CN103554657A - 一种无卤阻燃聚丙烯复合电缆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无卤阻燃聚丙烯复合电缆料及其制备方法，以重量份计，在聚丙烯为100的前提下，还包括以下组分：六苯氨基环三磷腈1～10、氢氧化镁10～100、弹性体5～20、相容剂5～30和抗氧剂0.1～1。本发明采用无卤阻燃剂，解决了传统阻燃聚丙烯电缆料对环境和人体的潜在危害，且本发明的无卤阻燃聚丙烯复合电缆料在保证优异的阻燃性能的同时又能保证良好的机械性能，本发明的无卤阻燃聚丙烯复合电缆料的制备方法，其制备过程中不产生有毒和腐蚀性气体，符合绿色环保要求。

Description

一种无卤阻燃聚丙烯复合电缆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无卤阻燃聚丙烯复合电缆料及其制备方法，其具有高效的阻燃性能，属于改性聚丙烯技术领域。
背景技术
聚丙烯（PP）是一种半结晶的热塑性塑料，具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀，广泛应用于电线电缆、建筑材料、汽车工业、家用电器、包装材料等方面。然而聚丙烯阻燃性能差，极易燃烧，其极限氧指数（LOI）为18.5，遇火燃烧时发热量高、燃烧速度快、并伴有发烟、滴落等现象，限制了它在许多领域的应用。通过添加阻燃剂提高PP的阻燃性能是扩大其应用范围的有效途径之一，而且现在市场上销售的大多属于经过添加阻燃剂改性后的聚丙烯电缆料。目前大规模工业应用聚丙烯阻燃剂主要为卤系阻燃剂和水和金属化合物阻燃，其中卤系阻燃剂主要包括十溴二苯醚（DBDPO），八溴醚（TBAB）等，添加到聚丙烯材料中可以起到优异的阻燃效果。但是，卤系阻燃体系在燃烧时会产生大量有毒的烟雾，造成二次污染。近年来，随着对阻燃剂低毒、环境友好的进一步要求，卤系阻燃剂的使用受到了越来越多的限制。尤其在欧盟《RoHS指令》颁布后，无卤型阻燃剂的开发和研制变得十分必要和紧迫，且市场前景应用十分广阔。
六苯氨基环三磷腈有高含量磷、氮构成的协同体系，因而具有很好的阻燃性能，显示出优良的不燃性与良好的阻燃性能，可用于填充改性制备具有较高极限厌氧指数的无卤阻燃电缆料。化学结构式：
Figure 200706DEST_PATH_IMAGE001
六苯氨基环三磷腈的阻燃机理属于膨胀型阻燃剂阻燃机理。在燃烧过程中，六苯氨基环三磷腈中磷元素生成亚磷酸、偏磷酸和磷酸起到提供酸源作用，氮元素吸收氧气生成NO、NO2起到提供气源作用，碳元素起到提供碳源作用。因而，本发明采用了六苯氨基环三磷腈与氢氧化镁协同阻燃，最终制备阻燃效果优异的无卤阻燃聚丙烯复合电缆料。
发明内容
针对现有技术的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种无卤阻燃聚丙烯复合电缆料及其制备方法，开发出新型的阻燃性能优异且环境友好型的聚丙烯复合电缆料，克服了现有的单一无卤阻燃剂阻燃效果不明显问题，满足工业生产、生活需要。该聚丙烯复合电缆料制备过程中采用的阻燃剂为无卤阻燃剂，其制备过程中不产生有毒和腐蚀性气体，符合绿色环保要求，在保证优异的阻燃性能的同时又能保证良好的机械性能。
为达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现的：
一种无卤阻燃聚丙烯复合电缆料，以重量份计，在聚丙烯为100的前提下，还包括以下组分：
六苯氨基环三磷腈      1～10
氢氧化镁              10～100
弹性体                5～20
相容剂                5～30
抗氧剂                0.1～1。
所述六苯氨基环三磷腈和氢氧化镁的复配作为复配型阻燃剂使用，所述的氢氧化镁粒径为0.5～100 um。
所述的弹性体为乙烯-醋酸乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物或三元乙丙胶的一种。
所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇双二亚磷酸酯的一种。
一种无卤阻燃聚丙烯复合电缆料制备方法，该方法由以下步骤组成：
A．按重量份计为：聚丙烯 100，六苯氨基环三磷腈 1～10，氢氧化镁 10～100，弹性体 5～20，相容剂 5～30，抗氧剂 0.1～0.5，进行配料，在高速混合机中搅拌5～30分钟，混合均匀得到预混物。
B．将步骤A预混物加入双螺杆挤出机，螺杆机的转速为150～500转/分，加工温度为150～200℃，挤出、水冷、切粒、干燥，得到无卤阻燃聚丙烯复合电缆料。
本发明的无卤阻燃聚丙烯复合电缆料，采用六苯氨基环三磷腈与氢氧化镁作为阻燃剂，可以起到协同阻燃作用，大幅度提高聚丙烯电缆料的极限厌氧指数，阻燃等级达到UL94标准的V0级。解决了传统阻燃聚丙烯电缆料对环境和人体的潜在危害，且本发明的无卤阻燃聚丙烯复合电缆料在保证优异的阻燃性能的同时又能保证良好的机械性能，本发明的无卤阻燃聚丙烯复合电缆料的制备方法，其制备过程中不产生有毒和腐蚀性气体，符合绿色环保要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明中的聚丙烯、六苯氨基环三磷腈、氢氧化镁、乙烯-醋酸乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、三元乙丙胶、马来酸酐接枝聚丙烯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇双二亚磷酸酯可以按照本领域常规的生产工艺制得，也可以采用市售产品。
实施例1
准确称取聚丙烯粉料100重量份，六苯氨基环三磷腈5重量份，氢氧化镁50重量份，乙烯-醋酸乙烯共聚物10重量份，马来酸酐接枝聚丙烯20重量份，四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2重量份在高速混合机中搅拌5分钟，，混合均匀得到预混物。将预混物在双螺杆挤出机上熔融挤出、水冷、切粒、烘干。螺杆机的转速为300转/分，温度为185℃，得到无卤阻燃聚丙烯粒料。
实施例2
准确称取聚丙烯粉料100重量份，六苯氨基环三磷腈10重量份，氢氧化镁50重量份，三元乙丙胶10重量份，马来酸酐接枝聚丙烯20重量份，双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇双二亚磷酸酯0.2重量份在高速混合机中搅拌5分钟，，混合均匀得到预混物。将预混物在双螺杆挤出机上熔融挤出、水冷、切粒、烘干。螺杆机的转速为300转/分，温度为185℃，得到无卤阻燃聚丙烯粒料。
实施例3
准确称取聚丙烯粉料100重量份，六苯氨基环三磷腈4重量份，氢氧化镁50重量份，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物10重量份，马来酸酐接枝聚丙烯20重量份，四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2重量份在高速混合机中搅拌5分钟，，混合均匀得到预混物。将预混物在双螺杆挤出机上熔融挤出、水冷、切粒、烘干。螺杆机的转速为300转/分，温度为185℃，得到无卤阻燃聚丙烯粒料。
实施例4
准确称取聚丙烯粉料100重量份，六苯氨基环三磷腈2重量份，氢氧化镁10重量份，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物5重量份，马来酸酐接枝聚丙烯5重量份，双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇双二亚磷酸酯0.1重量份在高速混合机中搅拌5分钟，，混合均匀得到预混物。将预混物在双螺杆挤出机上熔融挤出、水冷、切粒、烘干。螺杆机的转速为150转/分，温度为150℃，得到无卤阻燃聚丙烯粒料。
实施例5
准确称取聚丙烯粉料100重量份，六苯氨基环三磷腈8重量份，氢氧化镁90重量份，乙烯-醋酸乙烯共聚物20重量份，马来酸酐接枝聚丙烯30重量份，四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1重量份在高速混合机中搅拌30分钟，，混合均匀得到预混物。将预混物在双螺杆挤出机上熔融挤出、水冷、切粒、烘干。螺杆机的转速为500转/分，温度为200℃，得到无卤阻燃聚丙烯粒料。
实施例6
准确称取聚丙烯粉料100重量份，六苯氨基环三磷腈6重量份，氢氧化镁70重量份，三元乙丙胶18重量份，马来酸酐接枝聚丙烯25重量份，双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇双二亚磷酸酯0.5重量份在高速混合机中搅拌25分钟，，混合均匀得到预混物。将预混物在双螺杆挤出机上熔融挤出、水冷、切粒、烘干。螺杆机的转速为200转/分，温度为180℃，得到无卤阻燃聚丙烯粒料。
实施例7
准确称取聚丙烯粉料100重量份，六苯氨基环三磷腈3重量份，氢氧化镁30重量份，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物8重量份，马来酸酐接枝聚丙烯12重量份，四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.9重量份在高速混合机中搅拌13分钟，，混合均匀得到预混物。将预混物在双螺杆挤出机上熔融挤出、水冷、切粒、烘干。螺杆机的转速为180转/分，温度为170℃，得到无卤阻燃聚丙烯粒料。
实施例8
准确称取聚丙烯粉料100重量份，六苯氨基环三磷腈5.5重量份，氢氧化镁55重量份，乙烯-醋酸乙烯共聚物12.5重量份，马来酸酐接枝聚丙烯17.5重量份，四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.55重量份在高速混合机中搅拌17.5分钟，，混合均匀得到预混物。将预混物在双螺杆挤出机上熔融挤出、水冷、切粒、烘干。螺杆机的转速为325转/分，温度为175℃，得到无卤阻燃聚丙烯粒料。
将上述实施例1～8中制得的粒料在注塑机制成所需的测试样条，测定阻燃材料的阻燃性能和机械性能，测试数据见表1。
实施例1～8所得的一种无卤阻燃聚丙烯复合电缆料性能按照如下标准测试：拉伸强度和断裂伸长率按GB/T1040-1992标准测试；缺口冲击强度按照GB/T1043-1993标准测试；极限氧指数（LOI）按照GB/T2406-1993标准测试；垂直燃烧试验按照UL94标准测试。
表1 无卤阻燃聚丙烯复合电缆料的力学性能、加工性能和阻燃性能
Figure 836218DEST_PATH_IMAGE002
本发明的无卤阻燃聚丙烯复合电缆料，采用六苯氨基环三磷腈与氢氧化镁作为阻燃剂，可以起到协同阻燃作用，大幅度提高聚丙烯电缆料的极限厌氧指数，阻燃等级达到UL94标准的V0级。解决了传统阻燃聚丙烯电缆料对环境和人体的潜在危害，且本发明的无卤阻燃聚丙烯复合电缆料在保证优异的阻燃性能的同时又能保证良好的机械性能，本发明的无卤阻燃聚丙烯复合电缆料的制备方法，其制备过程中不产生有毒和腐蚀性气体，符合绿色环保要求。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种无卤阻燃聚丙烯复合电缆料，其特征在于，以重量份计，在聚丙烯为100的前提下，还包括以下组分：
六苯氨基环三磷腈      1～10
氢氧化镁              10～100
弹性体                5～20
相容剂                5～30
抗氧剂                0.1～1。
2.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃聚丙烯复合电缆料，其特征在于：所述六苯氨基环三磷腈和氢氧化镁的复配作为复配型阻燃剂使用，所述的氢氧化镁粒径为0.5～100 um。
3.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃聚丙烯复合电缆料，其特征在于：所述的弹性体为乙烯-醋酸乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物或三元乙丙胶的一种。
4.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃聚丙烯复合电缆料，其特征在于：所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
5.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃聚丙烯复合电缆料，其特征在于：所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇双二亚磷酸酯的一种。
6.一种无卤阻燃聚丙烯复合电缆料制备方法，其特征在于该方法由以下步骤组成：
A．按重量份计为：聚丙烯 100，六苯氨基环三磷腈 1～10，氢氧化镁 10～100，弹性体 5～20，相容剂 5～30，抗氧剂 0.1～0.5，进行配料，在高速混合机中搅拌5～30分钟，混合均匀得到预混物；
B．将步骤A预混物加入双螺杆挤出机，螺杆机的转速为150～500转/分，加工温度为150～200℃，挤出、水冷、切粒、干燥，得到无卤阻燃聚丙烯复合电缆料。
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