CN102140192A

CN102140192A - 低烟无卤聚烯烃复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102140192A
Application number: CN 201110086281
Authority: CN
Inventors: 刘俊俊; 张勇
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2011-08-03

Abstract

一种防火材料技术领域的低烟无卤聚烯烃复合材料及其制备方法，其组分及含量为：聚烯烃20～60重量份、马来酸酐接枝聚烯烃20～60重量份、乙烯共聚物10～30重量份、氢氧化镁100～180重量份以及阻燃协效剂0～20重量份。本发明制备得到的复合材料在保持聚烯烃树脂原有性能的基础上具有良好的阻燃性能，使得力学性能和阻燃性能达到一个最优比。

Description

低烟无卤聚烯烃复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种防火材料技术领域的材质及其制备方法，具体是一种低烟无卤聚烯烃复合材料及其制备方法。

背景技术

现今，聚烯烃复合材料应用广泛，但聚烯烃材料普遍具有易燃的缺点。以聚乙烯(PE)为例，作为世界五大通用塑料之一，聚乙烯具有质轻、无毒，价格低廉，耐化学腐蚀，同时加工成型方便等特点，但其极限氧指数仅为18，在遇热和放电过程中极易燃烧且产生大量烟雾。

聚烯烃类材料阻燃性能上的缺陷限制了它的应用，因此需要对其进行阻燃改性。

近年来，鉴于环保和人类健康方面的考虑，低发烟量和无毒性的无卤阻燃剂逐渐代替了含卤阻燃剂，其中常用的有无机氢氧化物，如氢氧化镁和氢氧化铝，应用广泛。但是聚烯烃材料要达到满意的阻燃性能，氢氧化物的添加量大，由于界面相容性差，影响材料的力学性能和加工性能。

要提高材料的综合性能，可从两方面入手，一是提高界面相容性，二是采用与其他阻燃协效剂复配提高氢氧化物的阻燃效率，降低其用量。

经过对现有技术的检索发现，何继辉在《塑料工业》2009年6月第37卷增刊S1上报导了用线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和马来酸酐接枝聚乙烯作为树脂基体，氢氧化镁和氢氧化铝比例为2∶1为主阻燃剂，加入自制的含硅阻燃剂SFR-H制备无卤阻燃材料。其中阻燃剂总添加量为50％不变，当SFR-H质量分数从0增加到10％时，共混物的极限氧指数从32％上升到40％。

周素蓉在《塑料工业》2000年第28卷第一期上报导了有机硅在无卤阻燃乙烯-醋酸乙烯酯树脂中的应用。有机硅添加量从0增加到5％，极限氧指数从33％增加到45％。

中国专利文献号CN 101033314A公开了一种无卤阻燃聚丙烯复合材料，以聚丙烯作为基体材料，加入纳米氢氧化镁作为阻燃剂，同时加入有机硅树脂作为协效阻燃剂，当重量份数比为64∶30∶6时，共混物氧指数为34.2％，UL94垂直燃烧试验达V0级，拉伸强度比纯聚丙烯下降28％。

已有技术中无卤阻燃剂在氢氧化物高填充下，加入有机硅树脂均能一定程度的提高阻燃性能，但难于制备兼有强度高而阻燃性能又优异的无卤阻燃材料。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种低烟无卤聚烯烃复合材料及其制备方法，制备得到的复合材料在保持聚烯烃树脂原有性能的基础上具有良好的阻燃性能，使得力学性能和阻燃性能达到一个最优比。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种低烟无卤聚烯烃复合材料，其组分及含量为：聚烯烃20～60重量份、马来酸酐接枝聚烯烃20～60重量份、乙烯共聚物10～30重量份、氢氧化镁100～180重量份以及阻燃协效剂0～20重量份。

所述的聚烯烃为：线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯或低密度聚乙烯中的一种或其组合，其中：线性低密度聚乙烯的密度为0.91-0.92g/cm³；高密度聚乙烯的密度为0.954-0.962g/cm³；低密度聚乙烯的密度为0.90-0.925g/cm³。

所述的马来酸酐接枝聚烯烃为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物，马来酸酐接枝率为0.8-1.5％；

所述的乙烯共聚物为丙烯酸含量为8.5-10.5wt％的乙烯-丙烯酸共聚物。

所述的氢氧化镁的粒径＜2μm且质量百分比纯度＞90％。

所述的阻燃协效剂为有机硅树脂，在空气中热重至700℃残炭为80～88％，该阻燃协效剂中进一步含有氮、磷以及硼等元素。

本发明涉及上述低烟无卤聚烯烃复合材料的制备方法，通过将聚烯烃、马来酸酐接枝聚烯烃以及乙烯共聚物共混后作为基体树脂并加入作为主阻燃剂氢氧化镁以及阻燃协效剂进行混炼，最后经热压处理制备得到低烟无卤聚烯烃复合材料。

所述的氢氧化镁的用量为100～180重量份，有机硅树脂的用量为0～20重量份，基体树脂的用量为100重量份。

所述的基体树脂中聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物以及乙烯-丙烯酸共聚物的比例为20～50∶20～50∶10～30。

所述的混炼是指：采用密炼机在130～200℃的共混温度下混炼5～25分钟，密炼机转速为20～100转/分钟。

所述的热压处理是指：将混炼后复合材料置入模具中，依次在200～250℃下预热5～20分钟、在15MPa下热压3～10分钟，再冷压3～10分钟成型。

本发明制备得到的聚烯烃复合材料的氧指数从36％提高到了46％；拉伸强度从14.6MPa提高到17.7MPa；断裂伸长率从45.2％提高到79.2％。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

以下实施例所用材料如下：

线性低密度聚乙烯(LLDPE)：FB-18D022，中国石油化工公司吉林石化分公司产品，密度0.91-0.92g/cm³。

马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-MAH)，上海日之升公司产品，马来酸酐接枝率为1％。

乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)：1430，美国陶氏化学产品，丙烯酸含量8.5-10.5％。

氢氧化镁(Mg(OHD₂)：YZ-GX105，大连亚泰公司产品，粒径＜2um，Mg(OH)₂含量＞94％。

有机硅(organosilicon)：FR-1，Dow Corning产品。

测试方法：

力学性能测试：按照GB/T 1040-92进行拉伸力学性能测试。

燃烧性能测试：按照GB/T 2406-1993的氧指数测定标准来测定。

比较例1～2，实施例3～7

一种高阻燃性能的低烟无卤聚烯烃复合材料，其原材料配方(重量份)如表1

表1

原料	比较例1	比较例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							LLDPE	40	40	40	40	40	40
POE-MAH	40	40	40	40	40	40
							EAA	20	20	20	20	20	20
Mg(OH)₂	150	150	150	150	150	150
							organosilicon	0	15	3	5	8	10

上述聚烯烃复合材料的制备方法为：

将LLDPE，POE-MAH，EAA，Mg(OH)₂和organosilicon按表1比例预先混合均匀，然后在上海科创橡塑有限公司ASS-300密炼机中熔融共混。共混温度为180℃，转速为80rpm，共混时间为10min。

1.将所得试样置于模具中，于200℃下预热10min，然后在15MPa下热压5min，再冷压5min成型，按GB/T标准制样，对材料进行性能测试。

其性能检测如表2：

表2

性能	单位	比较例1	比较例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
								拉伸强度	MPa	14.6	16.7	16.7	17.7	17.5	16.6
断裂伸长率	％	45.2	70.5	67.2	71.1	79.2	67.9
								氧指数	％	36	46	40	41	43	44

按实施例3～7方法制得的聚烯烃复合材料，力学性能良好，随着有机硅含量的增加，复合材料的极限氧指数明显增大，说明有机硅协效阻燃效果显著。所有实施例中的氧指数均大于40％，具有优秀的无卤阻燃性能。可望用于电缆、包装以及建材等领域。

Claims

1.一种低烟无卤聚烯烃复合材料，其特征在于，其组分及含量为：聚烯烃20～60重量份、马来酸酐接枝聚烯烃20～60重量份、乙烯共聚物10～30重量份、氢氧化镁100～180重量份以及阻燃协效剂0～20重量份。

2.根据权利要求1所述的低烟无卤聚烯烃复合材料，其特征是，所述的聚烯烃为：线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯或低密度聚乙烯中的一种或其组合，其中：线性低密度聚乙烯的密度为0.91-0.92g/cm³；高密度聚乙烯的密度为0.954-0.962g/cm³；低密度聚乙烯的密度为0.90-0.925g/cm³。

3.根据权利要求1所述的低烟无卤聚烯烃复合材料，其特征是，所述的马来酸酐接枝聚烯烃为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物，马来酸酐接枝率为0.8-1.5％。

4.根据权利要求1所述的低烟无卤聚烯烃复合材料，其特征是，所述的乙烯共聚物为丙烯酸含量为8.5-10.5wt％的乙烯-丙烯酸共聚物。

5.根据权利要求1所述的低烟无卤聚烯烃复合材料，其特征是，所述的氢氧化镁的粒径＜2μm且质量百分比纯度＞90％。

6.根据权利要求1所述的低烟无卤聚烯烃复合材料，其特征是，所述的阻燃协效剂为有机硅树脂，在空气中热重至700℃残炭为80～88％。

7.一种根据上述任一权利要求所述低烟无卤聚烯烃复合材料的制备方法，其特征在于，通过将聚烯烃、马来酸酐接枝聚烯烃以及乙烯共聚物共混后作为基体树脂并加入作为主阻燃剂氢氧化镁以及阻燃协效剂进行混炼，最后经热压处理制备得到低烟无卤聚烯烃复合材料。

8.根据权利要求7所述的高阻燃性能低烟无卤聚烯烃复合材料的制备方法，其特征是，所述的基体树脂中聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物以及乙烯-丙烯酸共聚物的重量比例为20～50∶20～50∶10～30。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征是，所述的混炼是指：采用密炼机在130～200℃的共混温度下混炼5～25分钟，密炼机转速为20～100转/分钟。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征是，所述的热压处理是指：将混炼后复合材料置入模具中，依次在200～250℃下预热5～20分钟、在15MPa下热压3～10分钟，再冷压3～10分钟成型。