CN110818994A - 一种低热释放低烟无卤材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低热释放低烟无卤材料，按重量份计，其制备原料包括：18～22份EVA、8～10份PE、5.5～6.5份增容剂、40～45份无机填料、18～20份阻燃剂、1～2份抗氧剂。该材料通过使用不同粒径的无机填料填充，使得材料具备了热释放速率低、总释放热量小的特点，极大地提高了电缆材料的使用安全性，在燃烧条件下能有效控制火势蔓延，降低损失。

Description

一种低热释放低烟无卤材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆材料领域，尤其涉及一种低热释放低烟无卤材料及其制备方法。
背景技术
电线电缆是人们日常生活中常见的产品，随着经济的发展和生活水平的提高，人们对电线电缆类产品的安全性有着越来越高的要求，电缆材料不仅要不易起火，起火后还需防止火焰蔓延。
目前市面上的电缆材料通常使用无卤阻燃剂，其阻燃效果相比于卤系阻燃剂略低，且在防止火势增大、降低燃烧热释放、减少火焰传播等方面仍需进一步的提高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种低热释放低烟无卤材料，按重量份计，其制备原料包括：18～22份EVA、8～10份PE、5.5～6.5份增容剂、40～45份无机填料、18～20份阻燃剂、1～2份抗氧剂。
作为一种优选的技术方案，所述EVA的醋酸乙烯含量为25～30wt％，熔融指数为5～10g/10min。
作为一种优选的技术方案，所述PE的密度为0.91～0.92g/cm3。
作为一种优选的技术方案，所述增容剂为改性聚烯烃。
作为一种优选的技术方案，所述改性聚烯烃为MAH接枝聚烯烃。
作为一种优选的技术方案，所述无机填料选自二氧化硅、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种的混合。
作为一种优选的技术方案，所述氢氧化铝的中位粒径为1～3微米。
作为一种优选的技术方案，所述氢氧化镁的中位粒径为1～2微米。
作为一种优选的技术方案，所述阻燃剂选自三聚氰胺磷酸盐、聚磷酸铵、磷酸三甲苯酯、六苯氧基环三磷腈中的一种或多种的混合。
本发明的第二方面提供了一种如上所述的低热释放低烟无卤材料的制备方法，包括以下步骤：将EVA、PE、增容剂、无机填料、阻燃剂、抗氧剂加入密炼机旋转混合，再送入挤出机剪切混炼，挤出切粒，即得。
有益效果：本发明提供了一种低热释放低烟无卤材料，通过使用不同粒径的无机填料填充，使得材料具备了热释放速率低、总释放热量小的特点，极大地提高了电缆材料的使用安全性，在燃烧条件下能有效控制火势蔓延，降低损失。
具体实施方式
结合以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可进一步地理解本发明的内容。除非另有说明，本文中使用的所有技术及科学术语均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。
在本文中使用的，除非上下文中明确地另有指示，否则没有限定单复数形式的特征也意在包括复数形式的特征。还应理解的是，如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义，“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示所陈述的组合物、步骤、方法、制品或装置，但不排除存在或添加一个或多个其它组合物、步骤、方法、制品或装置。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。除此之外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
为了解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种低热释放低烟无卤材料，按重量份计，其制备原料包括：18～22份EVA、8～10份PE、5.5～6.5份增容剂、40～45份无机填料、18～20份阻燃剂、1～2份抗氧剂。
在一些优选的实施方式中，所述低热释放低烟无卤材料的制备原料，按重量份计，包括：20份EVA、9份PE、5份增容剂、42份无机填料、19份阻燃剂、1.5份抗氧剂。
EVA
EVA是指乙烯-醋酸乙烯共聚物，是一种新型环保塑料材料，具有良好的缓冲、抗震、隔热、防潮、抗化学腐蚀、防菌防水等优点，且无毒、不吸水，可被用于多种领域，例如传输管材、薄膜、包装、胶粘剂、电线电缆等。
在一些优选的实施方式中，所述EVA的醋酸乙烯含量为25～30wt％，熔融指数为5～10g/10min；进一步优选的，所述EVA的醋酸乙烯含量为26～28wt％，熔融指数为6～8g/10min；所述EVA的醋酸乙烯含量为26wt％，熔融指数为6g/10min。
本申请中EVA的醋酸乙烯含量的测试方法可为本领域技术人员熟知的任何一种，例如ISO 8985-1998中记载的方法。
本申请中的熔融指数指的是在190℃、2.16kg载荷下测得的熔融指数，其测试方法可为本领域技术人员熟知的任何一种，例如ISO 1133-1-2011中记载的方法。
本申请中的EVA可为扬子巴斯夫6110M。
PE
PE是指聚乙烯，是一种典型的热塑性塑料，其具有优异的化学稳定性、耐低温性、电绝缘性等性能，可加工制成薄膜、电线电缆护套、管材、各种中空制品、注塑制品、纤维等。
在一些优选的实施方式中，所述PE的密度为0.91～0.92g/cm3；进一步优选的，所述PE的密度为0.918g/cm3。
本申请中PE密度的测试方法可为本领域技术人员熟知的任何一种，例如使用密度测试仪进行测试。
本申请中的PE可为埃克森美孚Exceed 3518CB或广州石化7042。
增容剂
由于材料中含有多种组分，为了提高材料内部的相容性，需加入增容剂，其能促进不同聚合物之间的结合。
在一些优选的实施方式中，所述增容剂为改性聚烯烃。
在一些优选的实施方式中，所述改性聚烯烃为MAH接枝聚烯烃。
在一些优选的实施方式中，所述MAH接枝聚烯烃选自PE-g-MAH、PP-g-MAH、PS-g-MAH中的一种；进一步优选的，所述MAH接枝聚烯烃为PE-g-MAH。
在一些优选的实施方式中，所述PE-g-MAH的功能基团含量为0.5～0.8wt％；进一步优选的，所述PE-g-MAH的功能基团含量为0.65wt％。
本申请中PE-g-MAH的功能基团含量是指PE-g-MAH中MAH的含量，其测试方法可为本领域技术人员熟知的任何一种，例如酸碱滴定法。
本申请中的PE-g-MAH可为由宁波能之光新材料科技股份有限公司生产的MC226或MC218，两者中的功能基团含量均为0.5～0.8wt％，平均值为0.65wt％。
无机填料
在高分子材料中加入无机填料一方面可以降低生产成本，另一方面可以改善材料的力学性能、电学性能等。
在一些优选的实施方式中，所述无机填料选自二氧化硅、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种的混合；进一步优选的，所述无机填料为氢氧化铝和氢氧化镁的混合，重量比为2：1。
在一些优选的实施方式中，所述氢氧化铝的中位粒径为1～3微米；进一步优选的，所述氢氧化铝的中位粒径为2～2.4微米；更进一步的，所述氢氧化铝的中位粒径为2.2微米。
在一些优选的实施方式中，所述氢氧化镁的中位粒径为1～2微米；进一步优选的，所述氢氧化镁的中位粒径为1.25～1.65微米；更进一步的，所述氢氧化镁的中位粒径为1.45微米。
本申请中的中位粒径是指一个样品的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径，其测试方法可为本领域技术人员熟知的任何一种，例如激光法。
本申请中的氢氧化铝为洛阳中超新材料股份有限公司生产的AH-01DG，其中位粒径为2～2.4微米，平均值为2.2微米。
本申请中的氢氧化镁为美国雅宝公司生产的MAGNIFIN H5，其中位粒径为1.25～1.65微米，平均值为1.45微米。
阻燃剂
在电缆材料中加入阻燃剂，能够有效降低材料起火的危险性，同时为了减少电缆燃烧过程中产生的有害气体，电缆材料用阻燃剂通常为非卤系阻燃剂。
在一些优选的实施方式中，所述阻燃剂选自三聚氰胺磷酸盐、多磷酸铵、磷酸三甲苯酯、六苯氧基环三磷腈中的一种或多种的混合；进一步优选的，所述阻燃剂为六苯氧基环三磷腈(CAS号：1184-10-7)。
本申请中的六苯氧基环三磷腈由济南森诺新材料科技有限公司生产，牌号为SN-901。
抗氧剂
以聚烯烃为基体材料的聚合物通常需要添加抗氧剂，提高材料的稳定性，延长使用寿命。
在一些优选的实施方式中，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂164中的一种或多种的混合；进一步优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1010(化学名：四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；CAS号：128-37-0)。
本申请中的抗氧剂1010由巴斯夫生产。
本发明提供的一种低热释放低烟无卤材料以EVA、PE、增容剂、无机填料、阻燃剂、抗氧剂作为制备原料，其中EVA和PE在增容剂的作用下相容性提高，体系内结构一致性强，使得整体材料具备了良好的力学性能，而无机填料可以进一步地改善材料强度，并且和阻燃剂协同作用提高材料的阻燃性能，增加电缆材料的安全性。发明人在研发过程中意料不到地发现，当使用不同粒径的氢氧化铝和氢氧化镁时，材料在燃烧时的总释放热量和热释放速率大幅降低，推测其原因在于，当电缆起火时，体系中的无机相向材料表面迁移，氢氧化铝和氢氧化镁均可吸收大量热从而分解，分解产物中的水进一步发挥降温的作用，粒径的不同使得两种无机粉末可以在材料表面密集地穿插排列，阻隔有机相与火焰的过多接触，减缓了有机相的热分解，减少了热量释放。发明人在研发过程中意料不到地发现，磷氮系阻燃剂与氢氧化铝、氢氧化镁复配使用能发挥协同作用，进一步降低热释放，其机理在于，氮磷阻燃剂有助于材料表面在燃烧条件下形成炭层，炭层和氢氧化物形成的氧化层共同作用，显著降低了高分子材料的分解率和热释放。
本发明的第二方面提供了一种如上所述的低热释放低烟无卤材料的制备方法，包括以下步骤：将EVA、PE、增容剂、无机填料、阻燃剂、抗氧剂加入密炼机旋转混合，再送入挤出机剪切混炼，挤出切粒，即得。
实施例
以下通过实施例对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。如无特殊说明，本发明中的原料均为市售。
实施例1
实施例1提供了一种低热释放低烟无卤材料，按重量份计，其制备原料包括：20份EVA、9份PE、5份增容剂、42份无机填料、19份阻燃剂、1.5份抗氧剂。
所述EVA为扬子巴斯夫6110M，其醋酸乙烯含量为26wt％，熔融指数为6g/10min。
所述PE为埃克森美孚Exceed 3518CB，其密度为0.918g/cm3。
所述增容剂为PE-g-MAH，购自宁波能之光新材料科技股份有限公司，牌号为MC226，其功能基团含量为0.5～0.8wt％，平均值为0.65wt％。
所述无机填料为氢氧化铝和氢氧化镁的混合，重量比为2：1；所述氢氧化铝为洛阳中超新材料股份有限公司生产的AH-01DG，其中位粒径为2～2.4微米，平均值为2.2微米；所述氢氧化镁为美国雅宝公司生产的MAGNIFIN H5，其中位粒径为1.25～1.65微米，平均值为1.45微米。
所述阻燃剂为六苯氧基环三磷腈。
所述抗氧剂为抗氧剂1010。
本例还提供了一种如上所述的低热释放低烟无卤材料的制备方法，包括以下步骤：将EVA、PE、增容剂、无机填料、阻燃剂、抗氧剂加入密炼机旋转混合，再送入挤出机剪切混炼，挤出切粒，即得。
实施例2
实施例2提供了一种低热释放低烟无卤材料，按重量份计，其制备原料包括：18份EVA、8份PE、5.5份增容剂、40份无机填料、18份阻燃剂、1份抗氧剂。
所述EVA为扬子巴斯夫6110M，其醋酸乙烯含量为26wt％，熔融指数为6g/10min。
所述PE为埃克森美孚Exceed 3518CB，其密度为0.918g/cm3。
所述增容剂为PE-g-MAH，购自宁波能之光新材料科技股份有限公司，牌号为MC226，其功能基团含量为0.5～0.8wt％，平均值为0.65wt％。
所述无机填料为氢氧化铝和氢氧化镁的混合，重量比为2：1；所述氢氧化铝为洛阳中超新材料股份有限公司生产的AH-01DG，其中位粒径为2～2.4微米，平均值为2.2微米；所述氢氧化镁为美国雅宝公司生产的MAGNIFIN H5，其中位粒径为1.25～1.65微米，平均值为1.45微米。
所述阻燃剂为六苯氧基环三磷腈。
所述抗氧剂为抗氧剂1010。
本例还提供了一种如上所述的低热释放低烟无卤材料的制备方法，其与实施例1类似。
实施例3
实施例3提供了一种低热释放低烟无卤材料，按重量份计，其制备原料包括：22份EVA、10份PE、6.5份增容剂、45份无机填料、20份阻燃剂、2份抗氧剂。
所述EVA为扬子巴斯夫6110M，其醋酸乙烯含量为26wt％，熔融指数为6g/10min。
所述PE为埃克森美孚Exceed 3518CB，其密度为0.918g/cm3。
所述增容剂为PE-g-MAH，购自宁波能之光新材料科技股份有限公司，牌号为MC226，其功能基团含量为0.5～0.8wt％，平均值为0.65wt％。
所述无机填料为氢氧化铝和氢氧化镁的混合，重量比为2：1；所述氢氧化铝为洛阳中超新材料股份有限公司生产的AH-01DG，其中位粒径为2～2.4微米，平均值为2.2微米；所述氢氧化镁为美国雅宝公司生产的MAGNIFIN H5，其中位粒径为1.25～1.65微米，平均值为1.45微米。
所述阻燃剂为六苯氧基环三磷腈。
所述抗氧剂为抗氧剂1010。
本例还提供了一种如上所述的低热释放低烟无卤材料的制备方法，其与实施例1类似。
实施例4
实施例4提供了一种低热释放低烟无卤材料，按重量份计，其制备原料包括：20份EVA、9份PE、5份增容剂、42份无机填料、19份阻燃剂、1.5份抗氧剂。
所述EVA为扬子巴斯夫6110M，其醋酸乙烯含量为26wt％，熔融指数为6g/10min。
所述PE为埃克森美孚Exceed 3518CB，其密度为0.918g/cm3。
所述增容剂为PE-g-MAH，购自宁波能之光新材料科技股份有限公司，牌号为MC226，其功能基团含量为0.5～0.8wt％，平均值为0.65wt％。
所述无机填料为氢氧化铝和氢氧化镁的混合，重量比为2：1；所述氢氧化铝为中铝生产的H-WF-1，其中位粒径为0.7～1.3微米，平均值为1.0微米；所述氢氧化镁为美国雅宝公司生产的MAGNIFIN H5，其中位粒径为1.25～1.65微米，平均值为1.45微米。
所述阻燃剂为六苯氧基环三磷腈。
所述抗氧剂为抗氧剂1010。
本例还提供了一种如上所述的低热释放低烟无卤材料的制备方法，其与实施例1类似。
实施例5
实施例5提供了一种低热释放低烟无卤材料，按重量份计，其制备原料包括：20份EVA、9份PE、5份增容剂、42份无机填料、19份阻燃剂、1.5份抗氧剂。
所述EVA为扬子巴斯夫6110M，其醋酸乙烯含量为26wt％，熔融指数为6g/10min。
所述PE为埃克森美孚Exceed 3518CB，其密度为0.918g/cm3。
所述增容剂为PE-g-MAH，购自宁波能之光新材料科技股份有限公司，牌号为MC226，其功能基团含量为0.5～0.8wt％，平均值为0.65wt％。
所述无机填料为氢氧化铝和氢氧化镁的混合，重量比为2：1；所述氢氧化铝为中铝生产的H-WF-2N，其中位粒径为1.1～1.7微米，平均值为1.4微米；所述氢氧化镁为美国雅宝公司生产的MAGNIFIN H5，其中位粒径为1.25～1.65微米，平均值为1.45微米。
所述阻燃剂为六苯氧基环三磷腈。
所述抗氧剂为抗氧剂1010。
本例还提供了一种如上所述的低热释放低烟无卤材料的制备方法，其与实施例1类似。
实施例6
实施例6提供了一种低热释放低烟无卤材料，按重量份计，其制备原料包括：20份EVA、9份PE、5份增容剂、42份无机填料、19份阻燃剂、1.5份抗氧剂。
所述EVA为扬子巴斯夫6110M，其醋酸乙烯含量为26wt％，熔融指数为6g/10min。
所述PE为埃克森美孚Exceed 3518CB，其密度为0.918g/cm3。
所述增容剂为PE-g-MAH，购自宁波能之光新材料科技股份有限公司，牌号为MC226，其功能基团含量为0.5～0.8wt％，平均值为0.65wt％。
所述无机填料为氢氧化铝和氢氧化镁的混合，重量比为1：2；所述氢氧化铝为洛阳中超新材料股份有限公司生产的AH-01DG，其中位粒径为2～2.4微米，平均值为2.2微米；所述氢氧化镁为美国雅宝公司生产的MAGNIFIN H5，其中位粒径为1.25～1.65微米，平均值为1.45微米。
所述阻燃剂为六苯氧基环三磷腈。
所述抗氧剂为抗氧剂1010。
本例还提供了一种如上所述的低热释放低烟无卤材料的制备方法，其与实施例1类似。
实施例7
实施例7提供了一种低热释放低烟无卤材料，按重量份计，其制备原料包括：20份EVA、9份PE、5份增容剂、42份无机填料、19份阻燃剂、1.5份抗氧剂。
所述EVA为扬子巴斯夫6110M，其醋酸乙烯含量为26wt％，熔融指数为6g/10min。
所述PE为埃克森美孚Exceed 3518CB，其密度为0.918g/cm3。
所述增容剂为PE-g-MAH，购自宁波能之光新材料科技股份有限公司，牌号为MC226，其功能基团含量为0.5～0.8wt％，平均值为0.65wt％。
所述无机填料为氢氧化铝和氢氧化镁的混合，重量比为1：1；所述氢氧化铝为洛阳中超新材料股份有限公司生产的AH-01DG，其中位粒径为2～2.4微米，平均值为2.2微米；所述氢氧化镁为美国雅宝公司生产的MAGNIFIN H5，其中位粒径为1.25～1.65微米，平均值为1.45微米。
所述阻燃剂为六苯氧基环三磷腈。
所述抗氧剂为抗氧剂1010。
本例还提供了一种如上所述的低热释放低烟无卤材料的制备方法，其与实施例1类似。
实施例8
实施例8提供了一种低热释放低烟无卤材料，按重量份计，其制备原料包括：20份EVA、9份PE、5份增容剂、42份无机填料、19份阻燃剂、1.5份抗氧剂。
所述EVA为扬子巴斯夫6110M，其醋酸乙烯含量为26wt％，熔融指数为6g/10min。
所述PE为广州石化7042，其密度为0.918g/cm3。
所述增容剂为PE-g-MAH，购自宁波能之光新材料科技股份有限公司，牌号为MC226，其功能基团含量为0.5～0.8wt％，平均值为0.65wt％。
所述无机填料为氢氧化铝和氢氧化镁的混合，重量比为2：1；所述氢氧化铝为洛阳中超新材料股份有限公司生产的AH-01DG，其中位粒径为2～2.4微米，平均值为2.2微米；所述氢氧化镁为美国雅宝公司生产的MAGNIFIN H5，其中位粒径为1.25～1.65微米，平均值为1.45微米。
所述阻燃剂为六苯氧基环三磷腈。
所述抗氧剂为抗氧剂1010。
本例还提供了一种如上所述的低热释放低烟无卤材料的制备方法，其与实施例1类似。
性能评价
根据GB/T 16172-2007《建筑材料热释放速率实验方法》中的方法，对实施例1～8中得到的低热释放低烟无卤材料的平均热释放速率和总释放热量进行测试，试样为100mm×100mm×10mm的正方形，记录平均热释放速率(单位：kW/m2)，并根据梯形积分法计算总释放热量(单位：MJ/m2)，结果见表1。
表1
实施例 平均热释放速率(单位：kW/m<sup>2</sup>) 总释放热量(单位：MJ/m<sup>2</sup>)
实施例1 40 48
实施例2 43 52
实施例3 45 55
实施例4 96 81
实施例5 104 96
实施例6 87 82
实施例7 91 74
实施例8 42 49
通过实施例1～8可以得知，本发明提供的低热释放低烟无卤材料具备热释放速率低、总释放热量小的特点，极大地提高了电缆材料的使用安全性，在燃烧条件下能有效控制火势蔓延，降低损失。
最后指出，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低热释放低烟无卤材料，其特征在于，按重量份计，其制备原料包括：18～22份EVA、8～10份PE、5.5～6.5份增容剂、40～45份无机填料、18～20份阻燃剂、1～2份抗氧剂。
2.如权利要求1所述的低热释放低烟无卤材料，其特征在于，所述EVA的醋酸乙烯含量为25～30wt％，熔融指数为5～10g/10min。
3.如权利要求1所述的低热释放低烟无卤材料，其特征在于，所述PE的密度为0.91～0.92g/cm3。
4.如权利要求1所述的低热释放低烟无卤材料，其特征在于，所述增容剂为改性聚烯烃。
5.如权利要求4所述的低热释放低烟无卤材料，其特征在于，所述改性聚烯烃为MAH接枝聚烯烃。
6.如权利要求1所述的低热释放低烟无卤材料，其特征在于，所述无机填料选自二氧化硅、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种的混合。
7.如权利要求6所述的低热释放低烟无卤材料，其特征在于，所述氢氧化铝的中位粒径为1～3微米。
8.如权利要求6所述的低热释放低烟无卤材料，其特征在于，所述氢氧化镁的中位粒径为1～2微米。
9.如权利要求1所述的低热释放低烟无卤材料，其特征在于，所述阻燃剂选自三聚氰胺磷酸盐、多磷酸铵、磷酸三甲苯酯、六苯氧基环三磷腈中的一种或多种的混合。
10.一种如权利要求1～9任一项所述的低热释放低烟无卤材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将EVA、PE、增容剂、无机填料、阻燃剂、抗氧剂加入密炼机旋转混合，再送入挤出机剪切混炼，挤出切粒，即得。
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