CN102276888A - 用于动态硫化聚烯烃弹性体的无卤阻燃母粒及其制备方法 - Google Patents

用于动态硫化聚烯烃弹性体的无卤阻燃母粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于动态硫化聚烯烃弹性体的无卤阻燃母粒及其制备方法，原料包括以下组分及重量份含量：基体树脂100，阻燃剂300-400，成炭剂35-50，抗水解剂30-45，表面处理剂3-5，抗氧剂0.3-2，将表面处理剂与阻燃剂充分混合后处理阻燃剂，再与剩余的组分混合挤出造粒得到无卤阻燃母粒。与现有技术相比，本发明具有优良的阻燃性、高温高湿耐水性、绝缘性佳等特点，特别适合用于电器外壳、穿线管等在高温、高湿的环境下使用的部件。

Description

用于动态硫化聚烯烃弹性体的无卤阻燃母粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无卤阻燃母粒，尤其是涉及一种用于动态硫化聚烯烃弹性体的具有优良耐水性的无卤阻燃母粒及其制备方法。
背景技术
动态硫化热塑性弹性体是一种兼具橡胶弹性和热塑性塑料的熔体流动性与重复使用性能的材料。聚丙烯/三元乙丙橡胶(PP/EPDM，又称TPV)是最早应用于实际并走向市场的一类动态硫化热塑性弹性体。由于它既保持了EPDM的高弹性，克服了EPDM的混练粘辊性，又具有卓越的抗疲劳性、良好的耐磨性、较高的抗撕裂强度、极优的耐候及耐臭氧性，并且可以采用热塑性塑料加工设备和工艺进行加工，TPV已广泛应用于汽车电子电气、电线电缆、医疗器械、建筑包装等众多领域，逐步取代了PVC、硫化橡胶和软质塑料。但由于TPV易燃(LOI只有18)，这大大限制了其在某些领域的应用，因此对其阻燃性的研究意义重大。
常用的卤素阻燃剂是含氯或溴阻燃剂。然而卤素阻燃剂目前逐渐被“绿色”无卤阻燃剂取代，欧盟的《危害物质限制指令》等要求限制使用溴化和氯化添加剂，因此无卤阻燃TPV成为新的市场需求产品。目前多数研究停留在以无机氢氧化物或无机氢氧化物/红磷复配的阻燃体系上，如：200310112701.6和200910241605.9，该方法虽然可以得到阻燃性较好的阻燃TPV，但由于无机物的添加量大，导致阻燃TPV的机械性能下降较多，特别是表现在弹性上的损失。也有专利如200810110098.0采用氮磷系的膨胀型无卤阻燃体系来制备阻燃TPV，得到较好的阻燃和力学性能的平衡。
近年来，随着一些部件如电器外壳、穿线管等对TPV提出更高的要求，即不仅仅阻燃性能好，而且在高温、高湿的使用环境下仍然可以保持原有的阻燃性及力学性能。然而现有的阻燃TPV材料在高温、高湿的环境下使用一段时间即出现阻燃性、绝缘性、机械性能等各方面下降的情况，不能满足实际使用要求。解决这一问题的关键还在于阻燃剂的选择上。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有优良的阻燃性、高温高湿耐水性、绝缘性佳等特点的用于动态硫化聚烯烃弹性体的无卤阻燃母粒及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
用于动态硫化聚烯烃弹性体的无卤阻燃母粒，其特征在于，该无卤阻燃母粒由以下组分及重量份含量构成：
Figure BDA0000077728930000021
所述的基体树脂为聚丙烯/三元乙丙橡胶的动态硫化共混物PP/EPDM，又称TPV，硬度范围选择邵A50度-90度，优选邵A75度-80度。
所述的阻燃剂包括多聚磷酸胺或三聚氰胺类化合物。
所述的多聚磷酸胺为聚合度1200-2000的多聚磷酸胺；所述的三聚氰胺类化合物包括三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺氰脲酸盐或三聚氰胺氢溴酸。
所述的成炭剂包括笼状磷酸酯、笼状磷酸酯齐聚物、季戊四醇齐聚物或多羟基化合物。
所述的多羟基化合物包括六羟基三聚氰胺树脂、三羟乙基异氰酸酯、多羟基化合物磷酸脂、聚酯羟基化合物、二羟基聚醚或天然多羟基化合物。
所述的抗水解剂包括长链脂肪酸盐、纳米水滑石、金属氧化物或气相二氧化硅。
所述的表面处理剂包括硅油、硅酮、密胺、钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。
所述的抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168中的一种或两种。
用于动态硫化聚烯烃弹性体的无卤阻燃母粒的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)按照以下组分及重量份含量备料：
(2)按照配方要求将表面处理剂与阻燃剂充分混合后再与剩余的组分混合，加入到同向双螺杆挤出机中，控制双螺杆挤出机的螺杆长径比为32-48，挤出温度为160-220℃进行挤出造粒，对其进行水冷后牵引切粒或模面切粒或风冷切粒，即得到无卤阻燃母粒。
与现有技术相比，本发明由于对阻燃剂的聚合度进行了筛选降低了吸水性，并且抗水解剂抑制了加工过程中的水解分解，因此应用于TPV材料中具有优良的阻燃性、高温高湿耐水性、绝缘性佳等特点，特别适合用于电器外壳、穿线管等在高温、高湿的环境下使用的部件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
比较例
采用市面上比较通用的一种配比：TPV(邵A为75度)100，季戊四醇10，三聚氰胺氰尿酸盐10，聚磷酸铵15，硼酸锌7，钛酸酯偶联剂3，抗氧剂10101；
先将季戊四醇、三聚氰胺氰尿酸盐、聚磷酸铵、硼酸锌、钛酸酯偶联剂在高速混合机中混合，再与其余组分一同加入到同向双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机的螺杆长径比为40，双螺杆挤出机温度设定各区分别为160℃-180℃-180℃-190℃-200℃-210℃-210℃-220℃-220℃-220℃-220℃，对其进行水冷后牵引切粒。之后再注塑或挤出加工成各种测试样条进行测试。
采用UL94进行样条垂直燃烧性能评价，
采用UL1581进行成品电线VW-1的燃烧性能评价，
采用ISO 527进行机械性能的评价，
采用IEC 60093进行绝缘性能评价
以及采用UL746C，经过70℃、168h的高温水解实验后的阻燃性能、机械性能和绝缘性能的评价。
实施例1
按照以下组分及重量(kg)备料：TPV(邵A为75度)100，多聚磷酸铵(聚合度1500)250，三聚氰胺聚磷酸盐80，笼状磷酸酯50，气相二氧化硅35，钛酸酯偶联剂3，抗氧剂10101；
首先将阻燃剂与钛酸酯偶联剂在高速混合机中混合，再与其余组分一同加入到同向双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机的螺杆长径比为40，双螺杆挤出机温度设定各区分别为160℃-180℃-180℃-190℃-200℃-210℃-210℃-220℃-220℃-220℃-220℃，对其进行模面切粒，即得到无卤阻燃母粒。
再将此无卤阻燃母粒与TPV混合，其重量(kg)配比为：TPV(邵A为75度)：100，无卤阻燃母粒：70。通过注塑或挤出加工后，阻燃性能、机械性能、绝缘性能及高温水解后的评价方法参见比较例。
实施例2
按照以下组分及重量(kg)备料：TPV(邵A为80度)100，多聚磷酸铵(聚合度2000)300，三聚氰胺氰尿酸盐100，季戊四醇齐聚物45，纳米水滑石45，硅酮5，抗氧剂1010 1，抗氧剂168 1；
首先将阻燃剂与硅酮在高速混合机中混合，再与其余组分一同加入到同向双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机的螺杆长径比为48，双螺杆挤出机温度设定各区分别为160℃-180℃-180℃-190℃-200℃-210℃-210℃-220℃-220℃-220℃-220℃，对其进行水冷后牵引切粒，即得到无卤阻燃母粒。
再将此无卤阻燃母粒与TPV混合，其重量(kg)配比为：TPV(邵A为80度)：100，无卤阻燃母粒：45。通过注塑或挤出加工后，阻燃性能、机械性能、绝缘性能及高温水解后的评价方法参见比较例。
实施例3
按照以下组分及重量(kg)备料：TPV(邵A为80度)100，多聚磷酸铵(聚合度1200)230，三聚氰胺氢溴酸盐70，笼状磷酸酯齐聚物35，氧化铝30，密胺4，抗氧剂1010 0.3；
首先将阻燃剂与密胺在高速混合机中混合，再与其余组分一同加入到同向双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机的螺杆长径比为32，双螺杆挤出机温度设定各区分别为160℃-180℃-180℃-190℃-200℃-210℃-210℃-220℃-220℃-220℃-220℃，对其进行模面切粒，即得到无卤阻燃母粒。
再将此无卤阻燃母粒与TPV混合，其重量(kg)配比为：TPV(邵A为80度)：100，无卤阻燃母粒：100。通过注塑或挤出加工后，阻燃性能、机械性能、绝缘性能及高温水解后的评价方法参见比较例。
比较例及实施例1-例3的测试数据见表1。
表1 比较例与实施例的测试性能
Figure BDA0000077728930000051
由表1可见，实施例由于采用抑制水解的方案，经过高温水解实验后，其阻燃性能、机械性能、绝缘性能均能保持。而比较例则基本丧失了原有的性能，不能再满足使用要求。因此说明了实施例优于比较例，完全可以在高温高湿的环境下使用。
实施例4
按照以下组分及重量(kg)备料：TPV(邵A为80度)100，多聚磷酸铵(聚合度2000)270，三聚氰胺80，三羟乙基异氰酸酯45，长链脂肪酸盐40，硅烷偶联剂4，抗氧剂1010 7，抗氧剂168 3；
首先将阻燃剂与硅烷偶联剂在高速混合机中混合，再与其余组分一同加入到同向双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机的螺杆长径比为36，双螺杆挤出机温度设定各区分别为160℃-180℃-180℃-190℃-200℃-210℃-210℃-220℃-220℃-220℃-220℃，对其进行水冷后牵引切粒，即得到无卤阻燃母粒。

Claims (10)

1.用于动态硫化聚烯烃弹性体的无卤阻燃母粒，其特征在于，该无卤阻燃母粒由以下组分及重量份含量构成：
Figure FDA0000077728920000011
2.根据权利要求1所述的用于动态硫化聚烯烃弹性体的无卤阻燃母粒，其特征在于，所述的基体树脂为聚丙烯/三元乙丙橡胶的动态硫化共混物PP/EPDM，硬度范围选择邵A50度-90度，优选邵A75度-80度。。
3.根据权利要求1所述的用于动态硫化聚烯烃弹性体的无卤阻燃母粒，其特征在于，所述的阻燃剂包括多聚磷酸胺或三聚氰胺类化合物。
4.根据权利要求3所述的用于动态硫化聚烯烃弹性体的无卤阻燃母粒，其特征在于，所述的多聚磷酸胺为聚合度1200-2000的多聚磷酸胺；所述的三聚氰胺类化合物包括三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺氰脲酸盐或三聚氰胺氢溴酸。
5.根据权利要求1所述的用于动态硫化聚烯烃弹性体的无卤阻燃母粒，其特征在于，所述的成炭剂包括笼状磷酸酯、笼状磷酸酯齐聚物、季戊四醇齐聚物或多羟基化合物。
6.根据权利要求5所述的用于动态硫化聚烯烃弹性体的无卤阻燃母粒，其特征在于，所述的多羟基化合物包括六羟基三聚氰胺树脂、三羟乙基异氰酸酯、多羟基化合物磷酸脂、聚酯羟基化合物、二羟基聚醚或天然多羟基化合物。
7.根据权利要求1所述的用于动态硫化聚烯烃弹性体的无卤阻燃母粒，其特征在于，所述的抗水解剂包括长链脂肪酸盐、纳米水滑石、金属氧化物或气相二氧化硅。
8.根据权利要求1所述的用于动态硫化聚烯烃弹性体的无卤阻燃母粒，其特征在于，所述的表面处理剂包括硅油、硅酮、密胺、钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。
9.根据权利要求1所述的用于动态硫化聚烯烃弹性体的无卤阻燃母粒，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168中的一种或两种。
10.如权利要求1所述的用于动态硫化聚烯烃弹性体的无卤阻燃母粒的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)按照以下组分及重量份含量备料：
Figure FDA0000077728920000021
(2)按照配方要求将表面处理剂与阻燃剂充分混合后再与剩余的组分混合，加入到同向双螺杆挤出机中，控制双螺杆挤出机的螺杆长径比为32-48，挤出温度为160-220℃进行挤出造粒，对其进行水冷后牵引切粒或模面切粒或风冷切粒，即得到无卤阻燃母粒。
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