CN102977479A - 动态交联阻燃性氯化聚乙烯热塑性弹性体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种阻燃性氯化聚乙烯热塑弹性体的制备方法，由氯化聚乙烯、增塑剂、交联剂、阻燃剂组成，将上述氯化聚乙烯、增塑剂、交联剂和阻燃剂物理混合后，在双螺杆挤出机中加热到130-180℃进行融融共混，挤出并造粒，物料在挤出机中融融共混时间控制在3-5分钟，拉伸强度较大，断裂伸长率较大，压缩永久形变率较低，不含邻苯二甲酸酯系列增塑剂，使用安全。

Description

动态交联阻燃性氯化聚乙烯热塑性弹性体的制备方法

技术领域

本发明涉及作为电线和电缆绝缘材料的阻燃性聚氯乙烯弹性体的制备方法。

技术背景

聚氯乙烯弹性体是市场上广泛使用的弹性体材料，广泛应用于工业生产和人们生活的各个领域。电线和电缆绝缘材料也是其重要的应用领域之一，目前市面上大多数的低压电缆均采用聚氯乙烯作为其绝缘材料。聚氯乙烯热塑性弹性体作为绝缘材料，具有加工性能好，使用性能优良，价格低等显著优点。然而，由于聚氯乙烯弹性体在制备过程的大量添加剂的使用，例如含重金属稳定剂和含苯环系列增塑剂，以及聚氯乙烯本身的环境问题，在社会环保意识逐步增强的现实社会里，人们对于聚氯乙烯弹性体的使用产生了越来越多的忧虑。在这种情况下，利用氯化聚乙烯制备弹性体具有非常好的前景。

氯化聚乙烯具有弹性好，耐老化性能优良，易于加工等特点。然而氯化聚乙烯未交联弹性体的力学强度低，其拉伸强度在6MPa以下，永久性变在70%以上。耐温性能差，并且其使用温度低于60℃等缺陷，从而限制了其应用。

通过与聚烯烃进行共混提高弹性体的力学强度以及通过动态交联技术提高弹性的耐温性并降低其压缩永久变形是制备弹性体中最为关键的技术。在此基础上通过配合无机阻燃剂提高弹性体的阻燃性，并使其在燃烧条件下减少烟雾和有害气体的产生。弹性体产品可以用于电线电缆绝缘材料。

CN101935423A公开一种热塑性氯化聚乙烯线缆料,其按重量比包含：氯化聚乙烯100份、增强改性剂50-200份、增塑剂10-60份、填充剂50-300份、动态交联剂2-4份、硫化吸酸剂10-15份、颜料0-5份、助剂8-12份；其制备步骤包括：A、按重量比将氯化聚乙烯、增塑剂、填充剂、硫化吸酸剂、颜料、助剂加入到电热升温的密炼机中，在145-180℃下混炼15分钟，使物料混合均匀，再加入动态交联剂，反应5-10分钟，放料，冷却，粉碎切粒，得动态交联氯化聚乙烯；B、将上步所得动态交联氯化聚乙烯和增强改性剂加入搅拌混料机中，混匀，用单螺杆挤出造粒机在175-195℃挤出造粒，冷却，得成品。但该方法由于硫化过度，过多加入了增塑剂，得到的产品拉伸强度较小，容易断裂，断裂伸长率较小，压缩永久形变率高。并且加入了对环境不友好的含铅，含苯环增塑剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卫生清洁，拉伸强度大，断裂伸长率较大，压缩永久形变率较低的阻燃性氯化聚乙烯热塑弹性体的制备方法。

本发明的阻燃性氯化聚乙烯热塑弹性体由下述组分和重量百分比组成：

氯化聚乙烯50-80%；

增塑剂20-50%，是聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯-羰基共聚物、氯化石蜡中至少一种；

交联剂：是3-5%的酚醛树脂、0.3-0.8%的过氧化二异丙苯或者0.3-0.8%的叔丁基过氧化氢；

阻燃剂3-10%：是氢氧化镁、氢氧化铝、氧化镁、氧化铝或碳酸钙粉末的至少一种。

将上述氯化聚乙烯、增塑剂、交联剂和阻燃剂物理混合后，在双螺杆挤出机中加热到130-180℃进行融融共混，挤出并造粒，物料在挤出机中融融共混时间控制在3-5分钟。

本发明制备的弹性体的拉伸强度可以达到12MPa以上，压缩永久变形由未交联弹性体的70%左右降低到40以下，软化温度由60℃提高到100℃左右，邵氏硬度降低到75以下，能满足大多数情况下电缆的使用要求。能保持良好的加工性能，产品能够使用正常的热塑性塑料的加工方法进行加工。体系选用环保无害的无机物作为阻燃剂，改善体系的加工稳定性，对弹性体进行阻燃和抑烟。其弹性体的氧指数可以达到35以上，阻燃性能达到V-0级，同时在燃烧的情况下不产生有毒气体。弹性体的拉伸强度大于12MPa，断裂伸长率大于300%。体系中不含铅，镉等对人体有危害的重金属，同时体系中也不含邻苯二甲酸酯系列增塑剂，使弹性体产品具有环保和使用安全的特点。

具体实施方式

实例1：采用如下配方：氯化聚乙烯65%，线性低密度聚乙烯20%，EVA-CO树脂10%，MgO 2%，ZnO 2.5%，过氧化二异丙苯0.5%。

先将上述各组分进行机械混合，然后在双螺杆挤出机中加入到130-150℃下进行熔融混合，并且在混合过程中进行动态交联，所制备的共混物，物料在挤出机设备中的停留时间应控制在4分钟左右，太短不能实现良好的交联，太长容易交联过度。在上述工艺条件下制备的共混物具有如下的物理性能：

性能               单位               指标

拉伸强度         MPa                14

断裂伸长率       %                  ≥400

邵氏硬度                               73

压缩永久变形    %                  28

该产品在130-150℃范围内具有良好的加工性能，可以重复加工。在体系中选用线性低密度聚乙烯可以保证和氯化聚乙烯更好的相容性。

实例2：采用以下配方：氯化聚乙烯70%，聚丙烯20%，酚醛树脂5%，ZnO 3%，MgO 2%。

先将上述各组分进行物理混合，然后在双螺杆挤出机中在160至180℃下进行熔融共混，材料在设备中的停留时间控制在4分钟。熔融共混温度要准确控制，以保证聚丙烯的充分熔化，又要避免温度过高造成氯化聚乙烯的分解。控制停留时间保证动态流花的充分进行。共混物经过熔融共混造粒，经过注射成型进行性能测试，达到以下性能指标：

性能               单位               指标

拉伸强度         MPa                15.5

断裂伸长率       %                  ≥350

邵氏硬度                               76

压缩永久变形    %                  30

经过共混以后产品为微黄色，在100℃下仍然保持较好的强度和弹性，可以在140-160℃下进行反复加工。在聚丙烯的选用中最好选用共聚型的聚丙烯，这样可以使其和基体之间具有好的相容，加工温度也更接近。同时在聚丙烯的选择上要选择熔体指数较低的挤出级产品，较高的熔体粘度可以使体系更好的分散。聚丙烯改性产品相对而言硬度较高，为了调节硬度，可以适当添加增塑剂，以降低其邵氏硬度。

实例3：采用以下配方：氯化聚乙烯60%，氯化石蜡15%，乙烯-醋酸乙烯-羰基共聚物（EVA-CO）15%，酚醛树脂5%，ZnO 3%，MgO 2%。

上述体系采用和实例1相同的工艺经过熔融共混制成热塑性弹性体，具有弹性更好，硬度更低的特点。其邵氏硬度可以通过添加增塑剂来调节。增塑剂和氯化聚乙烯事先在高速混合机中进行混合，使氯化聚乙烯进行充分增塑。

上述的实例产物可以达到以下的主要性能指标：

性能               单位               指标

拉伸强度         MPa                16

断裂伸长率       %                  ≥450

邵氏硬度                               70

压缩永久变形    %                  30

氯化石蜡在上述体系中可以改善体系的弹性和降低硬度，但是也会降低体系的物理力学性能。

实例4：采用以下配方：氯化聚乙烯50%，氯化石蜡15%，EVA-CO 15%，碳酸钙10%，酚醛树脂5%，ZnO 3%，MgO 2%。

在此体系中碳酸钙事先经过干燥和表面改性，以保证碳酸钙在此体系中的良好分散效果。然后混合物在130至150℃下混合，并进行动态硫化。制备的弹性体力学性能好，表面光洁度高，弹性好。共混物具有以下物理力学性能：

性能               单位               指标

拉伸强度         MPa                15

断裂伸长率       %                  ≥400

邵氏硬度                               70

压缩永久变形    %                  32

氯化聚乙烯的含氯量在35%左右，在遇火的情况下会逐步分解，并会缓慢燃烧。在燃烧的情况下还会放出含氯气体—氯化氢。氯化氢有明显的刺激性和一定的毒性。因此在发明中，还着手解决了弹性体的阻燃和抑烟问题。采用金属氧化物或金属氢氧化物与弹性体进行复合，可以使弹性体达到阻燃的功效，同时可以吸收氯化聚乙烯热塑性弹性体在燃烧时放出的氯化氢。

Claims (1)

1.动态交联阻燃性氯化聚乙烯热塑弹性体的制备方法，其特征在于，该阻燃性氯化聚乙烯热塑弹性体由下述组分和重量百分比组成：

氯化聚乙烯50-80%；

增塑剂20-50%，是聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯-羰基共聚物、氯化石蜡中至少一种；

交联剂：是3-5%的酚醛树脂、0.3-0.8%的过氧化二异丙苯或者0.3-0.8%的叔丁基过氧化氢；

阻燃剂3-10%：是氢氧化镁、氢氧化铝、氧化镁、氧化铝或碳酸钙粉末的至少一种；

将所述氯化聚乙烯、增塑剂、交联剂和阻燃剂物理混合后，在双螺杆挤出机中加热到130-180℃进行融融共混，挤出并造粒，物料在挤出机中融融时间控制在3-5分钟。