CN103865154B - 一种防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料及其制备方法，该防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料在常温下满足一切防火领域所要求的机械性能；并在燃烧时，不会引起复合材料的滴落而导致火势的扩张。本发明的防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料，其由以下质量配比的原料制成：聚烯烃30-60份、高软化点玻璃粉20-40份、低软化点玻璃粉20-40份、有机蒙脱土0-15份、偶联剂0.5-2.5份、相容剂0-3份。

Description

一种防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚烯烃复合材料及其制备方法，更具体地说涉及一种防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料及其制备方法。
背景技术
进入二十一世纪以后，随着人们生活水平和消防安全意识的提高，以及高层建筑、宾馆酒店、大型超市、医院、车站、机场、地铁、隧道的不断增加，消防安全的重要性凸现出来,这个问题已经引起了人们的高度重视。这就需要我们去研制一种价格便宜、工艺简单，又较为实用的耐火材料。而本文中的防滴落陶瓷化聚合物复合材料恰好符合这一要求。它可以被应用的方面有:家用电器、交通运输以及电力输送等。此种材料的典型功能：①在火灾发生时，燃烧着的一些聚合物复合材料不会存在滴落现象，而使火焰向别处蔓延；②当复合材料处于火焰中，会形成具有隔热、阻燃的残余物。
在所有的这些应用中，研究最为活跃的是在防火电缆领域。这是由于传统的氧化镁防火绝缘电缆和云母带缠绕的耐火电缆的制造成本高以及在使用中无法真正起到防火作用。在这种情况下，这种陶瓷化高分子复合防火电缆应运而生。早在本世纪初，澳大利亚的CeramPolymerikPtyLtd在专利AU2003281847（A1）使用有机硅作为基体材料，并在其中加入矿物质填料以及玻璃粉制得可瓷化防火电缆。使得它能够随着温度的上升，形成一种自支撑的残余物。世界专利WO2004013255A1提到在硅橡胶中加入软化点为525℃的玻璃料，使之暴露在700℃下燃烧，得到致密化的残余物。世界专利WO2010/139011A1通过在丁苯橡胶和丁腈橡胶中分别加入聚磷酸铵（APP）、滑石、氢氧化铝以及其他助剂所制备的样品，在燃烧后，可获得尺寸变化率小于10％，强度大于2兆帕的残余物；同时，又分别以PVC和HDPE为基体，加入自制玻璃粉、硅灰石和氢氧化镁制得尺寸变化小于5％的陶瓷产物。又如澳大利亚专利AU2012200028A1分别以TPV和EPDM为基体，并加入APP、氢氧化铝和滑石制备了一种耐火电缆；并在另一组实验中，通过在乙丙橡胶中加入乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、APP、滑石、粘土和氢氧化铝制备了电缆防火涂层。
在国内，中国专利CN1625786A将EVA、高低熔点玻璃粉、煅烧滑石和高岭土以及加工助剂密炼制得样品，经火焰灼烧90分钟后得到的残余物具有坚实的炭层。中国专利CN101404189以EVA和PE混合物为基体，加入成瓷填料以及阻燃剂制备了一种快速陶瓷化电缆料。中国专利CN102964836A在有机硅中加入硅油、偶联剂和瓷化粉制得陶瓷化硅橡胶，能被烧蚀成陶瓷状的壳体，收保护的物体未被损坏。
以上耐火电缆的专利中，研究最为深入的以有机硅为基体的陶瓷化复合材料，但由于有机硅本身的价格过高，以及与无机填料的相容性差，很难进行大规模的工业化生产。其他以有机高分子为基体所制备的耐火电缆均未提到如何解决其熔融滴落的问题，而这是急需着力解决的问题。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术中存在的聚烯烃复合材料无法在燃烧时防止其滴落以及不能经受高温的烧蚀的难题，提供一种防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料。
本发明还提供用该防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料的制备方法，该方法简单方便，成本较低。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料，其由以下质量配比的原料制成：
本发明的防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料，其进一步的技术方案是所述的聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯以及它们的共聚物一种，共聚物如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）。
本发明的防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料，其进一步的技术方案还可以是所述的高软化点玻璃粉的软化温度为700-800℃；所述的低软化点玻璃粉的软化温度400-600℃。再进一步的技术方案是所述的高软化点玻璃粉为硅酸盐玻璃粉、硼酸盐玻璃粉、磷酸盐玻璃粉、氧化钙玻璃粉和氧化铋玻璃粉中的一种或其组合；所述的低软化点玻璃粉为硅酸盐玻璃粉、硼酸盐玻璃粉、磷酸盐玻璃粉、氧化钙玻璃粉和氧化铋玻璃粉中的一种或其组合。
本发明的防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料，其进一步的技术方案还可以是所述的有机蒙脱土是由蒙脱石与插层剂通过阳离子交换制得的，有机蒙脱土的用量为5-15份。再进一步的技术方案是所述的插层剂为季铵盐类衍生物、烷基胺盐类衍生物、吡啶类衍生物或其他阳离子型表面活性剂。
本发明的防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料，其进一步的技术方案还可以是所述的相容剂为马来酸酐接枝的聚烯烃，相容剂用量为1-3份。如马来酸酐接枝聚乙烯(PEMA)。
本发明的防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料，其进一步的技术方案还可以是所述的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
本发明的防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
①玻璃粉的表面处理
分别称取重量为20-40份高软化点玻璃粉、20-40份低软化点玻璃粉和0.5-2.5份偶联剂，将偶联剂溶于乙醇/水溶液稀释剂中，放置30min以上；按配比将高、低软化点玻璃粉依次加入高速混合机中，高速搅拌同时升温至60℃；向高速混合搅拌机中匀速注入偶联剂溶液，10分钟左右注入完毕；继续高速搅拌20min后停机，取出混合均匀的玻璃粉置于70℃鼓风干燥箱内干燥2小时；
②原料的混炼
首先将30-60重量份聚烯烃倒入双辊开炼机，剪切1-3分钟，使得该有机高分子能够将前辊包裹；再分别加入40-60重量份的经过表面处理的玻璃粉，如需要则再加入5-15重量份的有机蒙脱土或1-3重量份的相容剂进行混合，一般混合时间为10-12分钟；
③压制成型
将共混物放入平板硫化机先预热，再进行热压，接着冷压成型，制得此复合材料.
本发明的防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料的制备方法，其进一步的技术方案是所述的双辊开炼机中的共混温度为100-120℃；在平板硫化机中所进行的预热时间为3-5分钟，热压时间为10分钟，温度为140-150℃，压力为10兆帕；冷压时间为5分钟，压力为5兆帕。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明的防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料在常温下满足一切防火领域所要求的机械性能；并在燃烧时，不会引起复合材料的滴落而导致火势的扩张；同时，在高温下能迅速转变成表面致密，内部多空的陶瓷化残余物。且此残余物具有良好的抗热冲击性、高温绝缘性和隔热防水性等。因此，该复合材料可应用于交通运输行业（包括航海、陆地和航空）、建筑行业、军事方面，具有巨大的经济利润和社会效益。
具体实施方式
以下通过具体实施例说明本发明，但本发明并不仅仅限于这些实施例。
在实施例中所用到的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）（扬子石化V5110J），熔体流动速率为2.3-3.1g/10min；线性低密度聚乙烯（LLDPE）（扬子石化DFDA-7042）,熔体流动速率为1.7-2.3g/10min；聚丙烯（PP）(扬子石化K8003)，熔体流动速率为2.2-2.8g/10min；高软化点玻璃粉（市售）的软化点为700℃；低软化点玻璃粉（市售）的软化点为450℃；有机蒙脱土（浙江丰虹粘土化工有限公司，DK-4）的d001=3.8nm；硅烷偶联剂（市售）为KH-570；马来酸酐接枝聚乙烯（PEMA）（市售），接枝率为0.8℅；马来酸酐接枝聚丙烯（MAH-g-PP）（市售），接枝率为1%。
实施例1
原料重量份配比：
首先将以上两种玻璃粉和硅烷偶联剂加入高速混合机中，60℃，混合20分钟后出料，再进行干燥，可制得已表面处理过的玻璃粉。然后，将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物倒入双辊开炼机，保持温度在110℃下剪切2分钟，使得该有机高分子能够将前辊包裹；再分别加入玻璃粉1和低软化点玻璃粉进行混合，一般混合时间为12分钟。最后将共混物放入平板硫化机，保持在150℃下预热5分钟，再在10兆帕下热压10分钟，接着在5兆帕冷压5分钟，制得此片材。性能测试结果见表1。
实施例2
原料重量份配比：
制备方法同实施例1，性能测试结果见表1。
实施例3
原料重量份配比：
制备方法同实施例1，性能测试结果见表1。
实施例4
原料重量份配比：
制备方法同实施例1，性能测试结果见表1。
实施例5
制备方法同实施例1，性能测试结果见表1。
实施例6
原料重量份配比：
制备方法同实施例1，性能测试结果见表1。
实施例7
原料重量份配比：
制备方法同实施例1，性能测试结果见表1。
实施例8
原料重量份配比：
制备方法同实施例1，性能测试结果见表1。
实施例9
原料重量份配比：
第一步和以上一样，将玻璃粉进行表面处理，然后再将处理好的玻璃粉以及有机蒙脱土和马来酸酐接枝聚乙烯与LLDPE按一定的配比在双辊开炼机上进行混炼，混炼时间约20分钟。将混炼得到的片材于平板压机中15兆帕、160℃保压8分钟，然后在15兆帕下冷压10分钟得到复合材料片材。
性能测试结果见表2。
实施例10
原料重量份配比：
制备方法同实施例9，性能测试结果见表2。
实施例11
原料重量份配比：
按照同样的方法将玻璃粉进行表面处理，然后再将处理好的玻璃粉以及有机蒙脱土和马来酸酐接枝聚丙烯与PP按一定的配比在双辊开炼机上进行混炼，混炼时间约20分钟。将混炼得到的片材于平板压机中15兆帕、180℃保压8分钟，然后在15兆帕下冷压10分钟得到复合材料片材。
性能测试结果见表2。
实施例12
原料重量份配比：
制备方法同实施例11，性能测试结果见表2。
表1
表2
项目 实施例9 实施例10 实施例11 实施例12
线收缩率/% 17.35 16.08 17.05 15.99
体积密度/g.cm-3 1.36 1.21 1.31 1.19
吸水率/% 20.34 23.06 21.44 24.09
滴落情况 无滴落 无滴落 无滴落 无滴落
注：①表1中画斜线部分是由于这些样品在烧蚀后无法形成完整的块体，从而无法获得它们的数据。
②表1和表2中的线收缩率、体积密度以及吸水率均是对于样品在马弗炉中从室温升至800℃，并保温30分钟所获得的残余物的测量。其中，线收缩率，按QB/T1548-92执行；体积密度，按GB2413-81执行；吸水率，按GB/T3299-2011执行。
③抗滴落性按照GB/T4609-84执行。
根据表1和表2数据以及烧蚀后的形状可知，实施例4-12的残余物表面均已致密化且具有一定硬度，可被应用于各种防火领域。

Claims (6)

1.一种防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料，其特征在于由以下质量配比的原料制成：
其中所述的高软化点玻璃粉的软化温度为700-800℃；所述的低软化点玻璃粉的软化温度为400-600℃；所述的有机蒙脱土是由蒙脱石与插层剂通过阳离子交换制得的；所述的聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯以及它们的共聚物一种；所述的高软化点玻璃粉为硅酸盐玻璃粉、硼酸盐玻璃粉、磷酸盐玻璃粉、氧化钙玻璃粉和氧化铋玻璃粉中的一种或其组合；所述的低软化点玻璃粉为硅酸盐玻璃粉、硼酸盐玻璃粉、磷酸盐玻璃粉、氧化钙玻璃粉和氧化铋玻璃粉中的一种或其组合。
2.根据权利要求1所述的防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料，其特征在于所述的插层剂为季铵盐类衍生物、烷基胺盐类衍生物、吡啶类衍生物或其他阳离子型表面活性剂。
3.根据权利要求1所述的防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料，其特征在于所述的相容剂为马来酸酐接枝的聚烯烃。
4.根据权利要求1所述的防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料，其特征在于所述的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
5.一种如权利要求1-4任一所述的防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料的制备方法，其特征包括以下步骤：
①玻璃粉的表面处理
分别称取重量为20-40份高软化点玻璃粉、20-40份低软化点玻璃粉和0.5-2.5份偶联剂，将偶联剂溶于乙醇/水溶液稀释剂中，放置30min以上；按配比将高、低软化点玻璃粉依次加入高速混合机中，高速搅拌同时升温至60℃；向高速混合搅拌机中匀速注入偶联剂溶液，10分钟注入完毕；继续高速搅拌20min后停机，取出混合均匀的玻璃粉置于70℃鼓风干燥箱内干燥2小时；
②原料的混炼
首先将35-40重量份聚烯烃倒入双辊开炼机，剪切1-3分钟，使得该有机高分子能够将前辊包裹；再分别加入40-60重量份的经过表面处理的玻璃粉，5-15重量份的有机蒙脱土和1-3重量份的相容剂进行混合，一般混合时间为10-12分钟；
③压制成型
将共混物放入平板硫化机先预热，再进行热压，接着冷压成型，制得此复合材料。
6.根据权利要求5所述的防滴落陶瓷化聚烯烃复合材料的制备方法，其特征在于所述的双辊开炼机中的共混温度为100-120℃；在平板硫化机中所进行的预热时间为3-5分钟，热压时间为10分钟，温度为140-150℃，压力为10兆帕；冷压时间为5分钟，压力为5兆帕。
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