CN105037997A - 无卤阻燃tpvc材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无卤阻燃TPVC材料及其制备方法，该无卤阻燃TPVC材料是由下述重量份的组分制成：PVC树脂100份，增塑剂50～100份，热稳定剂5～10份，润滑剂2～4份以及无卤阻燃剂40～100份；增塑剂由对苯二甲酸二辛酯、环氧脂肪酸甲酯、磷酸二苯一异辛酯以及氯化石蜡按照100∶（10～20）∶（100～50）∶（5～15）的重量比组成；无卤阻燃剂由活性氢氧化镁、微胶囊红磷、三氧化二锑、硼酸锌按照100∶（10～20）∶（5～15）∶（5～15）的重量比组成。本发明的无卤阻燃TPVC材料具有较好的阻燃性能和力学性能，而且属于对人体和环境无害的绿色环保材料。

Description

无卤阻燃TPVC材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子复合材料及其制备方法，具体涉及一种无卤阻燃TPVC材料及其制备方法。
背景技术
PVC是一种常用的通用塑料，其具有来源广、价格低廉、强度高、耐腐蚀性等优点，被广泛用于建筑、化工、医疗器械等领域，特别是在PVC弹性体（简称TPVC）制造及应用领域日趋广泛。其主要原因是TPVC制造便利、成型加工容易、弹性好、耐低温型好、耐老化，有取代传统橡胶制造与加工的趋势。
现有的TPVC材料存在的问题主要包括：（1）在制造TPVC材料的过程中需要添加大量的增塑剂，而绝大多数增塑剂都属于易燃物质，从而导致TPVC材料易燃性增加；（2）采用的增塑剂主要为邻苯二甲酸酯类，这类增塑剂对人体有害；（3）添加了阻燃剂的TPVC材料的力学性能大大降低。
发明内容
本发明的目的之一在于解决上述问题，提供一种对人体和环境无害、且阻燃性能与力学性能均较好的无卤阻燃TPVC材料。
本发明的另一目的在于提供上述无卤阻燃TPVC材料的制备方法。
实现本发明目的之一的技术方案是：一种无卤阻燃TPVC材料，它是由下述重量份的组分制成：PVC树脂100份，增塑剂50～100份，热稳定剂5～10份，润滑剂2～4份以及无卤阻燃剂40～100份。
所述的PVC树脂为聚合度较高的SG-3型、S-2500型或者S-2700型PVC树脂。
所述的增塑剂由对苯二甲酸二辛酯（DOTP）、环氧脂肪酸甲酯、磷酸二苯一异辛酯（DPOP）以及氯化石蜡按照100∶（10～20）∶（100～50）∶（5～15）的重量比组成。
所述的热稳定剂为钙锌复合稳定剂。
所述的润滑剂由硬脂酸钙、硬脂酸以及聚乙烯蜡按照1∶1.1∶1的重量比组成。
所述的无卤阻燃剂由活性氢氧化镁、微胶囊红磷、三氧化二锑、硼酸锌按照100∶（10～20）∶（5～15）∶（5～15）的重量比组成。
所述的活性氢氧化镁由1450目～2500目的氢氧化镁经硅烷偶联剂处理得到，氢氧化镁与硅烷偶联剂的重量比为100∶（1.5～3.3）。
实现本发明另一目的的技术方案是：一种无卤阻燃TPVC材料的制备方法，具有以下步骤：
①按照下述重量份称取PVC树脂、增塑剂、热稳定剂、润滑剂以及无卤阻燃剂，待用：PVC树脂100份，增塑剂50～100份，热稳定剂5～10份，润滑剂2～4份以及无卤阻燃剂40～100份；
②先将PVC树脂倒入转速为1000转/分钟～1500转/分钟的高速混合机中混合至80℃～85℃，使PVC树脂发生膨胀；然后将增塑剂倒入高速混合机中继续混合5min～10min，使增塑剂完全被PVC树脂所吸收；接着将热稳定剂、润滑剂以及无卤阻燃剂倒入高速混合机中继续混合，直至混合所产生的摩擦热使得混合物料的温度达到90℃～95℃，出料冷却；
③将冷却后的混合物料送入到双螺杆挤出机中熔融挤出，所挤出的条料经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒，即得无卤阻燃TPVC材料。
所述的PVC树脂为聚合度较高的SG-3型、S-2500型或者S-2700型PVC树脂。
所述的增塑剂由对苯二甲酸二辛酯（DOTP）、环氧脂肪酸甲酯、磷酸二苯一异辛酯（DPOP）以及氯化石蜡按照100∶（10～20）∶（100～50）∶（5～15）的重量比组成。
所述的热稳定剂为钙锌复合稳定剂。
所述的润滑剂由硬脂酸钙、硬脂酸以及聚乙烯蜡按照1∶1.1∶1的重量比组成。
所述的无卤阻燃剂由活性氢氧化镁、微胶囊红磷、三氧化二锑、硼酸锌按照100∶（10～20）∶（5～15）∶（5～15）的重量比组成。
所述的活性氢氧化镁由1450目～2500目的氢氧化镁经硅烷偶联剂处理得到，氢氧化镁与硅烷偶联剂的重量比为100∶（1.5～3.3），具体方法如下：先将1450目～2500目的氢氧化镁倒入高速混合机中混合，高速混合机的转速为1000转/分钟～1500转/分钟，混合时间为8min～15min，待高速混合所产生的摩擦热使得物料的温度达到90℃～100℃时，将硅烷偶联剂倒入高速混合机中继续混合5min～10min，直至硅烷偶联剂均匀包覆在氢氧化镁表面后出料即得。
上述步骤③中，双螺杆挤出机各区的温度为：T1=90～100℃，T2=100～110℃，T3=110～120℃，T4=120～130℃，T5=130～140℃，T模头=130～140℃。
本发明具有的积极效果：（1）本发明的无卤阻燃TPVC材料采用对苯二甲酸二辛酯（DOTP）、环氧脂肪酸甲酯、磷酸二苯一异辛酯（DPOP）以及氯化石蜡按照100∶（10～20）∶（100～50）∶（5～15）的重量比组成增塑体系；其中，DOTP为环保型的对苯二甲酸酯类增塑剂，用其替代对人体有害的邻苯二甲酸酯类增塑剂使得本发明的无卤阻燃TPVC材料属于绿色环保材料；而环氧脂肪酸甲酯不仅能够提高TPVC材料的耐寒性，即使TPVC材料在低温下保持良好的弹性，同时还能够起到辅助热稳定作用；而DPOP与PVC树脂具有较好的相容性，从而能够防止其它增塑剂在低温下析出或渗出，而且还具有一定的阻燃效果；而氯化石蜡的加入可以进一步起到协同阻燃的作用，但其用量不能较多，否则容易在TPVC中析出而影响其作用。很显然，本发明的增塑体系不仅具有较好的环保型，而且具有较好的增塑效果、耐低温性、协同热稳定性、协同阻燃性以及与PVC较好的相容性，最终得到性能优异的无卤阻燃TPVC材料。（2）本发明的无卤阻燃TPVC材料采用无毒的钙锌复合稳定剂，进一步保证了该材料符合欧盟颁布的《ROHS》相关环保指令要求。（3）本发明的无卤阻燃TPVC材料采用价格低廉的氢氧化镁、微胶囊红磷、三氧化二锑以及硼酸锌按照100∶（10～20）∶（5～15）∶（5～15）的重量比组成阻燃体系，该阻燃体系不仅具有成本低、环保无毒等特点，而且具有良好的阻燃协同作用（高阻燃性和消烟性），特别是能够与部分DPOP和部分氯化石蜡一起具有阻燃协同作用，最关键的是，该阻燃体系能够保证制得的TPVC材料保持较好的力学性能（拉伸强度、断裂伸长率）和成型加工性能。（4）本发明的无卤阻燃TPVC材料采用硬脂酸钙、硬脂酸以及聚乙烯蜡按照1∶1.1∶1的重量比组成润滑体系，该润滑体系对TPVC材料兼有恰当的内、外润滑作用，保证TPVC材料具有良好的成型加工性和制品表面的光滑性。
具体实施方式
（实施例1）
本实施例的无卤阻燃TPVC材料由下述重量的组分制成：
100kg的SG-3型PVC树脂。
作为增塑剂的30kg对苯二甲酸二辛酯（DOTP）、4.5kg环氧脂肪酸甲酯、22.5kg磷酸二苯一异辛酯（DPOP）以及3kg氯化石蜡。
6kg的钙锌复合稳定剂。
作为润滑剂的1kg硬脂酸钙、1.1kg硬脂酸以及1kg聚乙烯蜡。
作为无卤阻燃剂的50kg活性氢氧化镁、6kg微胶囊红磷、4kg三氧化二锑以及5kg硼酸锌。
上述无卤阻燃TPVC材料的制备方法具有以下步骤：
①按照上述重量份称取SG-3型PVC树脂、对苯二甲酸二辛酯、环氧脂肪酸甲酯、磷酸二苯一异辛酯、氯化石蜡、钙锌复合稳定剂、硬脂酸钙、硬脂酸、聚乙烯蜡、活性氢氧化镁、微胶囊红磷、三氧化二锑以及硼酸锌待用；
其中活性氢氧化镁的制备过程如下：将150kg的1450目～2500目的氢氧化镁入高速混合机中混合，在1200转/分钟的转速下混合10min，待高速混合所产生的摩擦热使得物料的温度达到95℃时（这时除去氢氧化镁中吸湿的水分），将3kg的硅烷偶联剂倒入高速混合机中继续混合8min，直至硅烷偶联剂均匀包覆在氢氧化镁表面后出料即得。
②先将PVC树脂倒入转速为1200转/分钟的高速混合机中混合至85℃，使PVC树脂发生膨胀；然后将对苯二甲酸二辛脂、环氧脂肪酸甲酯、磷酸二苯一异辛酯以及氯化石蜡倒入高速混合机中继续混合8min，使增塑剂完全被PVC树脂所吸收；接着将钙锌复合稳定剂、硬脂酸钙、硬脂酸、聚乙烯蜡、活性氢氧化镁、微胶囊红磷、三氧化二锑以及硼酸锌倒入高速混合机中继续混合，直至混合所产生的摩擦热使得混合物料的温度达到95℃后，出料冷却；
③将冷却后的混合物料送入到双螺杆挤出机中熔融挤出，所挤出的条料经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒，即得无卤阻燃TPVC材料。
双螺杆挤出机各区的温度为：T1=90～100℃，T2=100～110℃，T3=110～120℃，T4=120～130℃，T5=130～140℃，T模头=130～140℃。
（实施例2～实施例6）
各实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于无卤阻燃TPVC材料的配方，具体见表1。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
PVC树脂 SG-3型100kg SG-3型100kg SG-3型100kg S-2500型100kg S-2500型100kg S-2500型100 kg
DOTP 30kg 30kg 30kg 30kg 30kg 30kg
环氧脂肪酸甲酯 4.5kg 5kg 4kg 4.5kg 6kg 3kg
DPOP 22.5kg 20kg 25kg 22.5kg 15kg 15kg
氯化石蜡 3kg 4kg 2kg 3kg 4.5kg 1.5kg
钙锌复合稳定剂 6kg 6kg 6kg 6kg 6kg 6kg
硬脂酸钙 1kg 1kg 1kg 1kg 1kg 1kg
硬脂酸 1.1kg 1.1kg 1.1kg 1.1kg 1.1kg 1.1kg
聚乙烯蜡 1kg 1kg 1kg 1kg 1kg 1kg
活性氢氧化镁 50kg 50kg 60kg 60kg 60kg 60kg
微胶囊红磷 6kg 6kg 6kg 9kg 8kg 6kg
三氧化二锑 4kg 4kg 4kg 8kg 8kg 8kg
硼酸锌 5kg 6kg 6kg 6kg 8kg 6kg
（应用例）
将实施例1～实施例6制得的无卤阻燃TPVC材料采用模压成型和制样，并按国家标准对该标准试样进行力学性能和阻燃性能测试，测试结果见表2。
表2
测试性能 性能指标 测试标准 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
拉伸强度/MPa ＞10.0 GB/T1043-2006 12.8 13.1 12.1 12.5 12.6 12.5
断裂伸长率/% ＞250 GB/T1043-2006 280 300 286 278 270 285
热老化（80℃，168h）拉伸强度 ＞10.0 11.6 11.7 11.0 11.4 11.4 11.3
热老化（80℃，168h）拉伸强度变化率/% ≤20 9.4 10.7 9.1 8.8 9.5 9.6
邵氏硬度 75±5 GB/T2411-2008 76 75 76 76 76 76
氧指数/% ＞31 GB/T2406.2-2009 31.5 32.0 33.0 33.1 33.1 33.0
垂直燃烧 V-0 GB/T2408-2008 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0

Claims (10)

1.一种无卤阻燃TPVC材料，其特征在于它是由下述重量份的组分制成：PVC树脂100份，增塑剂50～100份，热稳定剂5～10份，润滑剂2～4份以及无卤阻燃剂40～100份。
2.根据权利要求1所述的无卤阻燃TPVC材料，其特征在于：所述的增塑剂由对苯二甲酸二辛酯、环氧脂肪酸甲酯、磷酸二苯一异辛酯以及氯化石蜡按照100∶（10～20）∶（100～50）∶（5～15）的重量比组成。
3.根据权利要求1或2所述的无卤阻燃TPVC材料，其特征在于：所述的无卤阻燃剂由活性氢氧化镁、微胶囊红磷、三氧化二锑、硼酸锌按照100∶（10～20）∶（5～15）∶（5～15）的重量比组成。
4.根据权利要求3所述的无卤阻燃TPVC材料，其特征在于：所述的活性氢氧化镁由1450目～2500目的氢氧化镁经硅烷偶联剂处理得到，氢氧化镁与硅烷偶联剂的重量比为100∶（1.5～3.3）。
5.一种无卤阻燃TPVC材料的制备方法，其特征在于具有以下步骤：
①按照下述重量份称取PVC树脂、增塑剂、热稳定剂、润滑剂以及无卤阻燃剂，待用：PVC树脂100份，增塑剂50～100份，热稳定剂5～10份，润滑剂2～4份以及无卤阻燃剂40～100份；
②先将PVC树脂倒入转速为1000转/分钟～1500转/分钟的高速混合机中混合至80℃～85℃，使PVC树脂发生膨胀；然后将增塑剂倒入高速混合机中继续混合5min～10min，使增塑剂完全被PVC树脂所吸收；接着将热稳定剂、润滑剂以及无卤阻燃剂倒入高速混合机中继续混合，直至混合所产生的摩擦热使得混合物料的温度达到90℃～95℃，出料冷却；
③将冷却后的混合物料送入到双螺杆挤出机中熔融挤出，所挤出的条料经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒，即得无卤阻燃TPVC材料。
6.根据权利要求5所述的无卤阻燃TPVC材料的制备方法，其特征在于：步骤①中所述的增塑剂由对苯二甲酸二辛酯、环氧脂肪酸甲酯、磷酸二苯一异辛酯以及氯化石蜡按照100∶（10～20）∶（100～50）∶（5～15）的重量比组成。
7.根据权利要求5或6所述的无卤阻燃TPVC材料的制备方法，其特征在于：步骤①中所述的无卤阻燃剂由活性氢氧化镁、微胶囊红磷、三氧化二锑、硼酸锌按照100∶（10～20）∶（5～15）∶（5～15）的重量比组成。
8.根据权利要求7所述的无卤阻燃TPVC材料的制备方法，其特征在于：所述的活性氢氧化镁由1450目～2500目的氢氧化镁经硅烷偶联剂处理得到，氢氧化镁与硅烷偶联剂的重量比为100∶（1.5～3.3），具体方法如下：先将1450目～2500目的氢氧化镁倒入高速混合机中混合，高速混合机的转速为1000转/分钟～1500转/分钟，混合时间为8min～15min，待高速混合所产生的摩擦热使得物料的温度达到90℃～100℃时，将硅烷偶联剂倒入高速混合机中继续混合5min～10min，直至硅烷偶联剂均匀包覆在氢氧化镁表面后出料即得。
9.根据权利要求8所述的无卤阻燃TPVC材料的制备方法，其特征在于：步骤③中，双螺杆挤出机各区的温度为：T1=90～100℃，T2=100～110℃，T3=110～120℃，T4=120～130℃，T5=130～140℃，T模头=130～140℃。
10.根据权利要求5或6所述的无卤阻燃TPVC材料的制备方法，其特征在于：步骤③中，双螺杆挤出机各区的温度为：T1=90～100℃，T2=100～110℃，T3=110～120℃，T4=120～130℃，T5=130～140℃，T模头=130～140℃。
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