CN107383525A - 环保阻燃pe材料及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种环保阻燃PE材料包括如下组分：PE树脂、纳米高岭土、阻燃剂、相容剂、分散剂、润滑剂、复合抗氧化剂。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：1、阻燃性能好，氧指数不低于26％；2、机械性能优良，拉伸强度不低于10MPa，断裂伸长率不低于150％；3、安全环保，满足欧盟RoHS指令要求。

Description

环保阻燃PE材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种环保阻燃PE材料及其制备方法和用途，属于高分子材料技术领域。
背景技术
聚乙烯材料是一种常见的通用热塑性塑料，广泛应用于包装材料、日用品、管材等领域，但聚乙烯属于易燃材料，其氧指数仅为17.3，且燃烧时产生熔滴，不易熄灭，限制其使用范围，特别是电子包装材料，所以要对其进行阻燃改性处理。
目前聚乙烯的阻燃改性主要以含卤阻燃剂为主，含卤阻燃剂存在毒性大，发烟量高等诸多不利因素。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于电子包装膜的纳米高岭土复配氮磷复合阻燃多元醇环保阻燃PE材料及其制备方法，解决了传统含卤阻燃剂阻燃聚乙烯材料毒性大，价格昂贵等缺点。应用于电子包装膜材料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种环保阻燃PE材料，其包括按重量百分数计的如下组分：
作为优选方案，所述PE树脂选自LDPE、HDPE、LLDPE中至少任意一种。
作为优选方案，所述纳米高岭土为4000目以上的煅烧纳米高岭土，SiO2含量≥60wt％。
作为优选方案，所述阻燃剂为氮磷复合阻燃多元醇，所述氮磷复合阻燃多元醇的制备方法为：向35g 70wt％四羟甲基硫酸磷水溶液中加入28g三聚氰胺，加热至110℃回流反应3h，冷却至常温后加入25g 60wt％碳酸氢钠水溶液，常温下继续搅拌反应1.5h，随后加入17g 30wt％的过氧化氢水溶液，常温反应1h，随后加入18g苯甲醛和80g甲基苯胺，在85℃下反应4h，反应完成后蒸干水得到所述氮磷复合阻燃多元醇。
作为优选方案，所述的相容剂为PE-gMAH、POE-g-MAH、EVA-g-MAH中的至少一种，接枝率为0.8～1.0％。
作为优选方案，所述分散剂为己烯基双硬脂酰胺、硬脂酸锌中的至少一种。
作为优选方案，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钡中的至少一种。
作为优选方案，所述复合抗氧化剂为抗氧化剂1076和助抗氧化剂168按照1:3～1:1比例混合。
一种如前述的环保阻燃PE材料的制备方法包括如下步骤：
S1：将PE树脂、纳米高岭土、阻燃剂、相容剂、分散剂、润滑剂和复合抗氧化剂依次投入高速混合机中，常温搅拌1～2h，混合均匀；
S2：将步骤S1中混合好的原料投入密炼机中，控制密炼机的工作参数为：温度为90～150℃，螺杆转速50～100转/分钟，密炼时间15～60分钟，混炼均匀出料；
S3：将步骤S2中混炼好的原料冷却至常温，进行破碎造粒；
S4：将步骤S3中破碎后的粒料投入双螺杆挤出机的加料筒中，经熔融塑化挤出造粒，控制双螺杆挤出加工参数如下：设定双螺杆挤出机的一区温度为100～150℃，二区温度为120～160℃，三区温度为140～180℃，四区温度为150～200℃，五区温度为160～220℃，模头温度为110～180℃，喂料速度为50～300转/分钟，螺杆转速为100～400转/分钟；
S5：将步骤S4制备的粒料经热风干燥机于90℃干燥6小时，经注塑成型得到所述环保阻燃PE材料。
一种如前述的环保阻燃PE材料在电子包装膜中的用途。
本发明采用氮磷复合阻燃多元醇环保阻燃剂作为主阻燃剂，复配纳米高岭土材料，利用纳米高岭土为含水的硅酸盐矿物，在燃烧过程中，表面形成了一种高性能的炭化硅酸盐结构，释放结晶水吸收热量降低燃烧强度，对未燃材料起到隔热和分离作用，减缓了分解产生的可挥发产物的扩散等特性，降低了材料的质量损失速率，起到阻燃作用；同时纳米高岭土具有来源丰富、环保价廉等优点，能有效降低材料成本。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、阻燃性能好，氧指数不低于26％；
2、机械性能优良，拉伸强度不低于10MPa，断裂伸长率不低于150％；
3、安全环保，满足欧盟RoHS指令要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
一种应用于电子包装膜的纳米高岭土复配氮磷复合阻燃多元醇环保阻燃PE材料，其组分和重量比为：
本发明实施例所用的PE树脂为LDPE、HDPE、LLDPE中的一种或几种混合，其中LDPE型号为DFDC-7050，来自福建炼化；HDPE型号为DMDA-8920；LLDPE型号为DFDA-7042；三种树脂均来自福建省炼化有限公司。
本发明实施例所用的纳米高岭土为4000目以上的煅烧纳米高岭土，SiO2含量≥60wt％，型号为：TY-206，来自广州彬荣化工有限公司。
本发明实施例所用的阻燃剂为氮磷复合阻燃多元醇，氮磷复合阻燃多元醇是一种反应型阻燃剂，具体制备方法如下：向35g 70％四羟甲基硫酸鏻水溶液中加入28g三聚氰胺，加热至110℃回流反应3h，冷却至常温后加入25g 60％碳酸氢钠水溶液，常温下继续搅拌反应1.5h，随后加入17g 30wt％的过氧化氢水溶液，常温反应1h，随后加入18g苯甲醛和80g甲基苯胺，在85℃下反应4h，反应完成后蒸干水得到目标产物。
本发明实施例所用的相容剂为PE-g-MAH、POE-g-MAH、EVA-g-MAH中的至少一种,接枝率为0.8～1.0％。其中：PE-g-MAH由线性低密度聚乙烯经反应挤出接枝马来酸酐制得，本发明采用型号：UF-MPE，来自广州源锋新材料有限公司；POE-g-MAH由聚烯烃弹性体POE经反应挤出接枝马来酸酐制得。POE的分子链是完全饱和的结构，因而POE-g-MAH具有杰出的抗氧老化的稳定性，从而保证了最终制品的耐老化稳定性。本发明采用型号：PC-8，来自佛山市南海柏晨高分子新材料有限公司；EVA-g-MAH为乙烯/醋酸乙烯共聚物接枝马来酸酐，型号：9030，来自美国塞拉尼斯。
本发明实施例所用的分散剂为己烯基双硬脂酰胺、硬脂酸锌，市售产品，均来自烟台华阳新材料有限公司。
本发明实施例所用的润滑剂为聚乙烯蜡或硬脂酸为市售产品，均来自江西宏远化工有限公司。
本发明实施例所用的抗氧化剂，本发明采用选自青岛长荣化工科技有限公司生产的型号为1076型和168型的产品。具体地说：抗氧剂为3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
制备的工艺步骤如下：
(1)按照重量配比称取好配方中的原料，将配方中的各种原料依次加入高速混合机中，常温搅拌1-2小时，混合均匀。
(2)将步骤(1)中混合好的原料投入密炼机中，密炼机加工工艺如下：温度为90～150℃，螺杆转速50～100转/分钟，密炼时间15～60分钟，混炼均匀出料。
(3)将步骤(2)中混炼好的材料冷却至常温，投入破碎机，破碎造粒。
(4)将步骤(3)中的破碎造粒料投入到双螺杆挤出机的加料筒中，经熔融塑化挤出造粒，双螺杆挤出加工工艺如下：设定双螺杆挤出机的一区温度为100～150℃，二区温度为120～160℃，三区温度为140～180℃，四区温度为150～200℃，五区温度为160～220℃，模头温度为110～180℃，喂料速度为50～300转/分钟，螺杆转速为100～400转/分钟。
(5)将步骤(4)制备的粒料经热风干燥机于90℃干燥6小时，经注塑成型、性能测试。
本发明的配方材料的主要特点是：该材料具有阻燃性能好，机械性能优异，易于产业化，可广泛应用于电子包装等领域。
实施例1
一种应用于电子包装膜的纳米高岭土复配氮磷复合阻燃多元醇环保阻燃PE材料，基本配方和重量比组成为：LDPE 60％；纳米高岭土10％；氮磷复合阻燃多元醇20％；PE-g-MAH 5％；己烯基双硬脂酰胺1％；聚乙烯蜡2％；1076+168混合物2％(重量比：2:1)。
制备工艺：
(1)按照重量配比称取好配方中的原料，将配方中的各种原料依次加入高速混合机中，常温搅拌1小时，混合均匀。
(2)将步骤(1)中混合好的原料投入密炼机中，密炼机加工工艺如下：温度为90℃，螺杆转速50转/分钟，密炼时间15分钟，混炼均匀出料。
(3)将步骤(2)中混炼好的材料冷却至常温，投入破碎机，破碎造粒。
(4)将步骤(3)中的破碎造粒料投入到双螺杆挤出机的加料筒中，经熔融塑化挤出造粒，双螺杆挤出加工工艺如下：设定双螺杆挤出机的一区温度为100℃，二区温度为130℃，三区温度为150℃，四区温度为170℃，五区温度为160℃，模头温度为130℃，喂料速度为100转/分钟，螺杆转速为150转/分钟。
实施例2
一种应用于电子包装膜的纳米高岭土复配氮磷复合阻燃多元醇环保阻燃PE材料，基本配方和重量比组成为：LDPE+HDPE 70％(重量比：1:1)；纳米高岭土10％；氮磷复合阻燃多元醇10％；POE-g-MAH 6％；硬脂酸锌1％；硬脂酸2％；1076+168混合物1％(重量比：1:1)。
制备工艺：
(1)按照重量配比称取好配方中的原料，将配方中的各种原料依次加入高速混合机中，常温搅拌1.5小时，混合均匀。
(2)将步骤(1)中混合好的原料投入密炼机中，密炼机加工工艺如下：温度为110℃，螺杆转速60转/分钟，密炼时间30分钟，混炼均匀出料。
(3)将步骤(2)中混炼好的材料冷却至常温，投入破碎机，破碎造粒。
(4)将步骤(3)中的破碎造粒料投入到双螺杆挤出机的加料筒中，经熔融塑化挤出造粒，双螺杆挤出加工工艺如下：设定双螺杆挤出机的一区温度为110℃，二区温度为150℃，三区温度为170℃，四区温度为200℃，五区温度为180℃，模头温度为140℃，喂料速度为80转/分钟，螺杆转速为200转/分钟。
实施例3
一种应用于电子包装膜的纳米高岭土复配氮磷复合阻燃多元醇环保阻燃PE材料，基本配方和重量比组成为：LDPE+LLDPE 55％(重量比：2:1)；纳米高岭土15％；氮磷复合阻燃多元醇15％；EVA-g-MAH 10％；硬脂酸锌1％；聚乙烯蜡2％；1076+168混合物2％(重量比：3:1)。
制备工艺：
(1)按照重量配比称取好配方中的原料，将配方中的各种原料依次加入高速混合机中，常温搅拌2小时，混合均匀。
(2)将步骤(1)中混合好的原料投入密炼机中，密炼机加工工艺如下：温度为120℃，螺杆转速40转/分钟，密炼时间30分钟，混炼均匀出料。
(3)将步骤(2)中混炼好的材料冷却至常温，投入破碎机，破碎造粒。
(4)将步骤(3)中的破碎造粒料投入到双螺杆挤出机的加料筒中，经熔融塑化挤出造粒，双螺杆挤出加工工艺如下：设定双螺杆挤出机的一区温度为120℃，二区温度为160℃，三区温度为180℃，四区温度为190℃，五区温度为170℃，模头温度为150℃，喂料速度为150转/分钟，螺杆转速为300转/分钟。
对比例1
与实施例1不同的是，对比例1中，改性过程中不加纳米高岭土和氮磷复合阻燃多元醇作为阻燃剂，而采用传统的十溴二苯乙烷和三氧化二锑复配作为材料的阻燃剂，其他条件不变。
性能测试
氧指数按照国标GB/T 2406-2009进行测试；简支梁缺口冲击强度按照GB/T1043.1-2008进行测试；拉伸强度、断裂伸长率按照国标GB/T1040-2006进行测试；环保按照欧盟RoHS进行测试其结果见表1。
表1性能测定结果
由表1结果可见，实施例1～3和对比例1，实施例1～3的氧指数、拉伸强度、断裂伸长率明显提高，而且满足欧盟RoHS要求，从以上数据说明：本发明制备的环保阻燃材料可从根本上解决传统含卤阻燃聚乙烯材料环保等问题，大大提高应用领域，使其可广泛应用于应用于电子包装等领域等领域。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种环保阻燃PE材料，其特征在于，包括按重量百分数计的如下组分：
2.如权利要求1所述的环保阻燃PE材料，其特征在于，所述PE树脂选自LDPE、HDPE、LLDPE中至少任意一种。
3.如权利要求1所述的环保阻燃PE材料，其特征在于，所述纳米高岭土为4000目以上的煅烧纳米高岭土，SiO2含量≥60wt％。
4.如权利要求1所述的环保阻燃PE材料，其特征在于，所述阻燃剂为氮磷复合阻燃多元醇，所述氮磷复合阻燃多元醇的制备方法为：
向35g 70wt％四羟甲基硫酸磷水溶液中加入28g三聚氰胺，加热至110℃回流反应3h，冷却至常温后加入25g 60wt％碳酸氢钠水溶液，常温下继续搅拌反应1.5h，随后加入17g30wt％的过氧化氢水溶液，常温反应1h，随后加入18g苯甲醛和80g甲基苯胺，在85℃下反应4h，反应完成后蒸干水得到所述氮磷复合阻燃多元醇。
5.如权利要求1所述的环保阻燃PE材料，其特征在于，所述的相容剂为PE-gMAH、POE-g-MAH、EVA-g-MAH中的至少一种，接枝率为0.8～1.0％。
6.如权利要求1所述的环保阻燃PE材料，其特征在于，所述分散剂为己烯基双硬脂酰胺、硬脂酸锌中的至少一种。
7.如权利要求1所述的环保阻燃PE材料，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钡中的至少一种。
8.如权利要求1所述的环保阻燃PE材料，其特征在于，所述复合抗氧化剂为抗氧化剂1076和助抗氧化剂168按照1:3～1:1比例混合。
9.一种如权利要求1所述的环保阻燃PE材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将PE树脂、纳米高岭土、阻燃剂、相容剂、分散剂、润滑剂和复合抗氧化剂依次投入高速混合机中，常温搅拌1～2h，混合均匀；
S2：将步骤S1中混合好的原料投入密炼机中，控制密炼机的工作参数为：温度为90～150℃，螺杆转速50～100转/分钟，密炼时间15～60分钟，混炼均匀出料；
S3：将步骤S2中混炼好的原料冷却至常温，进行破碎造粒；
S4：将步骤S3中破碎后的粒料投入双螺杆挤出机的加料筒中，经熔融塑化挤出造粒，控制双螺杆挤出加工参数如下：设定双螺杆挤出机的一区温度为100～150℃，二区温度为120～160℃，三区温度为140～180℃，四区温度为150～200℃，五区温度为160～220℃，模头温度为110～180℃，喂料速度为50～300转/分钟，螺杆转速为100～400转/分钟；
S5：将步骤S4制备的粒料经热风干燥机于90℃干燥6小时，经注塑成型得到所述环保阻燃PE材料。
10.一种如权利要求1所述的环保阻燃PE材料在电子包装膜中的用途。
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