CN101407605A - 聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料 - Google Patents

聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料 Download PDF

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Abstract

聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料，它涉及一种阻燃材料。本发明解决了现有的阻燃剂在燃烧过程中释放出毒性气体的问题。本发明材料按重量份数由65－80份的树脂基复合材料、20－35份的无卤膨胀阻燃剂、0.5－2.0份的加工助剂和0－1份的抗滴落剂组成。本发明材料中不含卤族元素，燃烧后的产物无有毒气体，与现有聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料相比，本发明材料的氧指数可达30以上，阻燃性能可达UL94标准的V0级。

Description

聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料
技术领域
本发明涉及一种阻燃材料。
背景技术
聚乙烯(PE)包括线型低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)具有优异的电绝缘性能、机械性能、无毒、耐化学腐蚀性等优点，特别是LLDPE大量被应用于电线电缆护套材料。但PE的阻燃性能差，其氧指数(LOI)仅为17，在火灾中以PE为原料的绝缘电线电缆往往使火焰蔓延。
为了解决聚乙烯和聚烯烃共聚物的易燃性，一般是往其中添加阻燃剂，主要阻燃剂包括卤素阻燃剂和金属氢氧化物两类。金属氢氧化物阻燃剂，属于一种环境友好型阻燃剂，但由于添加量大、与基体材料相容性差、对材料物理机械性能影响大等方面，从而在很大程度上严重限制了其在材料中的应用；对于卤素阻燃剂，虽然它的阻燃效果非常好，但由于在燃烧过程中释放出毒性气体如二噁英等，对环境和人体造成很大的危害，欧盟在2006年开始实施《ROHS指令》，人们逐渐放弃了对它的使用，开始研究寻找适用于高分子材料阻燃的无卤、低烟、低毒、环保高效阻燃剂。无卤膨胀阻燃剂就是在这样的情况下被提出，近些年来得到高度重视和发展，成为最为活跃的阻燃研究领域之一。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的阻燃剂在燃烧过程中释放出毒性气体的问题，提供了一种聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料。
本发明聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料按重量份数由65-80份的树脂基复合材料、20-35份的无卤膨胀阻燃剂、0.5-2.0份的加工助剂和0-1份的抗滴落剂组成。
本发明中所述的所述的树脂基复合材料为聚乙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯中的一种或两者的共混物；树脂基复合材料为共混物，按重量份数由60-86重量份的聚乙烯与14-40重量份的聚乙烯醋酸乙烯酯组成；所述的聚乙烯为线型低密度聚乙烯、低密度聚乙烯或高密度聚乙烯；所述的无卤膨胀阻燃剂按重量份数由10-60份的三嗪系成炭-发泡剂、40-90份的聚磷酸铵和0-15份的阻燃协效剂组成；所述的三嗪系成炭-发泡剂的结构式为：
Figure A20081020953200051
结构式中N(H)m1(ROH)m2表示羟烷胺类物质，m1＝0或1，m2＝2或1，R＝(CH2)n1，n1＝1～6；X表示二胺类物质，为哌嗪、或NHR1NH，R1＝(CH2)n2，n2＝1～6；Y表示二胺类物质，为哌嗪、
Figure A20081020953200053
或NHR1NH，R1＝(CH2)n2，n2＝1～6；m表示聚合度，n表示聚合度；三嗪系成炭-发泡剂的结构式为：
Figure A20081020953200054
Figure A20081020953200061
上述结构式中n表示聚合度；所述的聚磷酸铵为高聚合度结晶II型的聚磷酸铵，结构式为：
Figure A20081020953200062
其中聚合度n≥1500；所述的阻燃协效剂为4A分子筛、二氧化硅、蒙脱土或有机蒙脱土；所述的加工助剂按重量份数由20-30份的抗氧剂1010、20-30份的N，N-乙撑双硬脂酸酰胺EBS和30-50份的PE蜡组成；所述的抗滴落剂为SN-3300抗滴落剂。
本发明材料中不含卤族元素，燃烧后的产物无有毒气体，与现有聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料相比，本发明的聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料的氧指数可达30以上，阻燃性能可达UL94标准的V0级。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料按重量份数由65-80份的树脂基复合材料、20-35份的无卤膨胀阻燃剂、0.5-2.0份的加工助剂和0-1份的抗滴落剂组成。
本实施方式中将聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料上述各组分在高速混合机中混合后，再在双螺杆挤出机中进行共混、挤出、拉条、切粒，即得聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料，其中双螺杆挤出机各区温度为160℃、170℃、185℃、190℃、190℃和185℃，螺杆转速为20MHz。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料按重量份数由68-75份的树脂基复合材料、22-30份的无卤膨胀阻燃剂、0.8-1.8份的加工助剂和0.5份的抗滴落剂组成。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料按重量份数由70份的树脂基复合材料、25份的无卤膨胀阻燃剂、1份的加工助剂和0.5份的抗滴落剂组成。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料按重量份数由65-80份的树脂基复合材料、20-35份的无卤膨胀阻燃剂、1份的加工助剂和0.1份的抗滴落剂组成。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的树脂基复合材料为聚乙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)中的一种或两者的共混物。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的树脂基复合材料为共混物，按重量份数由60-86重量份的聚乙烯与14-40重量份的聚乙烯醋酸乙烯酯组成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的树脂基复合材料为聚乙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯或由70-78重量份的聚乙烯与20-30重量份的聚乙烯醋酸乙烯酯组成的共混物。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的树脂基复合材料为聚乙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯或由75重量份的聚乙烯与28重量份的聚乙烯醋酸乙烯酯组成的共混物。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五不同的是所述的聚乙烯为线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)或低密度聚乙烯(LDPE)。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是无卤膨胀阻燃剂按重量份数由10-60份的三嗪系成炭-发泡剂、40-90份的聚磷酸铵和0-15份的阻燃协效剂组成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式十不同的是所述的三嗪系成炭-发泡剂的结构式为：
Figure A20081020953200081
结构式中N(H)m1(ROH)m2表示羟烷胺类物质，m1＝0或1，m2＝2或1，R＝(CH2)n1，n1＝1～6；X表示二胺类物质，为哌嗪、
Figure A20081020953200082
或NHR1NH，R1＝(CH2)n2，n2＝1～6；Y表示二胺类物质，为哌嗪、
Figure A20081020953200083
或NHR1NH，R1＝(CH2)n2，n2＝1～6；m表示聚合度，n表示聚合度。其它与具体实施方式十相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式十不同的是所述的三嗪系成炭-发泡剂的结构式为：
上述结构式中n表示聚合度。其它与具体实施方式十相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式十不同的是所述的聚磷酸铵为高聚合度结晶II型的聚磷酸铵，结构式为：
Figure A20081020953200091
其中聚合度n≥1500。其它与具体实施方式十相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十不同的是阻燃协效剂为4A分子筛、二氧化硅、蒙脱土或有机蒙脱土。其它与具体实施方式十相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一不同的是无卤膨胀阻燃剂按重量份数由15-40份的三嗪系成炭-发泡剂、45-85份的聚磷酸铵(APP)和5-9份的阻燃协效剂组成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一不同的是无卤膨胀阻燃剂按重量份数由15-55份的三嗪系成炭-发泡剂、60-85份的聚磷酸铵和3-13份的阻燃协效剂组成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一不同的是无卤膨胀阻燃剂按重量份数由25-45份的三嗪系成炭-发泡剂、65-75份的聚磷酸铵和5-10份的阻燃协效剂组成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一不同的是无卤膨胀阻燃剂按重量份数由30份的三嗪系成炭-发泡剂、70份的聚磷酸铵和8份的阻燃协效剂组成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的加工助剂按重量份数由20-30份的抗氧剂1010、20-30份的N，N-乙撑双硬脂酸酰胺EBS和30-50份的PE蜡组成。。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的加工助剂按重量份数由30份的抗氧剂1010、30份的N，N-乙撑双硬脂酸酰胺EBS和40份的PE蜡组成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的抗滴落剂为SN-3300抗滴落剂。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式所用的抗滴落剂为市售的广州熵能聚合物有限公司生产的型号为SN-3300的抗滴落剂。
具体实施方式二十二：本实施方式中对聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料的阻燃性能和力学性能和现有以纳米氢氧化铝(Al(OH)3)为阻燃剂的阻燃材料的阻燃性能和力学性能进行测试，测试方法中氧指数测试按GB/T2406-1993《塑料燃烧性能试验方法——氧指数》进行测试，垂直燃烧测试按GBT2408-1996《料燃烧性能试验方法——水平法和垂直法》进行测试，拉伸强度测试按GB/T16421-1996《塑料拉伸性能小试样试验方法》进行测试，弯曲强度测试按GB/T16419-1996《塑料弯曲性能小试样试验方法》进行测试，测试结果如表1、表2、表3和表4，表1、表2和表3中的CFA-1代表
Figure A20081020953200101
CFA-2代表
Figure A20081020953200102
CFA-3代表
Figure A20081020953200103
上述结构式中n表示聚合度。
表1
Figure A20081020953200104
Figure A20081020953200111
由表1看出采用聚乙烯作为聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料，氧指数仅为17.1-17.3，本发明的聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料，氧指数可达33.2，阻燃性能可达UL94标准的V0级。
表2
Figure A20081020953200122
由表2看出采用聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)作为聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料，氧指数仅为19.0-19.5，本发明的聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料，氧指数可达36.5，阻燃性能可达UL94标准的V0级。
表3
Figure A20081020953200132
Figure A20081020953200141
由表3看出本发明的聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料，氧指数可达30以上，阻燃性能可达UL94标准的V0级。
表4
Figure A20081020953200142
Figure A20081020953200151
由表4看出现有阻燃材料氧指数最高为22.5，氧指数小于27，阻燃性能仅仅可以达到UL94标准的V1级。

Claims (10)

1、一种聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料，其特征在于聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料按重量份数由65-80份的树脂基复合材料、20-35份的无卤膨胀阻燃剂、0.5-2.0份的加工助剂和0-1份的抗滴落剂组成。
2、根据权利要求1所述的聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料，其特征在于所述的树脂基复合材料为聚乙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯中的一种或两者的共混物；树脂基复合材料为共混物，树脂基复合材料按重量份数由60-86重量份的聚乙烯与14-40重量份的聚乙烯醋酸乙烯酯组成。
3、根据权利要求2所述的聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料，其特征在于所述的聚乙烯为线型低密度聚乙烯、低密度聚乙烯或高密度聚乙烯。
4、根据权利要求1所述的聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料，其特征在于所述的无卤膨胀阻燃剂按重量份数由10-60份的三嗪系成炭-发泡剂、40-90份的聚磷酸铵和0-15份的阻燃协效剂组成。
5、根据权利要求4所述的聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料，其特征在于所述的三嗪系成炭-发泡剂的结构式为：
Figure A2008102095320002C1
结构式中N(H)m1(ROH)m2表示羟烷胺类物质，m1＝0或1，m2＝2或1，R＝(CH2)n1，n1＝1～6；X表示二胺类物质，为哌嗪、
Figure A2008102095320002C2
或NHR1NH，R1＝(CH2)n2，n2＝1～6；Y表示二胺类物质，为哌嗪、
Figure A2008102095320002C3
或NHR1NH，R1＝(CH2)n2，n2＝1～6；m表示聚合度，n表示聚合度。
6、根据权利要求4所述的聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料，其特征在于所述的三嗪系成炭-发泡剂的结构式为：
上述结构式中n表示聚合度。
7、根据权利要求4所述的聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料，其特征在于所述的聚磷酸铵为高聚合度结晶II型的聚磷酸铵，结构式为：
Figure A2008102095320003C2
其中聚合度n≥1500。
8、根据权利要求4所述的聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料，其特征在于所述的阻燃协效剂为4A分子筛、二氧化硅、蒙脱土或有机蒙脱土。
9、根据权利要求1所述的聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料，其特征在于所述的加工助剂按重量份数由20-30份的抗氧剂1010、20-30份的N，N-乙撑双硬脂酸酰胺EBS和30-50份的PE蜡组成。
10、根据权利要求1所述聚乙烯及其共聚物膨胀阻燃材料，其特征在于所述的抗滴落剂为SN-3300抗滴落剂。
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