CN110669259A - 一种高效阻燃抑烟环保双功能助剂及由其制备的pvc-u材料 - Google Patents

一种高效阻燃抑烟环保双功能助剂及由其制备的pvc-u材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效阻燃抑烟环保双功能助剂及由其制备的PVC‑U材料。所述双功能助剂的制备过程为：将阻燃抑烟剂溶于水或者氨水中，然后加入纳米埃洛石载体，室温下混匀，然后去除溶剂，并进行高温煅烧，即可制备得到纳米埃洛石负载阻燃抑烟剂的双功能助剂。本发明采用无铅镉配方，提供了一种高效阻燃抑烟双功能助剂，以其为阻燃抑烟剂制备的PVC‑U材料，不仅阻燃效率高、发烟量低、而且烟雾毒性非常小，不仅可以极大地提高人类在火灾中的逃生几率，而且不污染环境，有利于保障人类的生命财产安全；同时本发明制备工艺简单、成本低廉、便于大规模推广应用；此外，可填补现有市场空白、提升PVC‑U材料上下游行业的发展水平，具有重大的经济和社会意义。

Description

一种高效阻燃抑烟环保双功能助剂及由其制备的PVC-U材料
技术领域
本发明涉及PVC-U塑料材料技术领域，更具体地，涉及一种高效阻燃抑烟环保双功能助剂及由其制备的PVC-U材料。
背景技术
PVC是全球用量仅次于PE的第二大通用塑料，其物理化学综合性能优异、耐化学腐蚀、强度高、绝缘性能极佳、使用寿命长、成本低廉、同时因其氯含量高还具有自熄阻燃性能。因此，PVC被广泛应用于电力电缆、电子电器、汽车家居、建筑建材等领域。但是随着目前人类对材料的安全和环保性能要求越来越高，目前市场上供应的PVC-U材料已经很难满足当前人们的实际使用需求。
目前市场供应的PVC-U材料在加工过程中添加了大量的非阻燃非环保的添加剂例如增塑剂、含铅和镉的重金属热稳定剂等，这些添加剂虽然使其加工性能得到了极大的改善，但是导致其阻燃性能大大的降低，致使其在燃烧过程中释放大量的有毒有害的烟雾，不仅污染环境，而且降低人类在火情发生时的逃生几率，危及人类生命健康安全。因此，低烟高效阻燃环保PVC-U材料的开发及其应用迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于针对现有PVC材料制造技术中，阻燃剂和抑烟剂的用量大、分散性差、阻燃过程产生大量的有毒有害烟雾的缺陷及不足，提供一种低烟高效阻燃环保双功能助剂。本发明以纳米埃洛石为载体，负载阻燃抑烟剂，然后经煅烧改性后，制备得到负载了阻燃抑烟剂的纳米埃洛石复合物，其不仅分散性好，在使用过程中与其他原料的接触面积增大，不易团聚，在保证效果的前提下，可大大减少阻燃抑烟剂的使用量，节约成本；另外，所述双功能助剂的阻燃效率高、发烟量低、而且烟雾毒性非常的小，可极大地提高人类在火灾中的逃生几率，而且不污染环境，可以有利于保障人类的生命财产安全。
本发明的另一目的在于提供所述双功能助剂作为阻燃抑烟剂的应用。
本发明的再一目的在于提供一种添加了所述双功能助剂的PVC-U材料。
本发明的还一目的在于提供添加了所述双功能助剂的PVC-U材料的制备方法。
本发明的上述目的是通过以下方案予以实现的：
一种高效阻燃抑烟环保双功能助剂，将阻燃抑烟剂溶于水或者氨水中，然后加入纳米埃洛石载体，室温下混匀，然后去除溶剂，并进行高温煅烧，即可制备得到纳米埃洛石负载阻燃抑烟剂的高效阻燃抑烟环保双功能助剂。
本发明所述高效阻燃抑烟环保双功能助剂，其中纳米埃洛石为载体，所述阻燃抑烟剂负载分散在纳米管外表面，在使用过程中，具有很好的分散性，能够很好的分散于其他物料中，避免出现团聚的情况，既保证了阻燃效果和抑烟效果，同时还减少了阻燃剂和抑烟剂的用量，节约了成本。
优选地，所述阻燃抑烟剂为锌离子化合物和钼离子化合物。
优选地，所述锌离子化合物为碱式碳酸锌、乙酸锌、草酸锌、硼酸锌或磷酸锌中的一种或多种；所述钼离子化合物为钼酸铵、磷钼酸或磷钼酸铵中的一种或多种。
优选地，所述锌离子化合物和钼离子化合物的摩尔比例为0.5～1:1；更优选地，为1:1。
所述双功能助剂经过煅烧之后，其中的锌离子化合物和钼离子化合物以ZnMoO4、MoO3、ZnO等混合形式分散在埃洛石纳米管的表面，分布均匀。
优选地，所述纳米埃洛石的分子式为:Al2O3·2SiO2·4H2O，为100％全天然纳米管状结构，其纳米管的直径为100～400nm，长度小于500nm。
优选地，所述双功能助剂中，以质量计，阻燃抑烟剂的负载量为15％～40％；更优选地，阻燃抑烟剂的负载量为30％～40％；最优选地，阻燃抑烟剂的负载量为30％。
优选地，所述高温煅烧的温度为200～450℃，时间为1～3h；更优选地，所述高温煅烧的温度为250℃，时间为2h。
本发明同时还保护所述高效阻燃抑烟环保双功能助剂作为阻燃抑烟剂的应用。
优选地，所述高效阻燃抑烟环保双功能助剂作为阻燃抑烟剂在制备PVC-U材料中的应用。
本发明还保护一种低烟高效阻燃环保PVC-U材料，按质量份数计，包括如下组份：PVC-U 100份、上述所述高效阻燃抑烟环保双功能助剂10～30份、增塑剂1～2份、钛白粉2～5份、钙锌热稳定剂2～7份、聚乙烯蜡0.5～1.1份、硬脂酸0.2～2份、ACR抗冲剂2～5份，颜料0.2～2份。
优选地，按质量份数计，包括如下组份：PVC-U 100份、上述所述高效阻燃抑烟环保双功能助剂20～30份、增塑剂1～2份、钛白粉2～5份、钙锌热稳定剂2～7份、聚乙烯蜡0.5～1.1份、硬脂酸0.2～2份、ACR抗冲剂2～5份，颜料0.2～2份。
更优选地，按质量份数计，包括如下组分：PVC-U 100份、上述所述高效阻燃抑烟环保双功能助剂30份、增塑剂1.5份、钛白粉3份、钙锌热稳定剂5份、聚乙烯蜡0.6份、硬脂酸0.5份、ACR抗冲剂4份、颜料0.5份。
所述低烟高效阻燃环保PVC-U材料的制备方法也在本发明的保护范围之内，包括如下步骤：将所有物料按配比混合，先在高速预混机中于110～120℃混合，然后转入低速混合机中于45～50℃混合，最后在双螺杆挤出机中于150～190℃下进行熔融共混挤出造粒，即可制得低烟高效阻燃环保PVC-U材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用无铅镉配方，同时开发了一种高效阻燃抑烟双功能助剂，采用本发明制备的低烟高效阻燃环保PVC-U材料不仅阻燃效率高、发烟量低、而且烟雾毒性非常的小，不仅可以极大地提高人类在火灾中的逃生几率，而且不污染环境，可以有利于保障人类的生命财产安全。同时本发明制备工艺简单、成本低廉、便于大规模推广应用。因此，本发明的技术实现将填补市场空白、提升PVC-U材料上下游行业的发展水平，具有重大的经济和社会意义。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
实施例1
一种高效阻燃抑烟环保双功能助剂，具体的制备过程如下：
根据计算钼锌总负载量为15％(摩尔比例：锌/钼＝2/1)，然后加入一定质量比例的硼酸锌、钼酸铵和纳米埃洛石载体，在室温搅拌2h后再超声分散5分钟，接着在50℃下进行旋转蒸发除去溶剂，最后在250℃煅烧2小时得纳米埃洛石负载的钼锌复合阻燃抑烟剂，即为所述高效阻燃抑烟环保双功能助剂。将制得的双功能阻燃抑烟剂研磨过筛待用。
一种低烟高效阻燃环保PVC-U材料，具体的组分和制备过程如下：
将PVC-U树脂粉100份、高效阻燃抑烟双功能助剂10份、增塑剂DOP 1.5份、钛白粉3份、钙锌热稳定剂5份、聚乙烯蜡0.6份、硬脂酸0.5份、ACR抗冲剂4份、颜料0.5份的配比进行称量，然后将该混合料在高速预混机中于110～120℃混合5分钟，接着转入低速混合机中于45～50℃混合3分钟，随后将其加入到挤出机的料斗中，在双螺杆挤出机中于150～190℃下进行熔融共混挤出造粒制得低烟高效阻燃环保PVC-U材料。
实施例2
一种高效阻燃抑烟环保双功能助剂，具体的制备过程同实施例1，不同之处在于其中的锌和钼的摩尔比为5:4。
一种低烟高效阻燃环保的PVC-U材料，具体的组分同实施例1，不同之处在于添加的阻燃抑烟剂为本实施例制备的双功能助剂。
实施例3
一种高效阻燃抑烟环保双功能助剂，具体的制备过程同实施例1，不同之处在于其中的锌和钼的摩尔比为1:1。
一种低烟高效阻燃环保PVC-U材料，具体的组分同实施例1，不同之处在于添加的阻燃抑烟剂为本实施例制备的双功能助剂。
实施例4
一种高效阻燃抑烟环保双功能助剂，具体的制备过程同实施例1，不同之处在于其中的锌和钼的摩尔比为1:1，且阻燃抑烟剂(硼酸锌和钼酸铵化合物)的负载量为30％。
一种低烟高效阻燃环保PVC-U材料，具体的组分同实施例1，不同之处在于添加的阻燃抑烟剂为本实施例制备的双功能助剂。
实施例5
一种高效阻燃抑烟环保双功能助剂，具体的制备过程同实施例1，不同之处在于其中的锌和钼的摩尔比为1:1，且阻燃抑烟剂(硼酸锌和钼酸铵化合物)的负载量为40％。
一种低烟高效阻燃环保的PVC-U材料，具体的组分同实施例1，不同之处在于添加的阻燃剂为本实施例制备的双功能助剂。
实施例6
一种高效阻燃抑烟环保双功能助剂，具体的制备过程同实施例1，不同之处在于其中的锌和钼的摩尔比为1:1，且阻燃抑烟剂(硼酸锌和钼酸铵化合物)的负载量为30％。
一种低烟高效阻燃环保PVC-U材料，具体的组分同实施例1，不同之处在于添加的阻燃抑烟剂为本实施例制备的双功能助剂，且添加量为15份。
实施例7
一种高效阻燃抑烟环保双功能助剂，具体的制备过程同实施例1，不同之处在于其中的锌和钼的摩尔比为1:1，且阻燃抑烟剂(硼酸锌和钼酸铵化合物)的负载量为30％。
一种低烟高效阻燃环保PVC-U材料，具体的组分同实施例1，不同之处在于添加的阻燃剂为本实施例制备的双功能助剂，且添加量为20份。
实施例8
一种高效阻燃抑烟环保双功能助剂，具体的制备过程同实施例1，不同之处在于其中的锌和钼的摩尔比为1:1，且阻燃抑烟剂(硼酸锌和钼酸铵化合物)的负载量为30％。
一种低烟高效阻燃环保PVC-U材料，具体的组分同实施例1，不同之处在于添加的阻燃剂为本实施例制备的双功能助剂，且添加量为30份。
实施例9
一种高效阻燃抑烟环保双功能助剂，具体的制备过程同实施例1，不同之处在于其中的锌和钼的摩尔比为1:1，且阻燃抑烟剂(硼酸锌和钼酸铵化合物)的负载量为40％。
一种低烟高效阻燃环保PVC-U材料，具体的组分同实施例1，不同之处在于添加的阻燃剂为本实施例制备的双功能助剂，且添加量为30份。
测试上述实施例1至9制备的PVC-U材料的性能，测试结果如表1所示。
表1实施例1至9所述PVC-U材料的阻燃抑烟性能指标测试结果
Figure BDA0002239528610000051
Figure BDA0002239528610000061
备注：对比例中摩尔比1:1的钼酸铵和硼酸锌直接添加到PVC-U中，总量为6份，其它的组份与其它实施例相同。
由表1中各实施例性能指标对比可知，随着PVC-U混配料中阻燃抑烟剂负载量和双功能助剂添加份数的增多，其阻燃抑烟性能逐渐提升。并且随着阻燃抑烟组份中钼元素比例的增加，阻燃抑烟效率逐渐提高。其中综合性能和成本等各项因素，最终确定最佳的配方是实施例7制备的PVC-U材料，与其同样量钼锌添加比例的对比例相比较，实施例7的氧指数和烟密度性能明显优于对比例，这也说明分散负载后的阻燃抑烟剂的效率要明显优于相同添加量的非分散负载的阻燃抑烟剂。
低烟高效阻燃环保PVC-U材料的应用举例：
以实施例7制备的高效阻燃抑烟环保双功能助剂为阻燃抑烟剂，按照以下过程进行制备：
将PVC-U树脂粉100份、高效阻燃抑烟双功能助剂20份、增塑剂DOP 2份、钛白粉3份、钙锌热稳定剂5份、聚乙烯蜡0.6份、硬脂酸0.5份、ACR抗冲剂4份、颜料0.5份的配比进行称量，然后将该混合料在高速预混机中于110～120℃混合5分钟，接着转入低速混合机中于45～50℃混合3分钟，随后将其加入到绝缘电工套管生产线挤出机的料斗中，在双螺杆挤出机中于150～190℃下进行熔融共混挤出、定径、喷淋冷却、牵引、打标、切割、检测、包装、入库等，从而制备出合格的绝缘阻燃电工套管。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明及思路的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效阻燃抑烟环保双功能助剂，其特征在于，将阻燃抑烟剂溶于水或者氨水中，然后加入纳米埃洛石载体，室温下超声分散，然后去除溶剂，并进行高温煅烧，即可制备得到纳米埃洛石负载阻燃抑烟剂的高效阻燃抑烟环保双功能助剂。
2.根据权利要求1所述高效阻燃抑烟环保双功能助剂，其特征在于，所述阻燃抑烟剂为锌离子化合物和钼离子化合物；
优选地，所述锌离子化合物为碱式碳酸锌、乙酸锌、草酸锌、硼酸锌或磷酸锌中的一种或多种；所述钼离子化合物为钼酸铵、磷钼酸或磷钼酸铵中的一种或多种；
所述锌离子化合物和钼离子化合物的摩尔比例为0.5～1:1。
3.根据权利要求1所述高效阻燃抑烟环保双功能助剂，其特征在于，所述纳米埃洛石的分子式为:Al2O3·2SiO2·4H2O，为100％全天然纳米管状结构，其纳米管的直径为100～400nm，长度小于500nm。
4.根据权利要求1所述高效阻燃抑烟环保双功能助剂，其特征在于，所述双功能助剂中，以质量计，阻燃抑烟剂的负载量为15％～40％。
5.根据权利要求1所述高效阻燃抑烟环保双功能助剂，其特征在于，所述高温煅烧的温度为200～450℃，时间为1～3h。
6.权利要求1至5任一所述高效阻燃抑烟环保双功能助剂作为阻燃抑烟剂的应用。
7.根据权利要求6所述应用，其特征在于，所述高效阻燃抑烟环保双功能助剂作为阻燃抑烟剂在制备PVC-U材料中的应用。
8.一种低烟高效阻燃环保的PVC-U材料，其特征在于，按质量份数计，包括如下组分：PVC-U 100份、权利要求1至5任一所述高效阻燃抑烟环保双功能助剂10～30份、增塑剂1～2份、钛白粉2～5份、钙锌热稳定剂2～7份、聚乙烯蜡0.5～1.1份、硬脂酸0.2～2份、ACR抗冲剂2～5份，颜料0.2～2份。
9.根据权利要求8所述低烟高效阻燃环保的PVC-U材料，其特征在于，按质量份数计，包括如下组分：PVC-U 100份、权利要求1至5任一所述高效阻燃抑烟环保双功能助剂20～30份、增塑剂1～2份、钛白粉2～5份、钙锌热稳定剂2～7份、聚乙烯蜡0.5～1.1份、硬脂酸0.2～2份、ACR抗冲剂2～5份，颜料0.2～2份。
10.权利要求8或9所述低烟高效阻燃环保的PVC-U材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将所有物料按配比混合，先在高速预混机中于110～120℃混合，然后转入低速混合机中于45～50℃混合，最后在双螺杆挤出机中于150～190℃下进行熔融共混挤出造粒，即可制得低烟高效阻燃环保PVC-U材料。
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