CN109880254A - 无卤阻燃剂、其制备方法及包含该无卤阻燃剂的电缆桥架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无卤阻燃剂，所述无卤阻燃剂中包括蛭石和石墨烯，其中，所述石墨烯插层在蛭石的层间。该无卤阻燃剂应用于包含PVC的电缆桥架中时，该电缆桥架兼具良好的抑烟性、好的阻燃性、抗静电性，以及好的力学性能。本发明还公开了该无卤阻燃剂的制备方法及应用。

Description

无卤阻燃剂、其制备方法及包含该无卤阻燃剂的电缆桥架

技术领域

本发明涉及新型复合材料技术领域。更具体地，涉及一种无卤阻燃剂、其制备方法及包含该无卤阻燃剂的电缆桥架。

背景技术

聚氯乙烯，英文简称PVC(Polyvinyl chloride)，是氯乙烯单体在过氧化物、偶氮化合物等引发剂；或在光、热作用下按自由基聚合反应机理聚合而成的聚合物。氯乙烯均聚物和氯乙烯共聚物统称之为氯乙烯树脂。PVC曾是世界上产量最大的通用塑料，应用非常广泛。在建筑材料、工业制品、日用品、地板革、地板砖、人造革、管材、电线电缆、包装膜、瓶、发泡材料、密封材料、纤维等方面均有广泛应用。PVC材料具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。PVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力。然而它能够被浓氧化酸如浓硫酸、浓硝酸所腐蚀并且也不适用与芳香烃、氯化烃接触的场合。

但是PVC在燃烧过程中会释放出氯化氢和其他有毒气体，例如二噁英。PVC也存在热稳定性差、燃烧时烟密度大等缺点。在燃烧过程中，PVC首先发生脱氯化氢反应，进而发生交联、环化、断链等一系列反应，继续燃烧生成一氧化碳、二氧化碳、含苯环化合物和炭烟尘，对环境和人身安全有很大危害。在所用通用塑料及工程塑料当中，PVC是燃烧生烟量最大的塑料品种之一。此外，当PVC用于电缆桥架中时，还需要改善其抗静电性。

因此，需要提供一种无卤阻燃剂以改善上述存在的技术问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种无卤阻燃剂，该无卤阻燃剂应用于包含PVC的电缆桥架中时，该电缆桥架兼具良好的抑烟性、好的阻燃性、抗静电性，以及好的力学性能。

本发明的第二个目的在于提供一种无卤阻燃剂的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种电缆桥架。

为达到上述第一个目的，本发明提供一种无卤阻燃剂，所述无卤阻燃剂中包括蛭石和石墨烯，其中，所述石墨烯插层在蛭石的层间。

优选地，所述无卤阻燃剂中，石墨烯的插层率为30-80wt％。

为达到上述第二个目的，本发明提供一种无卤阻燃剂的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

剥离蛭石，得层结构充分剥离的蛭石；

将石墨烯插层至剥离后的蛭石的层间，得所述无卤阻燃剂。

优选地，所述剥离蛭石的方法包括：将蛭石分散于去离子水中，超声，得层结构充分剥离的蛭石。

优选地，所述超声的功率为1000W以上。

更优选地，所述超声的功率为1000-1500W。

优选地，所述超声的设备为超声波细胞粉碎机。

优选地，所述蛭石与石墨烯的质量比为：30:70-80:20。

优选地，所述将石墨烯插层至剥离后的蛭石的层间的方法包括：将剥离后的蛭石与石墨烯分散液混合后超声分散。

为达到上述第三个目的，本发明提供一种电缆桥架，所述电缆桥架中的原料包含PVC和如上第一个目的所述的无卤阻燃剂。

优选地，按质量份计算，所述电缆桥架的原料中包含30-50份PVC和1-20份所述无卤阻燃剂。

优选地，按质量份计算，所述电缆桥架的原料中还包含：8-15份增韧剂、0.5-5份增塑剂、1-5份稳定剂、30-50份填料和0.1-23份颜料。

本发明的有益效果如下：

根据本发明的第一个目的，本发明中提供的纳米无卤阻燃剂具有好的阻燃性能，尤其是当其应用于PVC中时，能较好的改善PVC的抑烟性、阻燃性以及抗静电性，同时还能较好的保持其力学性能。根据本发明的第二个目的，本发明中提供的纳米无卤阻燃剂的制备方法简单，成本低，易于大规模实施。根据本发明的第三个目的，本发明中提供的电缆桥架具有上述第一个目的提供的纳米无卤阻燃剂带来的效果，在此不赘述。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出实施例1制备得到的纳米无卤阻燃剂的XRD图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

一方面，本发明的一个实施例提供一种无卤阻燃剂，该无卤阻燃剂中包括蛭石和石墨烯，其中，所述石墨烯插层在蛭石的层间。

本实施例中，石墨烯可以插层在蛭石中相邻的各层结构之间，也可以插层在蛭石的层结构内，也可以同时存在前述两种状态，通过插层，使得到的结构针对聚合物，尤其是PVC兼具好的阻燃性、抑烟性及抗静电性。解决了现有的PVC电缆桥架中容易出现的抗静电性差、着火燃烧是抑烟性差以及因填料的增加而造成PVC阻燃性变差的问题，同时，该阻燃剂的添加还能较好的保证PVC材料的力学强度。

石墨烯的插层率影响着该无卤阻燃剂的性能。插层率过高则阻燃性会有一定的下降，插层率过低则抗静电性较差。在一个优选示例中，所述无卤阻燃剂中，石墨烯的插层率为30-80wt％。插层率也即插层效率，也即该无卤阻燃剂中，石墨烯占石墨烯和蛭石总质量的百分比。进一步地，该无卤阻燃剂中，石墨烯的插层率还可为30-60wt％、40-70wt％、40-60wt％等。

另一方面，本发明的又一个实施例提供上述无卤阻燃剂的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

剥离蛭石，得层结构充分剥离的蛭石；

将石墨烯插层至剥离后的蛭石的层间，得所述无卤阻燃剂。

剥离蛭石的过程也即提高蛭石层间距的过程。因此，本实施例中对剥离蛭石的方法没有特别限定，能够实现该效果即可。在一个优选示例中，所述剥离蛭石的方法包括：将蛭石分散于去离子水中，超声，得层结构充分剥离的蛭石。其中，超声的功率优选在1000W以上，此时能够较好的剥离开蛭石，功率过小，则无法很好的剥离。超声功率更优选在1000-1500W之间，此时剥离效果好，同时条件也不苛刻。在又一个更具体的示例中，所述超声的设备为超声波细胞粉碎机。

本实施例中将石墨烯插层至剥离后的蛭石中的方法也无过多特别的限定，能够实现插层即可。在一个优选示例中，所述将石墨烯插层至剥离后的蛭石的层间的方法包括：将剥离后的蛭石与石墨烯分散液混合后超声分散。其中，石墨烯分散液优选为石墨烯的去离子水分散液。

在一个优选示例中，所述蛭石与石墨烯的质量比为：30:70-80:20。

又一方面，本发明的又一个实施例提供一种电缆桥架，该电缆桥架中的原料包含PVC和如上实施例中提供的无卤阻燃剂。

在PVC电缆桥架的原料中加入上述无卤阻燃剂可改善现有的PVC电缆桥架容易出现的在燃烧时产生大量的烟、阻燃性需改善以及抗静电性较差的问题。

在一个优选示例中，按质量份计算，所述电缆桥架的原料中包含30-50份PVC和1-20份所述无卤阻燃剂。此时前述效果更佳。无卤阻燃剂的添加量还包括但不限于为1-15份、1-10份、1-5份、5-20份、5-15份、10-15份等。

在进一步的优选示例中，按质量份计算，所述电缆桥架的原料中还包含：8-15份增韧剂、0.5-5份增塑剂、1-5份稳定剂、30-50份填料和0.1-23份颜料。其中，增韧剂包括但不限于选自氯化聚乙烯(CPE)、ACR、EVA等中的一种或几种。其中CPE优选为135ACPE。增塑剂包括但不限于选自对苯二甲酸二辛脂(DOPT)、己二酸二辛酯(DOA)等中的一种或几种。稳定剂包括但不限于选自铅盐稳定剂、有机锡稳定剂等中的一种或几种。其中，铅盐稳定剂优选为TF-500B型铅盐稳定剂。填料包括但不限于选自碳酸钙、硫酸钙、赤泥等中的一种或几种。其中，碳酸钙的目数优选为30-50nm。颜料包括但不限于选自酞菁蓝BGS等中的一种或几种。

在一个优选示例中，上述电缆桥架的制备方法包括如下步骤：

称取各组分原料，并将各原料混合均匀；

将混合均匀后的原料进行塑化、硫化、成型得电缆桥架。

以下，结合一些具体实施例对本发明的技术方案进行说明：

实施例1

一种无卤阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：

将3g蛭石分散到300ml去离子水中，搅拌2个小时，超声波细胞粉碎机剥离5h，其中，剥离功率为1000W，得蛭石分散液。将7g石墨烯分散到200ml去离子水中，超声搅拌1h，获得石墨烯分散液。将石墨烯分散液与蛭石分散液混合超声搅拌5h，然后经过真空抽滤获得石墨烯插层蛭石的无卤阻燃剂。其XRD谱图如图1所示，从图中可知，与蛭石的特征峰相比较，石墨烯插层的蛭石无卤阻燃剂的特征峰往左迁移，从7.2°移动到2.79°，根据布拉格方程可以计算出，蛭石层间距从原来的1.23nm扩大到3.16nm。并且在9-10°附近出现了石墨烯的特征峰。由此证明石墨烯对蛭石的插层是成功的，石墨烯插层在蛭石的层间。

实施例2

一种无卤阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：

将3g蛭石分散到300ml去离子水中，搅拌2个小时，超声波细胞粉碎机剥离5h，其中，剥离功率为1200W，得蛭石分散液。将0.75g石墨烯分散到200ml去离子水中，超声搅拌1h，获得石墨烯分散液。将石墨烯分散液与蛭石分散液混合超声搅拌5h，然后经过真空抽滤获得石墨烯插层的蛭石无卤阻燃剂。

实施例3

一种无卤阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：

将3g蛭石分散到300ml去离子水中，搅拌2个小时，超声波细胞粉碎机剥离5h，其中，剥离功率为1100W，得蛭石分散液。将3g石墨烯分散到200ml去离子水中，超声搅拌1h，获得石墨烯分散液。将石墨烯分散液与蛭石分散液混合超声搅拌5h，然后经过真空抽滤获得石墨烯插层的蛭石无卤阻燃剂。

实施例4

一种电缆桥架，按质量份计算，其原料中包括：

该电缆桥架的制备方法，包括如下步骤：

按上述添加量称取上述各组分原料，将上述各原料加入高速混料机中混合均匀，保证混合混度不超过120℃，等物料温度降至室温后，将其置于开放式炼塑机上塑化，其中，前辊温度160℃左右，后辊温度155℃左右，混炼5min后出料，然后在平板硫化机上于160℃和5MPa下预热5min，压力升至14MPa，保持压力不变，热压5min，出料，用裁样模具裁出样条以备测试用。

实施例5

一种电缆桥架，按质量份计算，其原料中包括：

该电缆桥架的制备方法，包括如下步骤：

按上述添加量称取上述各组分原料，将上述各原料加入高速混料机中混合均匀，保证混合混度不超过120℃，等物料温度降至室温后，将其置于开放式炼塑机上塑化，其中，前辊温度160℃左右，后辊温度155℃左右，混炼5min后出料，然后在平板硫化机上于160℃和5MPa下预热5min，压力升至14MPa，保持压力不变，热压5min，出料，用裁样模具裁出样条以备测试用。

实施例6

一种电缆桥架，按质量份计算，其原料中包括：

该电缆桥架的制备方法，包括如下步骤：

按上述添加量称取上述各组分原料，将上述各原料加入高速混料机中混合均匀，保证混合混度不超过120℃，等物料温度降至室温后，将其置于开放式炼塑机上塑化，其中，前辊温度160℃左右，后辊温度155℃左右，混炼5min后出料，然后在平板硫化机上于160℃和5MPa下预热5min，压力升至14MPa，保持压力不变，热压5min，出料，用裁样模具裁出样条以备测试用。

实施例7

一种电缆桥架，按质量份计算，其原料中包括：

该电缆桥架的制备方法，包括如下步骤：

按上述添加量称取上述各组分原料，将上述各原料加入高速混料机中混合均匀，保证混合混度不超过120℃，等物料温度降至室温后，将其置于开放式炼塑机上塑化，其中，前辊温度160℃左右，后辊温度155℃左右，混炼5min后出料，然后在平板硫化机上于160℃和5MPa下预热5min，压力升至14MPa，保持压力不变，热压5min，出料，用裁样模具裁出样条以备测试用。

实施例8

一种电缆桥架，按质量份计算，其原料中包括：

该电缆桥架的制备方法，包括如下步骤：

按上述添加量称取上述各组分原料，将上述各原料加入高速混料机中混合均匀，保证混合混度不超过120℃，等物料温度降至室温后，将其置于开放式炼塑机上塑化，其中，前辊温度160℃左右，后辊温度155℃左右，混炼5min后出料，然后在平板硫化机上于160℃和5MPa下预热5min，压力升至14MPa，保持压力不变，热压5min，出料，用裁样模具裁出样条以备测试用。

实施例9

一种电缆桥架，按质量份计算，其原料中包括：

该电缆桥架的制备方法，包括如下步骤：

按上述添加量称取上述各组分原料，将上述各原料加入高速混料机中混合均匀，保证混合混度不超过120℃，等物料温度降至室温后，将其置于开放式炼塑机上塑化，其中，前辊温度160℃左右，后辊温度155℃左右，混炼5min后出料，然后在平板硫化机上于160℃和5MPa下预热5min，压力升至14MPa，保持压力不变，热压5min，出料，用裁样模具裁出样条以备测试用。

对比例1

一种电缆桥架，按质量份计算，其原料中包括：

该电缆桥架的制备方法，包括如下步骤：

按上述添加量称取上述各组分原料，将上述各原料加入高速混料机中混合均匀，保证混合混度不超过120℃，等物料温度降至室温后，将其置于开放式炼塑机上塑化，其中，前辊温度160℃左右，后辊温度155℃左右，混炼5min后出料，然后在平板硫化机上于160℃和5MPa下预热5min，压力升至14MPa，保持压力不变，热压5min，出料，用裁样模具裁出样条以备测试用。

对比例2

一种电缆桥架，按质量份计算，其原料中包括：

该电缆桥架的制备方法，包括如下步骤：

按上述添加量称取上述各组分原料，将上述各原料加入高速混料机中混合均匀，保证混合混度不超过120℃，等物料温度降至室温后，将其置于开放式炼塑机上塑化，其中，前辊温度160℃左右，后辊温度155℃左右，混炼5min后出料，然后在平板硫化机上于160℃和5MPa下预热5min，压力升至14MPa，保持压力不变，热压5min，出料，用裁样模具裁出样条以备测试用。

测试上述实施例4-9以及对比例中制备得到的电缆桥架的抑烟性、阻燃性、抗静电性以及力学性能，结果如下表所示：

表1述实施例4-9以及对比例中制备得到的电缆桥架的性能

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种无卤阻燃剂，其特征在于，所述无卤阻燃剂中包括蛭石和石墨烯，其中，所述石墨烯插层在蛭石的层间。

2.根据权利要求1所述的无卤阻燃剂，其特征在于，所述无卤阻燃剂中，石墨烯的插层率为30-80wt％。

3.如权利要求1-2任一项所述的无卤阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

剥离蛭石，得层结构充分剥离的蛭石；

将石墨烯插层至剥离后的蛭石的层间，得所述无卤阻燃剂。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述剥离蛭石的方法包括：将蛭石分散于去离子水中，超声，得层结构充分剥离的蛭石。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述超声的功率为1000W以上，优选地，所述超声的功率为1000-1500W；优选地，所述超声的设备为超声波细胞粉碎机。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述蛭石与石墨烯的质量比为：30:70-80:20。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述将石墨烯插层至剥离后的蛭石的层间的方法包括：将剥离后的蛭石与石墨烯分散液混合后超声分散。

8.一种电缆桥架，其特征在于，所述电缆桥架中的原料包含PVC和如权利要求1-2任一项所述的无卤阻燃剂。

9.根据权利要求8所述的电缆桥架，其特征在于，按质量份计算，所述电缆桥架的原料中包含30-50份PVC和1-20份所述无卤阻燃剂。

10.根据权利要求9所述的电缆桥架，其特征在于，按质量份计算，所述电缆桥架的原料中还包含：8-15份增韧剂、0.5-5份增塑剂、1-5份稳定剂、30-50份填料和0.1-23份颜料。