CN108440816A - 一种无卤阻燃可交联聚烯烃电缆料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无卤阻燃可交联聚烯烃电缆料及其制备方法，一种无卤阻燃可交联聚烯烃电缆料，由下列重量份的原料组成：聚烯烃基料：100份、马来酸酐改性聚烯烃10‑30份、无机填料40‑100份、磷‑氮膨胀型阻燃剂5‑40份，乙烯基硅烷偶联剂0.1‑5份、交联剂1‑10份、增塑剂为5‑20份、加工助剂0.5‑2份组成。通过化学交联能够显著改善无机填料在基料中的分散性和相容性，从而改善电缆料的氧指数和阻燃性，同时通过交联剂能够使基料部分交联，从而提高电缆料的物理机械性能，从而使制备出的电缆料具有无卤阻燃可交联的优点，具有极大的应用价值。

Description

一种无卤阻燃可交联聚烯烃电缆料
技术领域
本发明涉及一种阻燃电缆料，特别涉及一种无卤阻燃可交联的聚烯烃电缆料。
背景技术
电线电缆广泛应用于各个行业，随着现在信息化得发展，电线电缆的作用更加日益突出，在工业和人们生活中都扮演着非常重要的角色。然而，电线电缆经常用于各种高压或者高电流的传输，面对电本身带来自己的老化或者着火的风险，同时电线电缆还要面对外部恶劣的环境，常常会出现电线电缆因老化或者过载等问题导致起火等风险，电线电缆着火时往往会释放出有毒气体，造成对人体的伤害或者死亡。因此，近年来研究无卤阻燃电缆是电缆重点发展方向之一。
氢氧化铝和氢氧化镁具有分解温度高，来源广泛，成本较低等特点，已经被广泛地用于改善电缆的阻燃，然而这种无机填料需要加入量较大（往往超过50%）才能起到比较明显的效果，但添加量过大，会导致电缆的拉伸强度和断裂伸长率等物理机械性能变差等问题。因此改善无机填料在基体中的分散效果和相容性能够很大提升无机填料的添加量，同时对电缆料的物理机械性能影响小。
目前关于无机填料的改性报道已有很多，如硬脂酸类、硅烷偶联剂、钛酸酯类等。硬脂酸类往往存在改性效果不理想，不稳定，目前使用较少；钛酸酯类因为价格较高，改性效果不明显，目前也较少使用；而硅烷偶联剂是使用最多的改性剂，已有相关的报道。但是这些报道往往都是使用单一的硅烷偶联剂，改性后的无机填料直接添加到基料中，不存在化学键，往往会导致时间久后，无机填料的迁移从而使电缆料的阻燃效果变差，因此研究如何改善无机填料的分散性和基料的相容性具有重要的价值。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种无卤阻燃可交联聚烯烃电缆料。
本发明采用的技术方案为：一种无卤阻燃可交联聚烯烃电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：聚烯烃基料：100份、马来酸酐改性聚烯烃10-30份、无机填料40-100份、磷-氮膨胀型阻燃剂5-40份，乙烯基硅烷偶联剂0.1-5份、交联剂1-10份、增塑剂为5-20份、加工助剂0.5-2份组成。
本发明采用乙烯基硅烷偶联剂对无机填料进行处理，在无机填料表面引入双键，然后通过交联剂与基料一起通过化学反应进行接枝，从而使无机填料以化学方式连接到基料中，从而改善无机填料的分散性和相容性，增加电缆料中无机填料中添加量，以及改善电缆料的阻燃特性。
所述的聚烯烃电缆料选自乙烯-醋酸乙烯酯类共聚物、低密度聚乙烯、直链状低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-丁烯-己烯三元共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯共聚物聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯与碳原子数为4-20的α-烯烃的共聚物中的至少一种。
所述的马来酸酐改性聚烯烃选自马来酸酐改性聚乙烯、马来酸酐改性聚丙烯、马来酸酐改性乙烯-丁烯共聚物、马来酸酐改性4-20的α-烯烃的共聚物中的至少一种。
所述的填料选自氢氧化镁、氢氧化铝、碳酸钙、硼酸锌中的至少一种或者几种的组合物。
所述的含磷-氮阻燃剂选自聚磷酸胺、三聚氰胺、三聚氰胺的磷酸盐、磷酸二氢铵、磷酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺中的至少一种。
所述的乙烯基硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、r-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、r-甲基丙烯酰氧基丙基三（β-三甲氧基乙氧基）硅烷中的至少一种。
所述的交联剂选自过氧化二异丙苯（DCP）、三羟基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TMPTMA）、三（2-羟乙基）异氰脲酸三丙烯酸酯（THEICTA）、三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)、二丙烯酸-1,6-己二醇酯(HDDA)或季戊四醇三丙烯酸酯(PET3A)中至少一种。
所述的增塑剂为葵二酸二辛、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二（2-乙基己）酯、邻苯二甲酸二丁酯中至少一种。
所述的加工助剂选自硬脂酸钙、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、氧化锌中的至少一种。
本发明的所述的电缆料制备方法为：
（1）将填料分别加入到行星研磨机中，加入乙醇/水(50/50质量份)中，然后加入乙烯基硅烷偶联剂，研磨5-10小时，研磨温度不超过40℃，研磨细度达到< 20um,然后将研磨浆料进行烘干、粉碎制备改性好的填料；
（2）将聚烯烃基料、马来酸酐改性的聚烯烃、以及(1)改性无机填料、磷-氮膨胀型阻燃剂、增塑剂、加工助剂以及交联剂加入高速混合机中混合均匀，然后再将混合物料加入螺杆挤出机中，挤出温度控制在140-160℃，于螺杆转速20-200 rpm.经熔融挤出造粒即可。
本发明与现有技术技术相比，具有以下优点：
1.本发明提供的无机填料的改性剂选自带有双键的乙烯基硅氧烷偶联剂，通过偶联剂的作用将双键引入到无机粒子上，然后通过交联剂将无机粒子通过化学方式连接到基料结构上，从而实现无机填料在电缆料中长时间使用出现迁移失效的问题，同时能够增加无机填料的量，提升电缆料的阻燃性。
2.在电缆基料中添加磷-氮膨胀型阻燃剂，采用常规的聚磷酸胺-三聚氰胺体系，来源广泛、成本较低、阻燃效果较好，而且不含有卤素，更加环保，能够进一步提升电缆料的氧指数。
3.在电缆基料中添加交联剂，能够使基料进一步交联，增加和改善电缆料的物理性能，如拉伸强度、断裂伸长率、耐老化等性能。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合具体的实施方式来阐释本发明：
实施例1
一种无卤阻燃可交联聚烯烃电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：低密度聚乙烯基料：100份、马来酸酐改性聚乙烯15份、氢氧化镁40份、氢氧化铝20份、聚磷酸胺20份、三聚氰胺20份，乙烯基三甲氧基硅烷2份、过氧化二异丙苯5份、葵二酸二辛酯为10份、硬脂酸钙为0.5份、聚乙烯蜡0.5份组成。
本发明的所述的电缆料制备方法为：
（1）将氢氧化镁、氢氧化铝分别加入到行星研磨机中，加入乙醇/水(50/50质量份)中，然后加入乙烯基硅烷偶联剂，研磨5-10小时，研磨温度不超过40℃，研磨细度达到< 20um,然后将研磨浆料进行烘干、粉碎制备改性好的填料；
（2）将低密度聚乙烯基料、马来酸酐改性的聚烯烃、以及(1)改性无机填料、聚磷酸胺、三聚氰胺、葵二酸二辛酯、硬脂酸钙、聚乙烯蜡以及过氧化二异丙苯加入高速混合机中混合均匀，然后再将混合物料加入螺杆挤出机中，挤出温度控制在140-160℃，于螺杆转速20-200 rpm.经熔融挤出造粒即可，制备出的电缆料性能见表1。
实施例2
一种无卤阻燃可交联聚烯烃电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：低密度聚乙烯基料：100份、马来酸酐改性聚乙烯15份、氢氧化镁60份、氢氧化铝30份、聚磷酸胺20份、三聚氰胺20份，乙烯基三甲氧基硅烷3份、过氧化二异丙苯7份、葵二酸二辛酯为10份、硬脂酸钙为0.5份、聚乙烯蜡0.5份组成。
本发明的所述的电缆料制备方法为：
（1）将氢氧化镁、氢氧化铝分别加入到行星研磨机中，加入乙醇/水(50/50质量份)中，然后加入乙烯基硅烷偶联剂，研磨5-10小时，研磨温度不超过40℃，研磨细度达到< 20um,然后将研磨浆料进行烘干、粉碎制备改性好的填料；
（2）将低密度聚乙烯基料、马来酸酐改性的聚烯烃、以及(1)改性无机填料、聚磷酸胺、三聚氰胺、葵二酸二辛酯、硬脂酸钙、聚乙烯蜡以及过氧化二异丙苯加入高速混合机中混合均匀，然后再将混合物料加入螺杆挤出机中，挤出温度控制在140-160℃，于螺杆转速20-200 rpm.经熔融挤出造粒即可，制备出的电缆料性能见表1。
实施例3
一种无卤阻燃可交联聚烯烃电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物基料：100份、马来酸酐改性聚乙烯10份、氢氧化镁40份、氢氧化铝25份、聚磷酸胺20份、三聚氰胺20份，乙烯基三甲氧基硅烷3份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯7份、葵二酸二辛酯为10份、硬脂酸钙为0.5份、聚乙烯蜡0.5份组成。
本发明的所述的电缆料制备方法为：
（1）将氢氧化镁、氢氧化铝分别加入到行星研磨机中，加入乙醇/水(50/50质量份)中，然后加入乙烯基硅烷偶联剂，研磨5-10小时，研磨温度不超过40℃，研磨细度达到< 20um,然后将研磨浆料进行烘干、粉碎制备改性好的填料；
（2）将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物基料、马来酸酐改性的聚乙烯、以及(1)改性无机填料、聚磷酸胺、三聚氰胺、葵二酸二辛酯、硬脂酸钙、聚乙烯蜡以及三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯加入高速混合机中混合均匀，然后再将混合物料加入螺杆挤出机中，挤出温度控制在140-160℃，于螺杆转速20-200 rpm.经熔融挤出造粒即可，制备出的电缆料性能见表1。
实施例4
一种无卤阻燃可交联聚烯烃电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物基料：100份、马来酸酐改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20份、氢氧化镁60份、氢氧化铝25份、聚磷酸胺20份、三聚氰胺20份，乙烯基三甲氧基硅烷4份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯10份、葵二酸二辛酯为15份、硬脂酸钙为0.5份、聚乙烯蜡0.5份组成。
本发明的所述的电缆料制备方法为：
（1）将氢氧化镁、氢氧化铝分别加入到行星研磨机中，加入乙醇/水(50/50质量份)中，然后加入乙烯基硅烷偶联剂，研磨5-10小时，研磨温度不超过40℃，研磨细度达到< 20um,然后将研磨浆料进行烘干、粉碎制备改性好的填料；
（2）将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物基料、马来酸酐改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、以及(1)改性无机填料、聚磷酸胺、三聚氰胺、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸钙、聚乙烯蜡以及三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯加入高速混合机中混合均匀，然后再将混合物料加入螺杆挤出机中，挤出温度控制在140-160℃，于螺杆转速20-200 rpm.经熔融挤出造粒即可，制备出的电缆料性能见表1。
实施例5
一种无卤阻燃可交联聚烯烃电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：高密度聚乙烯共聚物基料：100份、马来酸酐改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20份、氢氧化镁40份、氢氧化铝20份、聚磷酸胺20份、三聚氰胺20份，乙烯基三甲氧基硅烷4份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯10份、葵二酸二辛酯为10份、硬脂酸钙为0.5份、聚乙烯蜡0.5份组成。
本发明的所述的电缆料制备方法为：
（1）将氢氧化镁、氢氧化铝分别加入到行星研磨机中，加入乙醇/水(50/50质量份)中，然后加入乙烯基硅烷偶联剂，研磨5-10小时，研磨温度不超过40℃，研磨细度达到< 20um,然后将研磨浆料进行烘干、粉碎制备改性好的填料；
（2）将高密度聚乙烯共聚物基料、马来酸酐改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、以及(1)改性无机填料、聚磷酸胺、三聚氰胺、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸钙、聚乙烯蜡以及三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯加入高速混合机中混合均匀，然后再将混合物料加入螺杆挤出机中，挤出温度控制在140-160℃，于螺杆转速20-200 rpm.经熔融挤出造粒即可，制备出的电缆料性能见表1。
对比例1
一种无卤阻燃可交联聚烯烃电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：高密度聚乙烯共聚物基料：100份、马来酸酐改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20份、氢氧化镁40份、氢氧化铝20份、聚磷酸胺20份、三聚氰胺20份，乙烯基三甲氧基硅烷4份、葵二酸二辛酯为10份、硬脂酸钙为0.5份、聚乙烯蜡0.5份组成。
本发明的所述的电缆料制备方法为：
（1）将氢氧化镁、氢氧化铝分别加入到行星研磨机中，加入乙醇/水(50/50质量份)中，然后加入乙烯基硅烷偶联剂，研磨5-10小时，研磨温度不超过40℃，研磨细度达到< 20um,然后将研磨浆料进行烘干、粉碎制备改性好的填料；
（2）将高密度聚乙烯共聚物基料、马来酸酐改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、以及(1)改性无机填料、聚磷酸胺、三聚氰胺、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸钙、聚乙烯蜡加入高速混合机中混合均匀，然后再将混合物料加入螺杆挤出机中，挤出温度控制在140-160℃，于螺杆转速20-200 rpm.经熔融挤出造粒即可，制备出的电缆料性能见表1。
对比例1
一种无卤阻燃可交联聚烯烃电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：高密度聚乙烯共聚物基料：100份、马来酸酐改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20份、氢氧化镁40份、氢氧化铝20份、聚磷酸胺20份、三聚氰胺20份，葵二酸二辛酯为10份、硬脂酸钙为0.5份、聚乙烯蜡0.5份组成。
本发明的所述的电缆料制备方法为：
（1）将氢氧化镁、氢氧化铝分别加入到行星研磨机中，加入乙醇/水(50/50质量份)中，然后加入乙烯基硅烷偶联剂，研磨5-10小时，研磨温度不超过40℃，研磨细度达到< 20um,然后将研磨浆料进行烘干、粉碎制备改性好的填料；
（2）将高密度聚乙烯共聚物基料、马来酸酐改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、以及(1)改性无机填料、聚磷酸胺、三聚氰胺、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸钙、聚乙烯蜡加入高速混合机中混合均匀，然后再将混合物料加入螺杆挤出机中，挤出温度控制在140-160℃，于螺杆转速20-200 rpm.经熔融挤出造粒即可，制备出的电缆料性能见表1。
表1
通过实施例1-5 为本方案的的技术发明的具体实施实例，对比例为1-2为本发明的对比例。通过实施例1-5可以看出本发明提供的电缆料具有良好的拉伸强度、断裂伸长率以及氧指数较好的电缆料。通过对比实施例5与对比例1、2结果可知，乙烯基硅烷偶联剂和交联剂的加入能够明显改善电缆料的物理化学性能，提高氧指数，提高电缆料的阻燃性能。

Claims (10)

1.本发明的目的在于提供一种无卤阻燃可交联聚烯烃电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：聚烯烃基料：100份、马来酸酐改性聚烯烃10-30份、无机填料40-100份、磷-氮膨胀型阻燃剂5-40份，乙烯基硅烷偶联剂0.1-5份、交联剂1-10份、增塑剂为5-20份、加工助剂0.5-2份组成。
2.根据权利要求1所述的聚烯烃电缆料选自乙烯-醋酸乙烯酯类共聚物、低密度聚乙烯、直链状低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-丁烯-己烯三元共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯共聚物聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯与碳原子数为4-20的α-烯烃的共聚物中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的马来酸酐改性聚烯烃选自马来酸酐改性聚乙烯、马来酸酐改性聚丙烯、马来酸酐改性乙烯-丁烯共聚物、马来酸酐改性4-20的α-烯烃的共聚物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的填料选自氢氧化镁、氢氧化铝、碳酸钙、硼酸锌中的至少一种或者几种的组合物。
5.根据权利要求1所述的含磷-氮阻燃剂选自聚磷酸胺、三聚氰胺、三聚氰胺的磷酸盐、磷酸二氢铵、磷酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的乙烯基硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、r-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、r-甲基丙烯酰氧基丙基三（β-三甲氧基乙氧基）硅烷中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的交联剂选自过氧化二异丙苯（DCP）、三羟基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TMPTMA）、三（2-羟乙基）异氰脲酸三丙烯酸酯（THEICTA）、三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)、二丙烯酸-1,6-己二醇酯(HDDA)或季戊四醇三丙烯酸酯(PET3A)中至少一种。
8.根据权利要求1所述的增塑剂为葵二酸二辛、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二（2-乙基己）酯、邻苯二甲酸二丁酯中至少一种。
9.根据权利要求1所述的加工助剂选自硬脂酸钙、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、氧化锌中的至少一种。
10.根据权利要求1-8制备一种聚烯烃电缆料，此种电缆具有无卤阻燃可交联的优点。
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