赋予材料优异的力学性能、热性能及气体阻隔性能。该复合材料的阻燃原理是凝聚分解过程而非卤素阻燃剂的气相阻燃。燃烧过程中塑料表面形成一种高性能的炭化硅酸盐结构，对下层未燃塑料起隔热和阻止分解作用，同时减缓了分解产生的可挥发产物的扩散，从而降低了材料的质量损失速度，起到阻燃作用。可用于煤矿、液化气、瓦斯、石油加工、纺织等以及其它有环保安全要求的聚合物制品。如果在生产时改变其基体树脂的种类(如：EVA、PP、CPVC、HIPS、PA等)还可以适用于多种高分子聚合物的改性要求。
具体实施方法
下表中所述本发明的5个实施例以纳米层状硅酸盐及包覆红磷为阻燃剂，以硼酸盐为成炭剂，以氧化锌晶须为抗静电剂，以有机硅表面活性剂与乙烯-醋酸乙烯共聚物，乙烯-丙烯酸酯共聚物为助剂，但实施例不应解释为限定本发明的范围。
上述实施例的工艺步骤如下：
1、将线型聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、层状硅酸盐、按配比计量称妥，然后再按配比重量的50％将低分子聚乙烯腊、抗氧剂、硬酯酸锌称妥，混合均匀，加入双螺杆挤出造粒成纳米复合材料备用；
2、将余下没有计量的组分，按配比称好连同备用的纳米复合材料放入高速混合机中增混5～8分钟，出料备用。
3、将已混合好的原料置于双螺杆机中挤出造粒，控制螺杆转速为160～300转/分、温度为160～220℃，得到本色阻燃抗静电聚乙烯母粒。
将上述实施例1制得的母粒与聚乙烯树脂粒料混合，经注塑制得聚乙烯样板，经测试，各项性能对比如下表：
| 测试项目 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 |
| 配比 | 12/88 | 13/87 | 15/85 | 14/86 | 16/84 |
| 阻燃性能 | Vo | Vo | Vo | Vo | Vo |
| 表面电阻率 | 7.5×108 | 8.5×107 | 7.4×106 | 7.5×107 | 8.5×107 |
| 氧指数％ | 29 | 33 | 36 | 32 | 35 |
注：1、配比指实施例制得的母粒与聚乙烯树脂粒料的重量百分比。
2、测试方法依据UL94标准测得阻燃性能；依据GB1410标准测得表面电阻率。
Claims (10)
1、一种本色阻燃抗静电聚烯烃母粒，其特征在于包括基体树脂，纳米硅酸盐，包覆红磷阻燃剂，抗静电剂，聚硅氧烷有机硅表面活性剂，硼化物成炭剂，各组份的组成按重量百分比计分别为：基体树脂5～20％，纳米硅酸盐3～5％，包覆红磷阻燃剂20～50％，抗静电剂10～20％，聚硅氧烷有机硅表面活性剂1～2％，硼化物成炭剂10～15％。
2、按权利要求1所述的本色阻燃抗静电聚烯烃母粒，其特征在于所述的基体树脂为高压聚乙烯，聚丁烯-1氯化聚乙烯，乙烯-醋酸乙烯，均聚聚丙烯，共聚聚丙烯的任一种或一种以上的混合物；或者马来酸酐，丙烯酸，苯乙烯的任一种经过接枝的改性聚烯烃材料。
3、按权利要求1所述的本色阻燃抗静电聚烯烃母粒，其特征在于所述纳米硅酸盐为纳米级蒙脱土，粒径＜100nm。
4、按权利要求1所述的本色阻燃抗静电聚烯烃母粒，其特征在于所述的抗静电剂为四针状晶须氧化锌，或是金属离子接枝或包覆的氧化锌。
5、按权利要求1所述的本色阻燃抗静电聚烯烃母粒，其特征在于所述的硼化物成炭剂为硼酸锌或四氟硼酸钠或四氟硼酸钾。
6、按权利要求1所述的本色阻燃抗静电聚烯烃母粒，其特征在于所述本色阻燃抗静电聚烯烃色母粒中还添加乙烯-醋酸乙烯共聚物和乙烯-丙烯酸酯共聚物，其加入量分别为各组份重量百分比总和的2～10％和3～15％。
7、按权利要求1所述的本色阻燃抗静电聚烯烃母粒，其特征在于所述本色阻燃抗静电聚烯烃色母粒中还添加脂肪酸金属皂类，为硬脂酸钙，硬脂酸锌，硬脂酸钡，硬脂酸镁的任一种，其加入量为各组份重量百分比总和的1～2％。
8、按权利要求1所述的本色阻燃抗静电聚烯烃母粒，其特征在于所述本色阻燃抗静电聚烯烃色母粒中还添加受阻酚类抗氧剂，为1010或1010与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物，其加入量为各组份重量百分比总和的0.5～1％。
9、按权利要求1所述的本色阻燃抗静电聚烯烃母粒，其特征在于所述本色阻燃抗静电聚烯烃色母粒中还添加分散剂，为低分子聚乙烯腊或低分子聚乙烯腊与乙烯-醋酸乙烯腊的复配物，其加入量为各组份重量百分比总和的5～10％。
10、按权利要求1或2，3所述的本色阻燃抗静电聚烯烃母粒，其特征在于所述的基体树脂先与纳米硅酸盐混合后，在双螺杆挤出机中挤出造粒成纳米复合材料，再与抗静电剂和包覆红磷阻燃剂及余下的所有材料捏合。
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