CN111040084A - 一种用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂及制备方法 - Google Patents

一种用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂及其制备方法。该增容剂由以下原料按照重量分数组成：乙烯‑丙烯酸丁酯共聚物：100～110份；丙烯酸环氧丙酯：4.5～5.0份；引发剂：0.2～0.5份；抗氧剂：0.10～0.2份；PE蜡：0.2～0.5份。本发明通过接枝反应在乙烯‑丙烯酸丁酯共聚物(EBA)分子链上引入丙烯酸环氧丙酯，接枝后的EBA作为增容剂加入低烟无卤阻燃聚烯烃中，在填充大量无机阻燃剂后，不但保持较高的物理机械性能、电气性能和抗老化性等性能，扩大了其应用范围，而且解决了热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的阻燃性和物理机械性能等方面的平衡问题。

Description

一种用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂及制备方法
技术领域
本发明涉及化工领域，具体为一种用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂及其制备方法。
背景技术
热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料是一种高阻燃、安全、低毒、低烟的无卤阻燃电缆料，为了达到阻燃效果，在低烟无卤阻燃配方中，通常需要添加大量的无机阻燃剂如Al(OH)3、Mg(OH)2，才能使电缆料具有较好的阻燃性。但是由于大量的无机阻燃剂的填充，使低烟无卤阻燃电缆料的物理机械性能及电气性能降低，抗老化性能也劣化。为了解决其阻燃性和物理机械性等性能方面的平衡，使材料能充分满足最终使用的技术要求，常用的方法是，对聚烯烃材料进行改性或对无机阻燃剂的表面进行化学改性，但是存在效果并不理想，无法解决其阻燃性和物理机械性能、老化性能等性能方面的平衡性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂及制备方法。本发明通过接枝反应在乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)分子链上引入丙烯酸环氧丙酯，接枝后的EBA作为增容剂加入低烟无卤阻燃聚烯烃中，在填充大量无机阻燃剂后，不但保持较高的物理机械性能、电气性能和抗老化性等性能，扩大了其应用范围，而且解决了热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的阻燃性和物理机械性能等方面的平衡问题。
本发明的技术方案是：
本发明提供一种用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂，由以下原料按照重量分数组成：
Figure BDA0002350150360000021
优选上述用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂，由以下原料按照重量分数组成：
Figure BDA0002350150360000022
优选乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中丙烯酸丁酯(BA)的含量为17％。BA含量为17％指挤出级。
优选引发剂为过氧化二异丙苯(DCP)。
优选抗氧剂为抗氧剂1010。
上述用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂的制备方法，制备步骤为：
将乙烯-丙烯酸丁酯共聚物以30-40kg/h的进料速率加入双螺杆挤出机的第一进料口；将丙烯酸环氧丙酯、引发剂按配方比例混合后，在1.2-1.4MPa压力下，以0.7-0.8kg/h的进料速率加入挤出机第二进料口；将抗氧剂、PE蜡按配方比例混合后，以0.1-0.2kg/h的进料速率加入挤出机的第三进料口；进料后，在双螺杆挤出机上挤出用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂。
进料后，物料总停留时间约为4.5-5.2min。
所述的第一进料口与第二进料口之间的距离，第二进料口和第三进料口之间的距离，第三进料口和挤出机末端的距离之比为20：8：20。
所述的用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂的制备方法，所述的双螺杆挤出机的运行速率为45-50r/min。
所述的双螺杆挤出机在挤出过程中，各区段的温度设置如下表：
区段 1区 2区 3区 4区 5区 6区
温度℃ 200～210 220～230 230～240 240～250 240～250 260～270
区段 7区 8区 9区 10区 11区 12区
温度℃ 270～280 260～270 230～240 200～210 190～200 180～190
其中，所述的双螺杆挤出机的长径比为48：1；双螺杆挤出机上有12个区段，有3个进料口，第一进料口位于挤出机第一个区段处，第二进料口位于挤出机第五个区段处，第三个进料口位于挤出机第七个区段处。
本发明的有益效果：
(1)本发明在EBA挤出加工过程中，在EBA分子链上引入一种高活性反应性单体丙烯酸环氧丙酯，在引发剂的作用下，在EBA分子链上发生接枝反应，将得到的EBA接枝聚合物作为增容剂加入热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料中，经流变仪(DSC)测试分析发现：首先，其增容体系具有微小的分散相粒子，出现异相成核结晶和均相成核结晶，所以具有优异的拉伸和冲击性能，增容作用效果好；其次，该增容剂的分散相相区域尺寸较小，分布均匀性显著增加，使低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的冲击强度增加幅度更大。因此，接枝后的EBA作为低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂，具有较好的相容性、增韧改性和填料包容性。
(2)本发明接枝后的EBA作为增容剂加入低烟无卤阻燃聚烯烃中，在填充大量无机阻燃剂后，不但保持较高的物理机械性能、电气性能和抗老化性等性能，扩大了其应用范围，而且解决了热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的阻燃性和物理机械性能等方面的平衡问题。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行进一步解释说明，其中，丙烯酸环氧丙酯购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；EBA(BA含量为17％)为丙烯酸丁酯含量为17％的EBA树脂，型号为3410，购自深圳创科诚化工有限公司；DCP购自合肥安邦化工有限公司，其它材料均为普通市售所得。
实施例1
配方：
Figure BDA0002350150360000041
制备步骤为：
将EBA以30kg/h的进料速率加入双螺杆挤出机第一个区段的第一进料口；将丙烯酸环氧丙酯、DCP按配方比例混合后，在1.2MPa压力下，以0.75kg/h的进料速率加入位于挤出机第五个区段处的第二进料口，EBA分子链接枝反应随之发生，温度逐渐从第一区段的200℃逐渐升温到第七区段的280℃，挤出机末段温度逐步降至180℃；将抗氧剂1010、PE蜡按配方比例混合后，以0.15kg/h的进料速率加入位于挤出机第七个区段处的第三进料口；进料后，在双螺杆挤出机上挤出用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂；
进料后，物料总停留时间约为4.5min。
第一进料口与第二进料口之间的距离，第二进料口和第三进料口之间的距离，第三进料口和挤出机末端的距离之比为20：8：20。
所述的双螺杆挤出机的运行速率为50r/min。
所述的双螺杆挤出机在挤出过程中，各区段的温度设置如表1所示：
表1
区段 1区 2区 3区 4区 5区 6区
温度℃ 200～210 220～230 230～240 240～250 240～250 260～270
区段 7区 8区 9区 10区 11区 12区
温度℃ 270～280 260～270 230～240 200～210 190～200 180～190
其中，所述的双螺杆挤出机的长径比为48：1；双螺杆挤出机上有12个区段。
实施例2
配方：
Figure BDA0002350150360000051
制备步骤为：
将EBA以30kg/h的进料速率加入双螺杆挤出机第一个区段的第一进料口；将丙烯酸环氧丙酯、DCP按配方比例混合后，在1.4MPa压力下，以0.75kg/h的进料速率加入位于挤出机第五个区段处的第二进料口，EBA分子链接枝反应随之发生，温度逐渐从第一区段的200℃逐渐升温到第七区段的280℃，挤出机末段温度逐步降至180℃；将抗氧剂1010、PE蜡按配方比例混合后，以0.15kg/h的进料速率加入位于挤出机第七个区段处的第三进料口；进料后，在双螺杆挤出机上挤出用于无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂；
进料后，物料总停留时间约为5.2min。
第一进料口与第二进料口之间的距离，第二进料口和第三进料口之间的距离，第三进料口和挤出机末端的距离之比为20：8：20。
双螺杆挤出机的运行速率为50r/min。
所述的双螺杆挤出机在挤出过程中，各区段的温度设置如表2所示：
表2
区段 1区 2区 3区 4区 5区 6区
温度℃ 200～210 220～230 230～240 240～250 240～250 260～270
区段 7区 8区 9区 10区 11区 12区
温度℃ 270～280 260～270 230～240 200～210 190～200 180～190
其中，所述的双螺杆挤出机的长径比为48：1；双螺杆挤出机上有12个区段。
试验例1
试样1：加入实施例1得到的EBA接枝聚合物增容剂的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料；
试样2：未添加EBA接枝聚合物增容剂的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料；
其中，试样1的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，由以下原料按照重量分数组成：
Figure BDA0002350150360000061
Figure BDA0002350150360000071
以上原料均为市售所得。
试样1的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备步骤为：
(1)将Al(OH)3置于105℃烘箱中干燥2h，备用；
(2)按上述配方比例的各种材料称量后混合放入75L的密炼机中密炼8-10min；
(3)将密炼好的熔体加入熔体强制喂料机中制备电缆料，其中，强制喂料机联接在长径比为20：1的单螺杆挤出机上。
(4)单螺杆挤出机的工艺温度如下：
区段 1区 2区 3区
温度℃ 120～125 130～135 155～160
区段 4区 5区 6区
温度℃ 160～165 165～170 165～170
试样2的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，由以下原料按照重量分数组成：
Figure BDA0002350150360000072
试样2的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备步骤为：
(1)将Al(OH)3置于105℃烘箱中干燥2h，备用；
(2)按上述配方比例的各种材料称量后混合放入75L的密炼机中密炼8-10min；
(3)将密炼好的熔体加入熔体强制喂料机中制备电缆料，其中，强制喂料机联接在长径比为20：1的单螺杆挤出机上。
(4)单螺杆挤出机的工艺温度如下：
区段 1区 2区 3区
温度℃ 120～125 130～135 155～160
区段 4区 5区 6区
温度℃ 160～165 165～170 165～170
将试样1的加入EBA接枝聚合物增容剂的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料和试样2的未添加EBA接枝聚合物增容剂的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料材料分别进行性能测试，各性能检测结果见表3所示：
表3试样1和试样2电缆料的性能检测
Figure BDA0002350150360000081
其中，在老化性能测试中，老化条件为：100±2℃，老化时间为168小时。
试验例2
试样3：加入实施例2得到的EBA接枝聚合物增容剂的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料；
试样4：未添加EBA接枝聚合物增容剂的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料；
试样3的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，由以下原料按照重量分数组成：
Figure BDA0002350150360000091
试样3的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备步骤为：
(1)将Al(OH)3置于105℃烘箱中干燥2h，备用；
(2)按上述配方比例的各种材料称量后混合放入75L的密炼机中密炼8-10min；
(3)将密炼好的熔体加入熔体强制喂料机中制备电缆料，其中，强制喂料机联接在长径比为20：1的单螺杆挤出机上。
(4)单螺杆挤出机的工艺温度如下：
Figure BDA0002350150360000092
Figure BDA0002350150360000101
试样4的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，由以下原料按照重量分数组成：
Figure BDA0002350150360000102
试样4的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备步骤为：
(1)将Al(OH)3置于105℃烘箱中干燥2h，备用；
(2)按上述配方比例的各种材料称量后混合放入75L的密炼机中密炼8-10min；
(3)将密炼好的熔体加入熔体强制喂料机中制备电缆料，其中，强制喂料机联接在长径比为20：1的单螺杆挤出机上。
(4)单螺杆挤出机的工艺温度如下：
区段 1区 2区 3区
温度℃ 120～125 130～135 155～160
区段 4区 5区 6区
温度℃ 160～165 165～170 165～170
以上原料均为市售所得。
将试样3的加入EBA接枝聚合物增容剂的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料和试样4的未添加EBA接枝聚合物增容剂的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料材料分别进行性能测试，各性能检测结果见表4所示：
表4试样3和试样4电缆料的性能检测
Figure BDA0002350150360000111
其中，在老化性能测试中，老化条件为：100±2℃，老化时间为168小时。
试验例3
试样5：加入实施例1得到的EBA接枝聚合物增容剂的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料；
试样6：加入马来酸酐接枝EVA(EVA-g-MAH)的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料；
试样5的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，由以下原料按照重量分数组成：
Figure BDA0002350150360000112
Figure BDA0002350150360000121
试样5的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备步骤为：
(1)将Al(OH)3置于105℃烘箱中干燥2h，备用；
(2)按上述配方比例的各种材料称量后混合放入75L的密炼机中密炼8-10min；
(3)将密炼好的熔体加入熔体强制喂料机中制备电缆料，其中，强制喂料机联接在长径比为20：1的单螺杆挤出机上。
(4)单螺杆挤出机的工艺温度如下：
区段 1区 2区 3区
温度℃ 120～125 130～135 155～160
区段 4区 5区 6区
温度℃ 160～165 165～170 165～170
试样6的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，由以下原料按照重量分数组成：
Figure BDA0002350150360000122
试样6的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备步骤为：
(1)将Al(OH)3置于105℃烘箱中干燥2h，备用；
(2)按上述配方比例的各种材料称量后混合放入75L的密炼机中密炼8-10min；
(3)将密炼好的熔体加入熔体强制喂料机中制备电缆料，其中，强制喂料机联接在长径比为20：1的单螺杆挤出机上。
(4)单螺杆挤出机的工艺温度乳如下：
区段 1区 2区 3区
温度℃ 120～125 130～135 155～160
区段 4区 5区 6区
温度℃ 160～165 165～170 165～170
以上原料:马来酸酐接枝EVA(EVA-g-MAH)购自于南京塑泰高分子科技有限公司，其它原料均为市售所得。
将试样5的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料和试样6的热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料进行性能测试，各性能检测结果见表5所示：
表5试样5和试样6电缆料的性能检测
Figure BDA0002350150360000131
Figure BDA0002350150360000141
其中，在老化性能测试中，老化条件为：100±2℃，老化时间为168小时。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。

Claims (9)

1.一种用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂，其特征在于，由以下原料按照重量分数组成：
Figure FDA0002350150350000011
2.根据权利要求1所述的用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂，其特征在于，由以下原料按照重量分数组成：
Figure FDA0002350150350000012
3.根据权利要求1或2所述的用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂，其特征在于，所述的乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中丙烯酸丁酯的含量为17％。
4.根据权利要求1或2所述的用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂，其特征在于，所述的引发剂为过氧化二异丙苯。
5.根据权利要求1或2所述的用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂1010。
6.一种权利要求1或2所述的用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂的制备方法，其特征在于，制备步骤为：
将乙烯-丙烯酸丁酯共聚物以30-40kg/h的进料速率加入双螺杆挤出机的第一进料口；将丙烯酸环氧丙酯、引发剂按配方比例混合后，在1.2-1.4MPa压力下，以0.7-0.8kg/h的进料速率加入挤出机第二进料口；将抗氧剂、PE蜡按配方比例混合后，以0.1-0.2kg/h的进料速率加入挤出机的第三进料口；进料后，在双螺杆挤出机上挤出用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂。
7.根据权利要求4所述的用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂的制备方法，其特征在于，所述的第一进料口与第二进料口之间的距离，第二进料口和第三进料口之间的距离，第三进料口和挤出机末端的距离之比为20：8：20。
8.根据权利要求4所述的用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机的运行速率为45-50r/min。
9.根据权利要求4所述的用于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的增容剂的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机在挤出过程中，各区段的温度设置如下表：
区段 1区 2区 3区 4区 5区 6区 温度℃ 200～210 220～230 230～240 240～250 240～250 260～270 区段 7区 8区 9区 10区 11区 12区 温度℃ 270～280 260～270 230～240 200～210 190～200 180～190
。
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