CN102675716A - 一种无机氢氧化物阻燃高密度聚乙烯材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无机氢氧化物阻燃高密度聚乙烯材料及其制备方法，在符合欧盟ROSE环保标准的基础上，不使用有机硅和消烟剂，保持了材料的综合性能，达到无烟阻燃的目的。本发明的技术方案是，一种无机氢氧化物阻燃高密度聚乙烯材料，材料按重量份数称取：高密度聚乙烯40～70份、Al(OH)₃20～40份、Mg(OH)₂10～20份、偶联剂0.1～0.3份、分散剂15～20份、氯化聚乙烯0.1～0.2份，抗氧剂0.1份。本发明是在保证HDPE机械性能的基础上，用无机氢氧化物（无卤阻燃剂）代替溴系阻燃剂，使其符合绿色无卤的要求，阻燃等级达到UL94-V0级。

Description

一种无机氢氧化物阻燃高密度聚乙烯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料，具体地说，涉及一种无机氢氧化物阻燃高密度聚乙烯材料及其制备方法。

背景技术

HDPE(高密度聚乙烯)具有优异的综合性能：良好的耐环境应力开裂，耐疲劳，高抗冲等。但HDPE的氧指数低属于易燃高分子材料，在使用和研究等领域存在很大的局限性，遇热和放电过程中极易燃烧。通过加入阻燃剂以达到阻燃目的。阻燃剂大致分为卤素阻燃剂和无卤阻燃剂两种。溴系阻燃剂是卤素阻燃剂中使用最广阻燃性高的一类，对产品的物理与机械性能影响小。但是卤素阻燃剂存在的缺陷是，在燃烧时产生大量烟雾及含卤的有毒、有害氢化物气体，造成二次灾害甚至危及人们的生命及财产安全。

无卤阻燃剂主要包括无机氢氧化物阻燃剂、无机磷系阻燃剂、氧化锑阻燃剂、钼化合物等。其中氢氧化铝在无卤阻燃剂中的消耗量最大。无机氢氧化物阻燃剂材料在燃烧时阻燃剂受热分解产生水分子，并吸收大量潜热使聚合物降解成低分子的速度减慢，减少了可燃气体的产生，达到阻燃效果。其中Al(OH)₃阻燃剂发展迅速广泛应用于各种材料，涂料、聚烯烃及部分橡胶制品中。我国已逐步开始研制和生产高效的Al(OH)₃阻燃剂。Mg(OH)₂比同类无卤阻燃剂的抑烟效果更好，适应性强能广泛应用于聚烯烃、共聚物中。Mg(OH)₂的阻燃抑烟性能、热稳定性等都高于目前使用量最大的Al(OH)₃阻燃剂。

该阻燃体系作为无机粉状填料加入到材料中无机相与高分子材料相容性差，添加阻燃剂的量越多阻燃效果越好。但是其不足是，可能引起材料的力学性能降低，大量填充能降低材料的强度和韧性等机械性能，同时阻燃材料体系的黏度会很大，对成型加工过程造成很大困难。为确保材料的阻燃效果和力学性能应添加相应量的偶联剂、分散剂等助剂。偶联剂钛酸酯能增大两相界面的相互作用力提高相容性。

相关的中国专利号：200810218493，该专利申请的名称为一种低烟无卤高效阻燃剂，技术方案是，各组分的含量(重量百分比)：偶联剂1.5％，复合增效剂10％，有机硅5％，复合无机阻燃剂75％，消烟剂8.5％。该专利申请说明称，它与聚烯烃类材料相溶性好，对聚烯烃类材料本有的伸长率和抗张强度影响较小，低烟无卤，绝缘性能、机械性能、阻燃效果优良。广泛用于电线电缆绝护缘套材料。

上述技术方案达到材料在燃烧时低烟无毒的目的广泛用于PVC、电线电缆绝护缘套材料。但是存在的不足是，添加的有机硅和消烟剂会提高材料的生产成本，消烟剂的加入也在一定程度上影响材料的性能限制了材料的使用范围。

发明内容

本发明提供了一种无机氢氧化物阻燃高密度聚乙烯材料及其制备方法，在符合欧盟ROSE环保标准的基础上，不使用有机硅和消烟剂，保持了材料的综合性能，达到无烟阻燃的目的。

本发明的目的是，在保证HDPE机械性能的基础上，用无机氢氧化物(无卤阻燃剂)代替溴系阻燃剂。使其符合绿色无卤的要求，阻燃等级达到UL 94-V0级。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是，一种无机氢氧化物阻燃高密度聚乙烯材料，所述材料按重量份数称取：高密度聚乙烯40～70份、Al(OH)₃ 20～40份、Mg(OH)₂ 10～20份、偶联剂0.1～0.3份、分散剂15～20份、氯化聚乙烯0.1～0.2份，抗氧剂0.1份。

所述偶联剂是钛酸酯或硅烷偶联剂中的至少一种。

所述分散剂是乙撑基双硬脂酰胺(EBS)、硬脂酸单甘油酯(GMS)，或三硬脂酸甘油酯(HTG)中的至少一种。

所述抗氧剂是抗氧剂1010、168或UV-2908中的至少一种。

一种无机氢氧化物阻燃高密度聚乙烯材料的制备方法，所述方法按照下述步骤进行：

①、将高密度聚乙烯、Al(OH)₃和Mg(OH)₂按规定量加入高速混合机初混；

②、将偶联剂、分散剂、氯化聚乙烯和抗氧剂按规定量加入高速混合机中，使高速混合机升温加热，温度范围为55-110℃；

③、加热10-20分钟后，高速混合机停机冷却至室温后；

④、加入双螺杆挤出机挤出、造粒。

无机氢氧化物阻燃剂的阻燃机理是阻燃剂受热后发生水解生成结晶水和氧化物，热分解出的结晶水蒸受热蒸发吸收热量成为水蒸气降低材料表面燃烧温度同时稀释了可燃气体，氧化物能隔绝空气阻止燃烧进行并具有抑烟的作用。Al(OH)₃受热分解三份结晶水阻燃效果好，Mg(OH)₂受热分解MgO的消烟作用显著，因此选择Al(OH)₃和Mg(OH)₂协同阻燃能同时达到低烟无毒阻燃的效果。

阻燃剂为无机填料，与HDPE的相容性差，大量填充会增大材料的黏度造成加工成型困难影响材料性能。为保证材料的力学性能应加入适量的偶联剂和增韧剂。偶联剂钛酸酯能显著提高阻燃体系的相容性，增韧剂CPE与HDPE结构相似相容性好能有效提高材料的强度。

附图说明

图1是本发明一种无机氢氧化物阻燃高密度聚乙烯材料的制备方法流程图。

具体实施方式

本发明一种无机氢氧化物阻燃高密度聚乙烯材料的实施例如下表，单位kg。

上述实施例1-5中的EBS为乙撑双硬脂酸酰胺，CPE为氯化聚乙烯。

上述实施例性能测试结果：

注：各测试项目均按相关国家标准进行(阻燃性按极限氧指数测试方法)

通过上表可以提出，本发明一种无机氢氧化物阻燃高密度聚乙烯材料的各项性能指标优良，用途范围拓宽。

参见图1，一种无机氢氧化物阻燃高密度聚乙烯材料的制备方法，所述方法按照下述步骤进行：

①、将高密度聚乙烯、Al(OH)₃和Mg(OH)₂按规定量加入高速混合机初混；

②、将偶联剂、分散剂、氯化聚乙烯和抗氧剂按规定量加入高速混合机中，使高速混合机升温加热，温度范围为55-110℃；

③、加热10-20分钟后，高速混合机停机冷却至室温后；

④、加入双螺杆挤出机挤出、造粒。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种无机氢氧化物阻燃高密度聚乙烯材料，其特征在于：所述材料按重量份数称取：高密度聚乙烯40～70份、Al(OH)₃20～40份、Mg(OH)₂10～20份、偶联剂0.1～0.3份、分散剂15～20份、氯化聚乙烯0.1～0.2份，抗氧剂0.1份。

2.根据权利要求1所述的一种无机氢氧化物阻燃高密度聚乙烯材料，其特征在于：所述偶联剂是钛酸酯或硅烷偶联剂中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种无机氢氧化物阻燃高密度聚乙烯材料，其特征在于：所述分散剂是乙撑基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯，或三硬脂酸甘油酯中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种无机氢氧化物阻燃高密度聚乙烯材料，其特征在于：所述抗氧剂是抗氧剂1010、168或UV-2908中的至少一种。

5.一种权利要求1-4中任意一项权利要求所述的一种无机氢氧化物阻燃高密度聚乙烯材料的制备方法，其特征在于，所述方法按照下述步骤进行：

①、将高密度聚乙烯、Al(OH)₃和Mg(OH)₂按规定量加入高速混合机初混；

②、将偶联剂、分散剂、氯化聚乙烯和抗氧剂按规定量加入高速混合机中，使高速混合机升温加热，温度范围为55-110℃；

③、加热10-20分钟后，高速混合机停机冷却至室温后；

④、加入双螺杆挤出机挤出、造粒。

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