CN104262875B - 以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料及制备方法 - Google Patents

以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料及制备方法，属于阻燃高分子材料技术领域。所述电缆料主要包括EVM，阻燃剂、阻燃协效剂和硫化剂等，通过将EVM加入混炼机中，塑炼，加入助剂，混炼均匀，下料，硫化后制备而得。所述无卤阻燃电缆料采用乙烯‑醋酸乙烯酯橡胶为基体，具有优异的耐天侯老化性、耐臭氧性和耐热性，同时采用聚磷酸铵和双季戊四醇为阻燃剂，添加植物基活性炭为阻燃协效剂，使材料具有优异的阻燃性能、低烟低毒、良好的成炭性以及环保阻燃等特性，且避免了大量添加无机阻燃剂带来的材料密度偏高问题；所述制备方法简单，操作简便。

Description

以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料及制备方法，具体涉及一种以乙烯-醋酸乙烯酯橡胶为基体，以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃的电缆料及制备方法，属于阻燃高分子材料技术领域。
背景技术
随着世界经济进步和科技发展，各行各业对电缆及电缆料有了更高的要求，其中阻燃电缆料便是其中一个重要发展方向。优异的阻燃电缆料可以保证在火灾发生时电缆正常使用，降低火灾危害性，减少经济、人员损失。而现有制作电缆的材料一般为聚烯烃类高分子材料，为易燃材料，限制了其广泛使用。
阻燃电缆料主要分为含卤阻燃和无卤阻燃电缆料，随着国际环保要求的提高，含卤阻燃电缆料被限制或禁止使用。目前，无卤阻燃电缆料主要是通过在聚合物基体中添加大量的无机阻燃剂制备而得，如专利CN101875735A公开的无卤阻燃电缆料采用聚烯烃为基体、Mg(OH)2/Al(OH)3为阻燃剂、磷腈化合物为协效阻燃剂，避免了使用红磷为协效阻燃剂所存在的缺陷问题，所制备的电缆料具有较好的阻燃性能；专利CN102532649A公开的低烟无卤阻燃电缆料以聚烯烃为基材，通过添加改性氢氧化镁、微胶囊红磷及酚醛树脂制备而成，其制备的电缆料阻燃性能好，发烟少且不含卤系阻燃剂，对环境污染小。
但大量添加无机阻燃剂必定会导致材料其他性能的损失及密度的增加，同时这种电缆料燃烧后残炭疏松隔热性能及强度差，发生火灾后很难保证电缆的正常使用。无卤膨胀阻燃电缆料采用膨胀阻燃剂为阻燃剂，添加量较低，材料其它性能损失较小，同时材料燃烧后炭层有更优的隔热性能及强度，火灾安全性更高。
乙烯-醋酸乙烯酯橡胶(EVM)是乙酸和醋酸乙烯酯(VA)的共聚物，其中醋酸乙烯酯的含量为40～80％，与其它聚烯烃高聚物相比，具有优异的耐天侯老化性、耐臭氧性和耐热性；同时，极性侧基的存在使其具有良好的耐油性，但其本身的可燃性决定了使用时必须对其进行阻燃。聚磷酸铵(APP)与双季戊四醇(DPER)为传统膨胀阻燃体系，其用作阻燃剂时表现出低烟、低毒及良好的膨胀成炭阻燃特性。但此膨胀阻燃体系的阻燃效率有待提高。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料，所述电缆料具有优异的阻燃性能、低烟低毒、良好的成炭性以及环保性能；目的之二是提供一种以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料的制备方法，所述方法简单，操作简便。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料，以所述膨胀阻燃电缆料总质量为100％计，各组分及质量百分含量如下：
其中，EVM为乙烯-醋酸乙烯酯橡胶，是乙酸(PE)和醋酸乙烯酯(VA)的共聚物，优选以下两种中的一种：
第一种是以PE和VA总摩尔含量为100％计，其中VA的摩尔含量为60±1.5％，记为EVM60，EVM60密度为1.04g/m3；
第二种是以PE和VA总摩尔含量为100％计，其中VA的摩尔含量为70±1.5％的EVM70，EVM70密度为1.08g/m3；
阻燃剂优选聚磷酸铵Ⅱ型(APP)与双季戊四醇(DPER)的混合物，APP与DPER的质量比优选3:1；
阻燃协效剂为植物基活性炭，优选竹块基活性炭、竹叶基活性炭和稻糠基活性炭中的一种；
硫化剂优选过氧化二异丙苯(DCP)；
硫化促进剂优选三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)；
活化剂优选硬脂酸(SA)和氧化锌(ZnO)中的一种；
抗水解剂优选聚碳酸二亚胺(P-50)；
加工助剂优选聚乙烯蜡(PE蜡)；
一种以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料的制备方法，所述方法具体步骤如下：
(1)混炼：将EVM加入混炼机中，通入冷却水，塑炼15min，依次加入活化剂、加工助剂、抗水解剂、硫化剂、硫化促进剂、阻燃剂和阻燃协效剂，混炼均匀，下料，得到固体1。
(2)硫化：将所述固体1进行硫化处理，得到本发明所述以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料；
其中，步骤(1)所述混炼机优选双辊混炼机；混炼时间优选1h；
所述塑炼和混炼辊温均优选40℃；
步骤(2)所述硫化参数优选硫化温度160℃、硫化时间10min、硫化压强10MPa；
所述植物基活性炭的制备方法如下：
(1)在N2气氛下，将植物原材料在500℃下焙烧2h，得到粗产物1；将粗产物1加入氢氧化钾溶液中，在搅拌下反应2h，干燥，得到粗产物2；
(2)在N2气氛下，将粗产物2在700℃下焙烧2h，得到本发明所述植物基活性炭；
其中，焙烧的升温速率优选5℃/min；
步骤(1)所述粗产物1与氢氧化钾的质量比优选1:4；搅拌速率优选100r/min；反应温度优选70℃；
所述植物原材料优选竹叶、竹块或稻糠。
有益效果
(1)本发明所述膨胀阻燃电缆料以植物基活性炭作为APP/DPER膨胀阻燃体系的协效剂，植物基活性炭具有比表面积大、孔结构丰富、吸附和催化成炭作用，因此可提高膨胀阻燃电缆料的阻燃效率；
(2)本发明所述膨胀阻燃电缆料添加协效剂植物基活性炭后，材料极限氧指数较未添加协效剂时明显提高，最终所得电缆料极限氧指数≥29.9％，垂直燃烧测试等级为UL94V-0级；
(3)本发明所述膨胀阻燃电缆料阻燃剂添加量较少，电缆料其它性能损失较小，其中拉伸强度≥9.0MPa，断裂伸长率≥300％，密度≤1.28g/cm3；
(4)本发明所述膨胀阻燃电缆料，所选用协效剂植物基活性炭来源丰富、可再生、环境友好，且由于选择EVM为基体，电缆料耐热耐油性好，且加工工艺简单，便于扩大化生产；
(5)本发明所述膨胀阻燃电缆料的制备方法简单，操作简便。
具体实施方式
下面以具体实施例来详述本发明，但不限于此。
以下实施例中提到的主要试剂信息见表1；主要仪器与设备信息见表2。
表1
表2
以下实施例中均按照标准GB/T 528-1998制样，以拉伸速度为200mm/min测试材料力学性能(拉伸强度和断裂伸长率)；按GB/T 2406-93标准测试极限氧指数(LOI)；按ANSI/UL 94-2010标准进行UL 94垂直燃烧测试；按GB/T1033.1-2008标准测试材料密度。
以下实施例中竹叶基活性炭的制备方法如下：
(1)在N2气氛下，将竹叶在500℃下焙烧2h，得到粗产物1；将粗产物1加入氢氧化钾溶液中(粗产物1与氢氧化钾的质量比为1:4)，在搅拌下反应2h，在鼓风干燥箱80℃烘干后得到粗产物2；
(2)在N2气氛下，将粗产物2在700℃下焙烧2h，得到本发明所述植物基活性炭；
其中，焙烧的升温速率优选5℃/min；搅拌速率为100r/min。
竹块基活性炭按照上述方法制得，只需将竹叶替换成竹块。
实施例1
一种以竹叶基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料，以所述膨胀阻燃电缆料总质量为100％计，各组分的含量如下：
一种以竹叶基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料的制备方法，所述方法具体步骤如下：
(1)混炼：将EVM70加入混炼机中，塑炼15min，依次加入活化剂ZnO、加工助剂PE蜡、抗水解剂P-50、硫化剂DCP、硫化促进剂TAIC、阻燃剂DPER、APP，和竹叶基活性炭，混炼1h，使混合均匀，下料，得到固体1。
(2)硫化：将所述固体1在160℃、10MPa下硫化10min，得到本发明所述以竹叶基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料；
上述述塑炼和混炼过程均采用通入冷却水来控制辊温为40℃；
所述以竹叶基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料的性能测试结果为：拉伸强度为10.7MPa，断裂伸长率为410％，极限氧指数为29.9％，垂直燃烧测试等级为UL 94V-0级，密度为1.16g/cm3。
实施例2
一种以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料，以所述膨胀阻燃电缆料总质量为100％计，各组分的含量如下：
一种以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料的制备方法，所述方法具体步骤如下：
(1)混炼：将EVM70加入混炼机中，塑炼15min，依次加入活化剂ZnO、加工助剂PE蜡、抗水解剂P-50、硫化剂DCP、硫化促进剂TAIC、阻燃剂DPER、APP，和竹块基活性炭，混炼1h，使混合均匀，下料，得到固体1。
(2)硫化：将所述固体1在160℃、10MPa下硫化10min，得到本发明所述以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料；
上述塑炼和混炼过程均采用通入冷却水来控制辊温为40℃；
所述以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料的性能测试结果为：拉伸强度为9.7MPa，断裂伸长率为342％，极限氧指数为33.7％，垂直燃烧测试等级为UL 94V-0级，密度为1.28g/cm3。
实施例3
一种以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料，以所述膨胀阻燃电缆料总质量为100％计，各组分的含量如下：
一种以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料的制备方法，所述方法具体步骤如下：
(1)混炼：将EVM70加入混炼机中，塑炼15min，依次加入活化剂ZnO、加工助剂PE蜡、抗水解剂P-50、硫化剂DCP、硫化促进剂TAIC、阻燃剂DPER、APP，和竹块基活性炭，混炼1h，使混合均匀，下料，得到固体1。
(2)硫化：将所述固体1在160℃、10MPa下硫化10min，得到本发明所述以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料；
上述塑炼和混炼过程均采用通入冷却水来控制辊温为40℃；
所述以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料的性能测试结果为：拉伸强度为10.4MPa，断裂伸长率为395％，极限氧指数为31.5％，垂直燃烧测试等级为UL 94V-0级，密度为1.20g/cm3。
实施例4
一种以竹叶基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料，以所述膨胀阻燃电缆料总质量为100％计，各组分的含量如下：
一种以竹叶基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料的制备方法，所述方法具体步骤如下：
(1)混炼：将EVM70加入混炼机中，塑炼15min，依次加入活化剂SA、加工助剂PE蜡、抗水解剂P-50、硫化剂DCP、硫化促进剂TAIC、阻燃剂DPER、APP，和竹叶基活性炭，混炼1h，使混合均匀，下料，得到固体1。
(2)硫化：将所述固体1在160℃、10MPa下硫化10min，得到本发明所述以竹叶基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料；
上述塑炼和混炼过程均优选采用通入冷却水来控制辊温为40℃；
所述以竹叶基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料的性能测试结果为：拉伸强度为9.6MPa，断裂伸长率为362％，极限氧指数为33.6％，垂直燃烧测试等级为UL 94V-0级，密度为1.27g/cm3。
实施例5
一种以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料，以所述膨胀阻燃电缆料总质量为100％计，各组分的含量如下：
一种以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料的制备方法，所述方法具体步骤如下：
(1)混炼：将EVM70加入混炼机中，塑炼15min，依次加入活化剂SA、加工助剂PE蜡、抗水解剂P-50、硫化剂DCP、硫化促进剂TAIC、阻燃剂DPER、APP，和竹块基活性炭，混炼1h，使混合均匀，下料，得到固体1。
(2)硫化：将所述固体1在160℃、10MPa下硫化10min，得到本发明所述以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料；
上述塑炼和混炼过程均优选采用通入冷却水来控制辊温为40℃；
所述以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料性能测试结果为：拉伸强度为10.2MPa，断裂伸长率为321％，极限氧指数为33.6％，垂直燃烧测试等级为UL 94V-0级，密度为1.27g/cm3。
实施例6
一种以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料，以所述膨胀阻燃电缆料总质量为100％计，各组分的含量如下：
一种以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料的制备方法，所述方法具体步骤如下：
(1)混炼：将EVM70加入混炼机中，塑炼15min，依次加入活化剂SA、加工助剂PE蜡、抗水解剂P-50、硫化剂DCP、硫化促进剂TAIC、阻燃剂DPER、APP，和竹块基活性炭，混炼1h，使混合均匀，下料，得到固体1。
(2)硫化：将所述固体1在160℃、10MPa下硫化10min，得到本发明所述以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料；
上述塑炼和混炼过程均优选采用通入冷却水来控制辊温为40℃；
所述以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料性能测试结果为：拉伸强度为9.9MPa，断裂伸长率为354％，极限氧指数为32.7％，垂直燃烧测试等级为UL 94V-0级，密度为1.27g/cm3。
实施例7
一种以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料，以所述膨胀阻燃电缆料中EVM、阻燃剂和协效剂总质量为100％计，各组分的含量如下：
一种以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料的制备方法，所述方法具体步骤如下：
(1)混炼：将EVM70加入混炼机中，塑炼15min，依次加入活化剂ZnO、加工助剂PE蜡、抗水解剂P-50、硫化剂DCP、硫化促进剂TAIC、阻燃剂DPER、APP，和竹块基活性炭，混炼1h，使混合均匀，下料，得到固体1。
(2)硫化：将所述固体1在160℃、10MPa下硫化10min，得到本发明所述以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料；
上述塑炼和混炼过程均优选采用通入冷却水来控制辊温为40℃；
所述以竹块基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料性能测试结果为：拉伸强度为9.8MPa，断裂伸长率为341％，极限氧指数为33.2％，垂直燃烧测试等级为UL 94V-0级，密度为1.24g/cm3。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料，其特征在于：以所述膨胀阻燃电缆料总质量为100％计，各组分及质量百分含量如下：
所述乙烯-醋酸乙烯酯橡胶为以下两种中的一种：
第一种是以乙烯和醋酸乙烯酯总摩尔含量为100％计，其中醋酸乙烯酯的摩尔含量为60±1.5％，记为EVM60，EVM60密度为1.04g/m3；
第二种是以乙烯和醋酸乙烯酯总摩尔含量为100％计，其中醋酸乙烯酯的摩尔含量为70±1.5％，记为EVM70，EVM70密度为1.08g/m3；
阻燃剂为聚磷酸铵Ⅱ型与双季戊四醇的混合物，聚磷酸铵Ⅱ型与双季戊四醇的质量比为3:1；
阻燃协效剂为植物基活性炭；
硫化剂为过氧化二异丙苯；
硫化促进剂为三烯丙基异氰脲酸酯；
活化剂为硬脂酸和氧化锌中的一种；
抗水解剂为聚碳化二亚胺；
加工助剂为聚乙烯蜡。
2.根据权利要求1所述的一种以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料，其特征在于：所述植物基活性炭为竹块基活性炭、竹叶基活性炭和稻糠基活性炭中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料，其特征在于：所述植物基活性炭的制备方法如下：
(1)在N2气氛下，将植物原材料在500℃下焙烧2h，得到粗产物1；将粗产物1加入氢氧化钾溶液中，在搅拌下反应2h，干燥，得到粗产物2；
(2)在N2气氛下，将粗产物2在700℃下焙烧2h，得到所述植物基活性炭；
其中，步骤(1)和步骤(2)所述焙烧的升温速率均为5℃/min；
步骤(1)所述粗产物1与氢氧化钾的质量比为1:4；搅拌速率为100r/min；反应温度为70℃。
4.一种如权利要求1或2所述的以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
(1)混炼：将乙烯-醋酸乙烯酯橡胶加入混炼机中，通入冷却水，塑炼15min，依次加入活化剂、加工助剂、抗水解剂、硫化剂、硫化促进剂、阻燃剂和阻燃协效剂，混炼均匀，下料，得到固体1；
(2)硫化：将所述固体1进行硫化处理，得到所述以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料。
5.根据权利要求4所述的一种以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料的制备方法，其特征在于：所述混炼机为双辊混炼机；混炼时间为1h。
6.根据权利要求4所述的一种以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述所述塑炼和混炼辊温均为40℃。
7.根据权利要求4所述的一种以植物基活性炭为协效剂的膨胀阻燃电缆料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述硫化参数为硫化温度160℃、硫化时间10min、硫化压强10MPa。
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