CN103205051B - 低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃及其制备方法。本发明提供一种低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃，由下列各组分及重量份组成：聚烯烃树脂18-49份，热塑性弹性体5-40份，阻燃剂25-72份，不饱和硅烷0.045-1.35份，交联引发剂0.019-0.45份，催化剂0.05-1份。本发明可得到具有较好加工性能的低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃电缆绝缘料，该材料可在室温下长期放置交联，也可温水加速交联。所得电缆绝缘层表面平整光滑，且符合GB/T17650.2、GB/T18380标准的要求。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃及其制备方法。
背景技术
硅烷交联法在目前交联聚乙烯电缆料各种制造方法中具有明显投资优势的一种技术。因此近年来该技术在我国电缆行业得到了广泛重视，也获得了较快发展。但硅烷交联聚乙烯制备过程中由于引入了硅烷并在体系中形成了接枝、交联结构，材料在加工过程中熔体流动性往往较差，如向其中加入少量填料将导致无法顺利挤出，且所得制品存在表面性能差等问题。
另外，随着人们环保意识的提高和我国社会经济建设步伐的加快，低烟无卤阻燃电缆被广泛地应用在高层建筑、地铁、发电厂、核电站及隧道等重要部门及公共场所。当发生火灾时，电缆燃烧时不释放腐蚀性气体，并且透光性良好，对救援工作有很大的帮助，在很大程度上可以减少人员伤亡和财产损失。但目前广泛使用的低烟无卤阻燃体系都存在阻燃剂添加量大、难以与电缆综合力学性能相兼顾的问题。
尽管一些专利中提及了将阻燃剂简单加入到硅烷接枝的聚合物A/聚合物B料配方中实现阻燃的技术，但由于基体树脂流动性差，加入阻燃剂后材料基本无法顺利挤出，使得这些技术均无法在实际生产中顺利实现。目前市场上还没有成熟的具有低烟无卤阻燃功能的硅烷交联聚乙烯。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：提供一种低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃材料，所得低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃可作电缆料及管道材料，符合GB/T17650.2、GB/T18380标准的要求。
本发明的技术方案：
本发明提供一种低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃，由下列各组分及重量份组成：
聚烯烃树脂18-49份，热塑性弹性体5-40份，阻燃剂25-72份，不饱和硅烷0.045-1.35份，交联引发剂0.019-0.45份，催化剂0.05-1份。
所述聚烯烃树脂为线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯或聚丙烯中的至少一种。优选的，所述聚烯烃树脂密度为0.8-1.0g/cm3、熔融指数0.2-5g/10min。
所述热塑性弹性体为乙烯丁烯共聚物、乙烯辛烯共聚物、醋酸乙烯酯、乙丙橡胶或丁二烯共聚物中的至少一种。优选的，所述热塑性弹性体的熔融指数≥20g/10min。
所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇或蒙脱土中的至少一种。
所述不饱和硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙酰氧基硅烷。
所述交联引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、1,1-二叔丁基过氧化环己烷中的至少一种。
所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二甲基锡、二辛基锡、四苯基锡、氧化锌、氧化锡、辛酸亚锡、烷基苯磺酸、有机钛螯合物、苯醌或苯乙烯中的至少一种。
本发明还提供了上述低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃的制备方法，包括如下步骤：
(1)硅烷接枝聚烯烃的制备：将聚烯烃树脂、交联引发剂与不饱和硅烷熔融共混得硅烷接枝聚烯烃；
(2)催化剂母料的制备：将聚烯烃树脂与催化剂熔融共混得催化剂母料；
(3)阻燃剂母料的制备：将热塑性弹性体与阻燃剂熔融共混得阻燃剂母料；
(4)将步骤(1)-(3)制得的硅烷接枝聚烯烃、催化剂母料和阻燃剂母料熔融共混制得低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃；
其中，各原料及其重量配比为：聚烯烃树脂18-49份，热塑性弹性体5-40份，阻燃剂25-72份，不饱和硅烷0.045-1.35份，交联引发剂0.019-0.45份，催化剂0.05-1份；且步骤(4)中硅烷接枝聚烯烃与催化剂母料的重量配比为：硅烷接枝聚烯烃19-45份、催化剂母料1-5份。
优选的，低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃的制备方法中的步骤(4)中硅烷接枝聚烯烃、催化剂母料和阻燃剂母料的重量配比为：硅烷接枝聚烯烃19-45份、催化剂母料1-5份、阻燃剂母料50-80份。
本发明的有益效果：
采用本发明配方可得到具有较好加工性能的低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃(聚乙烯)电缆绝缘料，该材料可在室温下长期放置交联，也可温水加速交联。所得电缆绝缘层表面平整光滑，符合GB/T17650.2、GB/T18380标准的要求。本发明解决了低烟无卤阻燃剂大添加量与硅烷接枝料流动性差的矛盾，同时利用弹性体的引入有效改善了阻燃剂与基体的界面结合能力，使大量添加阻燃剂后材料的机械性能没有明显的劣化，寻找到如何将低烟无卤阻燃技术与硅烷交联技术有效地结合在一起，并得到一种可工业实施的低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃电缆料的生产工艺。
具体实施方式
本发明提供一种低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃，由下列各组分及重量份组成：
聚烯烃树脂18-49份，热塑性弹性体5-40份，阻燃剂25-72份，不饱和硅烷0.045-1.35份，交联引发剂0.019-0.45份，催化剂0.05-1份。
本发明还提供了上述低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃的制备方法，包括如下步骤：
(1)硅烷接枝聚烯烃的制备：将聚烯烃树脂、交联引发剂与不饱和硅烷熔融共混，获得硅烷接枝聚烯烃；
(2)催化剂母料的制备：将聚烯烃树脂与催化剂熔融共混得催化剂母料；
(3)阻燃剂母料的制备：将热塑性弹性体与阻燃剂熔融共混得阻燃剂母料；
(4)将步骤(1)-(3)制得的硅烷接枝聚烯烃、催化剂母料和阻燃剂母料熔融共混制得低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃；
其中，各原料及其重量配比为：聚烯烃树脂18-49份，热塑性弹性体5-40份，阻燃剂25-72份，不饱和硅烷0.045-1.35份，交联引发剂0.019-0.45份，催化剂0.05-1份；且步骤(4)中硅烷接枝聚烯烃与催化剂母料的重量配比为：硅烷接枝聚烯烃19-45份、催化剂母料1-5份；上述熔融共混指在各原料熔点之上分解温度之下进行机械共混。
优选的，低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃的制备方法的步骤(4)中硅烷接枝聚烯烃、催化剂母料和阻燃剂母料的重量配比为：硅烷接枝聚烯烃19-45份、催化剂母料1-5份、阻燃剂母料50-80份。更优选为38：2：60。
以下通过具体实施例的方式对本发明做进一步详述。
实施例1
原料及其配比：
线性低密度聚乙烯49份，乙烯丁烯共聚物23.2份，阻燃剂（聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇、蒙脱土的混合物，其中聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇、蒙脱土的重量配比为3：1：1：1）25份，乙烯基三甲氧基硅烷1.35份，过氧化二异丙苯0.45份，二月桂酸二丁基锡1份。
制备方法：
(1)硅烷接枝聚乙烯的制备：将线性低密度聚乙烯(1.59份)、过氧化二异丙苯与乙烯基三甲氧基硅烷混合，在挤出机中共混挤出制得硅烷接枝聚乙烯共混物，挤出机各段温度为130℃、160℃、170℃、180℃，转速设置为55rpm；
(2)催化剂母料的制备：将线性低密度聚乙烯(47.41份)与二月桂酸二丁基锡按上述配比混合，在挤出机中共混挤出制得催化剂母料，挤出机各段温度为130℃、160℃、170℃、180℃，转速设置为55rpm；
(3)阻燃剂母料的制备：将乙烯丁烯共聚物与阻燃剂在密炼机中于180℃下共混12分钟，得阻燃剂母料；
(4)将步骤(1)-(3)制得的硅烷接枝聚乙烯、催化剂母料和阻燃剂母料熔融挤出，挤出机各段温度为130℃、160℃、170℃、180℃，转速设置为55rpm，挤出后并将制品在80℃温水中浸泡2小时后制得低烟无卤阻燃硅烷交联聚乙烯产品。本实施例中，硅烷接枝聚烯烃与催化剂母料的总比例是19：1。
将上述得到的低烟无卤阻燃硅烷交联聚乙烯合金料进行电缆成型试验，各项具体指标如表1所示。
实施例2
原料及配比：低密度聚乙烯18份，丁二烯共聚物8份，氢氧化铝72份，乙烯基三乙氧基硅烷0.045份，过氧化苯甲酰0.019份，辛酸亚锡0.05份。
具体制备方法同实施例1，硅烷接枝聚烯烃与催化剂母料的总比例是9：1。所得产品性能指标如表1所示。
实施例3
原料及配比：聚丙烯39份，乙丙橡胶12份，氢氧化镁48份，乙烯基三乙酰氧基硅烷0.8份，1,1-二叔丁基过氧化环己烷0.08份，催化剂0.2份。
具体制备方法同实施例1，硅烷接枝聚烯烃与催化剂母料的总比例是10：1。所得产品性能指标如表1所示。
表1实施例的产品性能指标
Claims (9)
1.低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃，其特征在于，其由下列各组分及重量份组成：
聚烯烃树脂18-49份，热塑性弹性体5-40份，阻燃剂25-72份，不饱和硅烷0.045-1.35份，交联引发剂0.019-0.45份，催化剂0.05-1份；所述的低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃的制备方法，包括如下步骤：
(1)硅烷接枝聚烯烃的制备：将聚烯烃树脂、交联引发剂与不饱和硅烷熔融共混得硅烷接枝聚烯烃；
(2)催化剂母料的制备：将聚烯烃树脂与催化剂熔融共混得催化剂母料；
(3)阻燃剂母料的制备：将热塑性弹性体与阻燃剂熔融共混得阻燃剂母料；
(4)将步骤(1)-(3)制得的硅烷接枝聚烯烃、催化剂母料和阻燃剂母料熔融共混制得低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃；
其中，各原料及其重量配比为：聚烯烃树脂18-49份，热塑性弹性体5-40份，阻燃剂25-72份，不饱和硅烷0.045-1.35份，交联引发剂0.019-0.45份，催化剂0.05-1份；且步骤(4)中硅烷接枝聚烯烃与催化剂母料的重量配比为：硅烷接枝聚烯烃19-45份、催化剂母料1-5份。
2.根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃，其特征在于，所述聚烯烃树脂为线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯或聚丙烯中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃，其特征在于，所述聚烯烃树脂密度为0.8-1.0g/cm3、熔融指数0.2-5g/10min。
4.根据权利要求1或2所述的低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃，其特征在于，所述热塑性弹性体为乙烯丁烯共聚物、乙烯辛烯共聚物、乙丙橡胶或丁二烯共聚物中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃，其特征在于，所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇或蒙脱土中的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃，其特征在于，所述不饱和硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙酰氧基硅烷。
7.根据权利要求1或2所述的低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃，其特征在于，所述交联引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、1,1-二叔丁基过氧化环己烷中的至少一种。
8.根据权利要求1或2所述的低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃，其特征在于，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、二甲基锡、二辛基锡、四苯基锡、氧化锌、氧化锡、辛酸亚锡、烷基苯磺酸或有机钛螯合物中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃的制备方法，其特征在于，低烟无卤阻燃硅烷交联聚烯烃的制备方法的步骤(4)中硅烷接枝聚烯烃、催化剂母料和阻燃剂母料的重量配比为：硅烷接枝聚烯烃19-45份、催化剂母料1-5份、阻燃剂母料50-80份。
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