CN104744761A - 一种聚乙烯环保阻燃发泡塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚乙烯环保阻燃发泡塑料及其制备方法。该聚乙烯环保阻燃发泡塑料包括如下重量份的组分：高压低密度聚乙烯3.5～4.7份；超高分子量聚乙烯1.2～2.5份；聚甲醛0.8～2.3份；短切玄武岩纤维1.2～3份；锆英粉0.8～2.5份；阻燃剂2.2～3.5份；化工助剂0.9～1.6份。本发明不仅提高该环保阻燃发泡塑料的拉伸性能，并在获得优异的阻燃效果的同时，降低阻燃剂的使用含量，节约生产成本，且该聚乙烯环保发泡塑料无毒环保，明显扩大了产品的应用范围。同时上述制备方法显著提高制备的聚乙烯环保阻燃发泡塑料的良品率，且工艺简单，成本低，易于操作和控制，适于工业化生产。

Description

一种聚乙烯环保阻燃发泡塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种聚乙烯环保阻燃发泡塑料及其制备方法。
背景技术
高压低密度聚乙烯在聚乙烯树脂中是质量最轻的品种，其结晶度（55%～65%）和软化点（90～100℃）较低；有良好的柔软性、延伸性、透明性、耐寒性和加工性；其化学稳定性较好，可耐酸、碱和盐类水溶液；有良好的电绝缘性和透气性，且吸水性低；性质较柔软，具有良好的延伸性、电绝缘性、化学稳定性、加工性能和耐低温性（可耐-70℃）。但不足之处是其易燃烧，给日常生活带来极大的安全隐患，且机械强度较差，在日光或高温下易老化分解而变色，导致性能下降。
目前常添加一些改性剂来改善低密度聚乙烯制品的不足之处，例如在低密度聚乙烯中加入阻燃剂、化工助剂、碳酸钙填充料，得到一种阻燃发泡塑料，使用该阻燃发泡材料制备的产品具有良好的阻燃功能和环保效果，但其阻燃剂用量大，且材料的拉伸强度较差，因此增加了生产成本，更严重影响该种发泡塑料的经济价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种聚乙烯环保阻燃发泡塑料，旨在解决现有的阻燃发泡材料使用的阻燃剂多，浪费生产资源，且材料拉伸强度较差的问题。
本发明的另一目的是提供该聚乙烯环保阻燃发泡塑料的制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种聚乙烯环保阻燃发泡塑料，包括如下重量份的组分：
以及，一种聚乙烯环保阻燃发泡塑料的制备方法，包括以下步骤：
按照上述的聚乙烯环保阻燃发泡塑料的配方称取各组分；
将称取的聚甲醛搅拌后，加入高压低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、短切玄武岩纤维、锆英粉和阻燃剂进行一段密炼处理，后加入氧化锌和硬脂酸进行二段密炼处理，再加入高温发泡剂和交联剂进行三段密炼处理，直至物料交联成团状，得到交联物料；
将交联物料依次进行炼胶、出片、截断、发泡和冷却处理，获得聚乙烯环保阻燃发泡塑料。
上述聚乙烯环保阻燃发泡塑料通过在基体组分高压低密度聚乙烯中加入超高分子量聚乙烯、聚甲醛、短切玄武岩纤维和锆英粉材料，并通过限定其配比，使得各组分相辅相成，协同显著提高该环保阻燃发泡塑料的拉伸性能，并在获得优异的阻燃效果的同时，降低阻燃剂的使用含量，节约生产成本，且该聚乙烯环保发泡塑料无毒环保，明显扩大了产品的应用范围。
上述聚乙烯环保阻燃发泡塑料的制备方法根据各组分的物化性能将其分段加入并进行密炼处理，显著提高制备的聚乙烯环保阻燃发泡塑料的良品率，同时该制备方法工艺简单，成本低，易于操作和控制，非常适于工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例聚乙烯环保阻燃发泡塑料制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例与附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种拉伸强度高、阻燃效果好且阻燃剂含量少的聚乙烯环保阻燃发泡塑料。该聚乙烯环保阻燃发泡塑料，包括如下重量份的组分：
上述高压低密度聚乙烯易燃烧，给日常生活带来极大的安全隐患，且机械强度较差，在日光或高温下易老化分解而变色，导致性能下降，而超高分子量聚乙烯具有超强的耐磨性和自润性，化学性质稳定，强度高且抗老化性能强，由此，本实施例在基体组分高压低密度聚乙烯中添加超高分子量聚乙烯来提高其拉伸强度。作为优选实施例，该超高分子量聚乙烯的重均分子量在100万以上，该优选的重均分子量范围有利于超高分子量聚乙烯进一步提高低密度聚乙烯的机械强度。在具体实施例中，该超高分子量聚乙烯的重均分子量为150万。
聚甲醛，一种高密度、高结晶性的线性聚合物，有良好的物化、机械性能，其拉伸强度达到70MPa，是热塑性树脂中最坚韧的高分子材料，当在高压低密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯中再加入拉伸强度高的聚甲醛，使得此三种组分相辅相成，协同提高聚乙烯环保阻燃发泡塑料的拉伸强度。
玄武岩纤维是玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融后通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，类似于玻璃纤维，其性能介于高强度玻璃纤维和无碱玻璃纤维之间，是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料，其不仅稳定性好且还具有良好的电绝缘性、抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等性能，且绿色环保，无任何毒害。而短切玄武岩纤维是将连续玄武岩纤维原丝短切而成的产品，本实施例添加的短切玄武岩纤维不仅与其它组分相容性好，且进一步改善了聚乙烯环保阻燃发泡塑料的拉伸性能，并提高了该发泡塑料的阻燃性。
优选地，上述短切玄武岩纤维的长度为6毫米，宽为1.5毫米。这是因为当该短切玄武岩纤维尺寸过大时，即长超过6毫米、宽超过1.5毫米时，与其它组分相容性不佳，导致交联效果不好，易使产品产生大气泡，提高次品率；当该短切玄武岩纤维尺寸过小时，即长短于6毫米、宽少于1.5毫米时发泡塑料的拉伸效果不理想。在具体实施例中，经多次试验表明，该短切玄武岩纤维在长度为6毫米，宽度为1.5毫米时其拉伸效能最为理想。
锆英粉是一种耐温材料，其化学稳定性优异，耐火温度达到2430℃，且与其他材料相容性极佳，无毒无害，是一种理想的环保耐高温塑料填充剂。因此，本发明实施例添加锆英粉改善上述聚乙烯发泡材料的阻燃性，且环保实用。为提高锆英粉的分散性，且考虑到锆英粉较昂贵，作为优选实施例，上述锆英粉粒度为1000～1500目。在具体实施例中，该锆英粉的粒度为1500目。
上述聚乙烯环保阻燃发泡塑料还包括与短切玄武岩纤维、锆英粉协同作用的阻燃剂，共同解决基体组分高压低密度聚乙烯易燃的技术问题。另外，为使材料无毒无害，绿色环保，该阻燃剂优选为无卤环保复合阻燃剂。在具体实施例中，该无卤环保复合阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐。
为确保各组分充分交联形成三维网状结构的高聚物，且提高产品的发泡性和在加工过程中各组分的流动性，上述聚乙烯环保阻燃发泡塑料加入上述化工助剂，包括如下重量份的组分：
具体地，上述高温发泡剂为偶氮二甲酰胺；和/或交联剂为双叔丁基过氧异丙基苯；和/或硬脂酸为1801；和/或氧化锌的纯度为99.5～99.7%。。
其中，偶氮二甲酰胺是一种发气量大、价格便宜，且分散性好、分解物无毒、无臭、无污染的环保有机发泡剂，其以释放氮气为主，气体不易从发泡体逸出，并能通过选择不同类型的活化剂及用量，调节其热分解性。但是偶氮二甲酰胺是一种强发热发泡剂，在加工过程中因分解放出大量的热，使熔体粘度下降和波动，有时分解速度过快，局部温度会使树脂分解，因此，需加入促发泡剂氧化锌改善其发泡效果，优选地，为使其发泡性能更好，上述氧化锌纯度为99.5～99.7%。
上述交联剂优选为交联时无臭味且含有两个过氧键的双叔丁基过氧异丙基苯，使得交联时不会产生难闻的气味而留在制品中，且其活性氧含量高，可减少交联剂的使用量。另外，为改善加工中材料的流动性和脱模性，防止材料在机内或模具内粘附而产生鱼眼等缺陷，以及为提高上述各组分在制备过程中如密炼过程中的分散均匀性，上述实施例加入硬脂酸作为润滑剂。在优选实施例中，硬脂酸为1801。
上述聚乙烯环保阻燃发泡塑料通过在基体组分高压低密度聚乙烯中加入超高分子量聚乙烯、聚甲醛、短切玄武岩纤维和锆英粉材料，并通过限定其配比，使得各组分相辅相成，协同显著提高该环保阻燃发泡塑料的拉伸性能。同时，通过添加短切玄武岩纤维、锆英粉及阻燃剂，共同解决基体组分高压低密度聚乙烯易燃的技术问题，并降低阻燃剂的使用含量，节约生产成本。另外，上述聚乙烯环保阻燃发泡塑料采用环保无毒害的短切玄武岩纤维、锆英粉、阻燃剂以及交联剂实现该聚乙烯发泡塑料的绿色环保，明显扩大了产品的应用范围。
相应地，本发明实施例还提供上述聚乙烯环保阻燃发泡塑料的制备方法，其工艺流程如图1所示。该方法包括以下步骤：
S01.称取聚乙烯环保阻燃发泡塑料的组分：按照上述的聚乙烯环保阻燃发泡塑料的配方称取各组分；
S02.将各组分分段加入并密炼处理，得交联物料：将称取的聚甲醛搅拌后，加入高压低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、短切玄武岩纤维、锆英粉和阻燃剂进行一段密炼处理，后加入氧化锌和硬脂酸进行二段密炼处理，再加入高温发泡剂和交联剂进行三段密炼处理，直至物料交联成团状，得到交联物料；
S03.将交联物料依次进行炼胶、出片、截断、发泡和冷却处理，获得聚乙烯环保阻燃发泡塑料。
上述步骤S02中，因聚甲醛的熔点比超高分子量聚乙烯和高压低密度聚乙烯高，因此在进行密炼处理之前，应先放入温度为180℃～230℃的搅拌机搅拌1～3分钟使其软化。之后，将软化后的聚甲醛与超高分子量聚乙烯、高压低密度聚乙烯、短切玄武岩纤维、锆英粉及阻燃剂一起放入密炼机进行一段密炼处理，温度为55℃～65℃；密炼至温度达到65℃左右时，进行二段密炼处理，即加入氧化锌和硬脂酸密炼，温度为65～95℃；为使材料充分分解，不至于交联太快而影响效能，因此当温度达到95℃左右时，才加入高温发泡剂和交联剂，密炼至温度115℃～120℃,直至物料交联成团状，得到交联物料。
具体地，上述步骤S02中，密炼总时间为13～15分钟。
上述步骤S03中，将密炼后的胶联物料通过开炼机炼胶；再通过截断机制成薄片半成品；后将半成品按模具设计工艺的要求进行发泡成型；并将发泡初产品进行冷却定型，得到理想制品，即获得聚乙烯环保阻燃发泡塑料。
需特别注意，在对交联物料进行开练处理时，使用的开炼机温度不能超过55℃，否则物料容易粘机器。如果物料黏在机器上，可以在开炼机上洒50克左右的硬脂酸即可解决，而且开炼机在使用前需先预热约15分钟。
上述聚乙烯环保阻燃发泡塑料的制备方法根据各组分的物化性能将其分段加入并进行密炼处理，显著提高制备的聚乙烯环保阻燃发泡塑料的良品率，同时该制备方法工艺简单，成本低，易于操作和控制，非常适于工业化生产。
现以聚乙烯环保阻燃发泡塑料的配方和制备方法为例，对本发明进行进一步详细说明。
下述所有实施例中超高分子量聚乙烯的重均分子量为150万；短切玄武岩纤维的长度为6毫米，宽为1.5毫米；锆英粉的粒度为1500目；阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐；高温发泡剂为偶氮二甲酰胺；交联剂为双叔丁基过氧异丙基苯；硬脂酸为1801；氧化锌的纯度为99.7。另外，下述所有实施例的具体组分均来源于市售。
实施例1
一种聚乙烯环保阻燃发泡塑料，包括如下重量份的组分：
上述实施例1的聚乙烯环保阻燃发泡塑料的制备方法包括以下步骤：
S11.按照上述聚乙烯环保阻燃发泡塑料的具体配方称取各组分；
S12.将称取的聚甲醛先放入温度为180℃～230℃的搅拌机搅拌1～3分钟使其软化。然后与称好的超高分子量聚乙烯、高压低密度聚乙烯、短切玄武岩纤维、锆英粉及三聚氰胺磷酸盐一起放入密炼机进行密炼；密炼机室入料时的温度通过红外线温度测量计测量为55℃～65℃，盖上压力盖和防尘盖密炼。当温度升为65℃左右时先加入氧化锌和硬脂酸，继续密炼到温度约为95℃左右，升起压力盖和防尘盖，加入偶氮二甲酰胺和双叔丁基过氧异丙基苯。这时盖上盖继续密炼，密炼到温度约95℃时，升盖进行第一次翻料；盖上盖密炼到温度约为100℃～105℃时升盖翻料两次；盖上盖密炼到110℃时升盖再翻料一次，115℃时最后翻料一次，即共翻料五次；温度达到115℃～120℃时，所有物料分解交联成团即可，整个密炼全程约13～15分钟。
S13.完成密炼机上述工序后，把密炼好的交联好的物料送到开炼机上，反复翻动炼胶3次约4分钟，开炼机两个滚轮的温度约为55；炼胶完成后，将胶料放到另一台开炼机上出片，片的厚度为0.8mm～0.9mm的薄片，出片后把薄片经过输送带送到截断机，并根据膜具设计要求的长度和宽度将薄片截断成薄片半成品，截断刀的温度要预热到125℃～135℃；之后，根据模具设计的要求称取所需薄片半成品的重量，每单件薄片重约0.6公斤，然后由约46单件薄片组成总重量为28公斤的片材放入发泡机模具内发泡，发泡机模具的温度约165℃～168℃，发泡完成后，打开发泡机的模具牵引成品片材并进行冷却，最终得到聚乙烯环保阻燃发泡塑料产品。
实施例2
一种聚乙烯环保阻燃发泡塑料，包括如下重量份的组分：
本实施例2的聚乙烯环保阻燃发泡塑料的制备方法与上述实施例1的制备方法相同，在此不再阐述。
性能测试：
将上述实施例1制备得到的聚乙烯环保阻燃发泡塑料进行拉伸性能测试。
实验1
用添加了超高分子量聚乙烯、聚甲醛、短切玄武岩纤维、锆英粉的发泡塑料通过注塑制成硬度为55°,长40cm,宽30cm,厚25mm的发泡塑料板材进行拉伸比较测试，具体步骤为：将实施例1得到的聚乙烯环保阻燃发泡塑料通过注塑制成具有上述硬度和尺寸的塑料板材，在板材两头距离边缘3cm处，用直径1.5cm的铁棒穿过上述塑料板材，水平固定在离地面60cm高之处。之后，两头用582.00牛顿力往两边拉伸100秒，进行拉伸测试，板材长度从40cm延展至40.06cm，比原来板材延展了0.06cm。停止拉伸5分钟后，板材恢复到40.01cm，且板材表面无裂痕、光滑平整。
对比实验1
将没有添加超高分子量聚乙烯、聚甲醛、短切玄武岩纤维和锆英粉的普通高压低密度聚乙烯发泡塑料通过注塑制成硬度为55°且长40cm、宽30cm、厚25mm的发泡塑料板材，板材两头距离边缘3cm处，用直径1.5cm的铁棒穿过塑料板材，水平固定在离地面60cm高之处。之后，两头用582.00牛顿力往两边拉伸100秒，进行拉伸测试，板材长度从40cm延展至40.04cm，比原来板材延展了0.04cm。停止拉伸5分钟后，板材正面和背面的中间均有长18cm，宽2mm，深3mm的裂痕，长度为40.02cm，无法恢复到原来板材状态。
实验2
用添加了超高分子量聚乙烯、聚甲醛、短切玄武岩纤维、锆英粉的发泡塑料通过注塑制成硬度为45°,长40cm,宽30cm,厚25mm的发泡塑料板材，并进行拉伸比较测试，具体步骤为：将实施例1得到的聚乙烯环保阻燃发泡塑料制成具有上述硬度和尺寸的塑料板材，在板材两头距离边缘3cm处，用直径1.5cm的铁棒穿过上述塑料板材，水平固定在离地面60cm高之处。之后，两头用582.00牛顿力往两边拉伸100秒，进行拉伸测试，板材长度从40cm延展至40.08cm，比原来塑料板材延展了0.08cm。停止拉伸5分钟后，板材恢复到40.08cm，且塑料板材表面无裂痕、光滑平整。
对比实验2
将没有添加超高分子量聚乙烯、聚甲醛、短切玄武岩纤维和锆英粉的普通高压低密度聚乙烯塑料制成硬度为45°且长40cm、宽30cm、厚25mm的发泡塑料板材，板材两头距离边缘3cm处，用直径1.5cm的铁棒穿过塑料板材，水平固定在离地面60cm高之处。之后，两头用582.00牛顿力往两边拉伸100秒，进行拉伸测试，板材长度从40cm延展至40.05cm，比原来延展了0.05cm。停止拉伸5分钟后，板材正面和背面的中间均有长8cm，宽2mm，深5mm的裂痕，板材长度为40.03cm，无法恢复到原来板材状态。
由上述对比实验可知，在基体组分高压低密度聚乙烯中添加超高分子量聚乙烯、聚甲醛、短切玄武岩纤维和锆英粉后，其发泡塑料板材的拉伸效果优于没有添加上述组分的普通高压低密度聚乙烯发泡塑料板材。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种聚乙烯环保阻燃发泡塑料，包括如下重量份的组分：
2.根据权利要求1所述的聚乙烯环保阻燃发泡塑料，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量在100万以上。
3.根据权利要求1所述的聚乙烯环保阻燃发泡塑料，其特征在于，所述短切玄武岩纤维的长度为6毫米，宽为1.5毫米。
4.根据权利要求1所述的聚乙烯环保阻燃发泡塑料，其特征在于，所述锆英粉粒度为1000～1500目。
5.根据权利要求1所述的聚乙烯环保阻燃发泡塑料，其特征在于，所述阻燃剂为无卤环保复合阻燃剂。
6.根据权利要求1所述的聚乙烯环保阻燃发泡塑料，其特征在于，所述化工助剂包括如下重量份的组分：
7.根据权利要求6所述的聚乙烯环保阻燃发泡塑料，其特征在于，所述高温发泡剂为偶氮二甲酰胺；和/或所述交联剂为双叔丁基过氧异丙基苯；和/或所述硬脂酸为1801；和/或所述氧化锌的纯度为99.5～99.7%。
8.一种聚乙烯环保阻燃发泡塑料的制备方法，包括以下步骤：
按权利要求1～7任一所述的聚乙烯环保阻燃发泡塑料的配方称取各组分；
将称取的所述聚甲醛搅拌后，加入所述高压低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、短切玄武岩纤维、锆英粉和阻燃剂进行一段密炼处理，后加入所述氧化锌和硬脂酸进行二段密炼处理，再加入所述高温发泡剂和交联剂进行三段密炼处理，直至物料交联成团状，得到交联物料；
将所述交联物料依次进行炼胶、出片、截断、发泡和冷却处理，获得聚乙烯环保阻燃发泡塑料。
9.根据权利要求8所述的聚乙烯环保阻燃发泡塑料的制备方法，其特征在于，所述一段密炼处理的温度为55℃～65℃；所述二段密炼处理的温度为65°C～95℃；所述三段密炼处理的温度为95～120℃。
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