CN111100345A - 一种v-2阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法、塑料瓦片 - Google Patents

一种v-2阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法、塑料瓦片 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种V‑2阻燃聚烯烃复合材料，由聚烯烃、阻燃剂、协效剂、增韧剂、助分散剂、抗氧剂、光稳定剂、偶联剂、润滑剂制备而成，以聚烯烃为主体材料并且经过改性而可制得塑料瓦的材料，同时为了预防火灾等可能意外发生的事故，加以阻燃改性，制得的材料达到V‑2阻燃等级要求，产品使用更加安全。

Description

一种V-2阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法、塑料瓦片
技术领域
本发明涉及功能材料领域，具体涉及一种V-2阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法，还涉及一种塑料瓦片。
背景技术
一般来说，建筑的主要部位被分别界定为地面、立面(内外墙面)和屋面，每个部位都有与之相对应的建筑材料。长久以来，人们对屋面材料的认知大都集中在对瓦材的了解上。用传统的观念来看，屋面材料最主要的功能就是防水。因此，千百年来，在缺水的北方，住宅大都是在斜面或平面的屋顶抹泥即可；而在多雨的南方，则需要在屋顶上铺装排列紧密的泥瓦。世世代代，泥瓦就是屋面唯一的“外衣”。
然而，当建筑节能的概念在全球范围内越来越深入人心的时候，环保、隔热、保温、耐腐等性能与防水性一样成为屋顶材料必不可少的内涵。屋面工程正在成为新型环保节能材料一展身手的大舞台，塑料瓦就是当今屋面的首选材料。
国家墙体材料“十五”规划中明确指出：“必须大力研究开发具有高效、节能、节土、利废、环保的轻质、高强、保温、隔热、防火型新型复合墙体材料及屋面防水材料”。随着我国经济的繁荣和科技的进步，人们居住条件和生活水平不断提高，现代建筑逐步向高质量、高档次发展，其功能要求不断提高。当传统的屋面材料已不能满足建筑业发展要求时，各种新型屋面材料便应运而生。根据国际建材发展的流行趋势，屋面材料正向质轻、美观、环保、防水防火、隔音隔热等方向发展。然而，石棉瓦、水泥瓦及近年来兴起的彩钢瓦等都难以在性能方面同时满足环保和节能的需求。
发明内容
针对陶瓷瓦等传统屋面建筑材料存在的诸多难以解决的问题，同时为达到“十五”规划中提出的“高强、轻质、节能、节土、利废、环保”的所有功能要求，本发明公开了一种以聚烯烃为主体材料并且经过改性而可制得塑料瓦的材料，同时为了预防火灾等可能意外发生的事故，本发明的材料加以阻燃改性，制得的材料达到V-2阻燃等级要求，产品使用更加安全。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种V-2阻燃聚烯烃复合材料，由以下组分按重量份制备而成：
Figure BDA0001846087410000011
Figure BDA0001846087410000021
进一步的，所述聚烯烃为α-烯烃或环烯烃的均聚物或共聚物中的至少一种。其中，α-烯烃为乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯中的一种，应当理解的是上述α-烯烃仅仅是本发明的优选实施方案，其中最优选所述的聚烯烃为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯。
进一步的，所述阻燃剂为无卤磷氮类阻燃剂，所述协效剂为纳米蒙脱土，通过二者协同作用，产品阻燃效果更加稳定，添加的阻燃剂较少，而且阻燃剂选用无卤磷氮类，着火时不产生有害气体，不会造成二次伤害。
进一步的，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物中的至少一种，通过增韧改性，产品具有更好的冲击强度。
进一步的，所述助分散剂为硅灰石、滑石粉、碳酸钙、碳酸钙晶须、高岭土、蒙脱土、重晶石、云母、钛白粉、粉煤灰中的一种或其混合物，以提高产品的刚性及降低产品的成本。
进一步的，所述润滑剂为PE蜡、EVA蜡、硬脂酸钙、亚乙基二硬脂酸胺中的至少一种；
所述偶联剂为硅烷偶联剂；
所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三-(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、硫代二丙酸双十八醇酯中的至少一种；
所述光稳定剂为2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、三丙酮胺、聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)胺]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]-1,6-二己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]]中的至少一种，通过光稳定剂的使用，确保产品在日晒雨淋的条件下性能的稳定性，使得产品具有更长的使用寿命。
本发明的另一个目的在于提供一种V-2阻燃聚烯烃复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照配比称取聚烯烃、增韧剂、阻燃剂、协效剂、助分散剂、抗氧剂、光稳定剂、偶联剂、润滑剂高速混合5～15min，得到均匀的混合物料；
(2)将均匀的混合物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，制得V-2阻燃聚烯烃复合材料。
优选的，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比44～52，螺杆组合采用低剪切式螺杆组合，各挤出区间的挤出温度分别是150～170℃、170～185℃、175～185℃、175～185℃、175～185℃、180～190℃、180～195℃、180～195℃、180～195℃、185～200℃，螺杆转速为300-400转/分钟。
本发明的第三个目的，在于提供一种塑料瓦片，由上述V-2阻燃聚烯烃复合材料制备而成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明制备的聚烯烃复合材料，以聚丙烯、无机填料、增韧剂的复配使用，制得的产品有较高的弯曲强度及冲击强度，即具有较好的刚性及韧性，从高处跌落不易碎。
2、本发明制备的聚烯烃复合材料由于在聚烯烃中添加了较为充足的抗氧剂及光稳定剂，能有效地防止分子链在热或者是光照下的断裂现象，从而产品更耐腐蚀、耐老化、使用寿命长、可回收重复利用。
3、本发明公开的聚烯烃复合材料，采用蒙脱土和无卤磷氮类阻燃剂协效作用，使得阻燃剂在基料中分散更加均匀，因此阻燃效果更加稳定可靠。
4、本发明的塑料瓦片由于采用树脂中密度最低的聚丙烯作为主料，制备的其材料密度为0.90～1.4克/立方厘米，较泥瓦/陶瓷瓦(平均密度2.65克/立方厘米)重量降低45％以上；因此，安装、搬运方便，省时省力。
5、本发明公开的聚烯烃复合材料制备的塑料瓦片其主材热导率为0.22W/(m·K)，而泥瓦/陶瓷瓦的热导率为0.87-1.16W/(m·K)，因此具有较好的隔热作用；同时声音在泥瓦/陶瓷瓦/水泥中的传播速度是4400-5000m/s，而在聚丙烯等树脂中的传播速度为1500-2800m/s，同时由于聚丙烯的长分子链结构，能有效低降低振动的频率及能量，因此塑料瓦片具有明显的隔热、降噪作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步清楚完整的说明。
以下实施例所用试剂仅为举例说明，并不用于限制本发明的保护范围，以下实施例中的阻燃剂为无卤磷氮类阻燃剂，协效剂为纳米蒙脱土，本发明其他实施例仍可选择权利要求范围内的所有可选试剂。如无特别说明，实施例中份数均为重量份。
表1实施例1～6中制备的V-2阻燃聚烯烃复合材料各组分的添加重量份数
组分 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
共聚聚烯烃 78 60 40 48 29 0
均聚聚烯烃 0 22 45 40 60 95
增韧剂 10 8 6 5 4 0
阻燃剂 8 7 6 5 5 4
协效剂 1.5 1 1 1 0.5 0.5
助分散剂 4 3 3 2 2 1
抗氧剂 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.2
润滑剂 1 0.8 0.6 0.5 0.3 0.2
光稳定剂 0.6 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3
偶联剂 0.5 0.4 0.3 0.3 0.2 0
实施例1
本实施例中增韧剂为乙烯-丙烯共聚物、助分散剂为滑石粉、抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、润滑剂为EVA蜡、光稳定剂为2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑、偶联剂为硅烷偶联剂。
按表1中各组分的配比(重量份)称取原料，将称量好的物料高速混合15min，得到均匀的混合物料；将均匀的混合物料通过双螺杆挤出机混炼、挤出造粒制得V-2阻燃聚烯烃复合材料，其中双螺杆挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为150℃、170℃、175℃、175℃、175℃、180℃、180℃、180℃、180℃、185℃，双螺杆挤出机螺杆长径比为44，螺杆转速为350转/分钟，螺杆组合采用低剪切式螺杆组合。
实施例2
本实施例中增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、助分散剂为蒙脱土、抗氧剂为硫代二丙酸双十八醇酯、润滑剂为亚乙基二硬脂酸胺、光稳定剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、偶联剂为硅烷偶联剂。
按表1中各组分的配比(重量份)称取原料，将称量好的物料高速混合8min，得到均匀的混合物料；将均匀的混合物料通过双螺杆挤出机混炼、挤出造粒制得V-2阻燃聚烯烃复合材料，其中双螺杆挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、185℃、185℃、185℃、185℃、190℃、195℃、195℃、195℃、200℃，双螺杆挤出机螺杆长径比为44，螺杆转速为350转/分钟，螺杆组合采用低剪切式螺杆组合。
实施例3
本实施例中增韧剂为乙烯-丙烯共聚物和乙烯-辛烯共聚物、助分散剂为高岭土和碳酸钙、抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三-(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、润滑剂为PE蜡、光稳定剂为三丙酮胺、偶联剂为硅烷偶联剂。
按表1中各组分的配比(重量份)称取原料，将称量好的物料高速混合8min，得到均匀的混合物料；将均匀的混合物料通过双螺杆挤出机混炼、挤出造粒制得V-2阻燃聚烯烃复合材料，其中双螺杆挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为150℃、170℃、175℃、175℃、175℃、180℃、180℃、180℃、180℃、195℃，双螺杆挤出机螺杆长径比为48，螺杆转速为350转/分钟，螺杆组合采用低剪切式螺杆组合。
实施例4
本实施例中增韧剂为乙烯-丙烯共聚物、助分散剂为滑石粉、抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、润滑剂为EVA蜡、光稳定剂为2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑、偶联剂为硅烷偶联剂。
按表1中组分及配比(重量份)称取原料，将称量好的物料高速混合15min，得到均匀的混合物料；将均匀的混合物料通过双螺杆挤出机混炼、挤出造粒制得V-2阻燃聚烯烃复合材料，其中双螺杆挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为160℃、175℃、175℃、180℃、185℃、185℃、185℃、185℃、190℃、195℃，双螺杆挤出机螺杆长径比为44，螺杆转速为300转/分钟，螺杆组合采用低剪切式螺杆组合。
实施例5
本实施例中增韧剂为乙烯-丙烯共聚物、助分散剂为滑石粉、抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、润滑剂为EVA蜡、光稳定剂为2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑、偶联剂为硅烷偶联剂。
按表1中组分及配比(重量份)称取原料，将称量好的物料高速混合10min，得到均匀的混合物料；将均匀的混合物料通过双螺杆挤出机混炼、挤出造粒制得V-2阻燃聚烯烃复合材料，其中双螺杆挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为160℃、175℃、180℃、180℃、185℃、185℃、185℃、185℃、185℃、190℃，双螺杆挤出机螺杆长径比为48，螺杆转速为400转/分钟，螺杆组合采用低剪切式螺杆组合。
实施例6
本实施例中增韧剂为乙烯-丙烯共聚物、助分散剂为滑石粉、抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、润滑剂为亚乙基二硬脂酸胺和EVA蜡、光稳定剂为聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)胺]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]-1,6-二己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]]、偶联剂为硅烷偶联剂。
按表1中组分及配比(重量份)称取原料，将称量好的物料高速混合5min，得到均匀的混合物料；将均匀的混合物料通过双螺杆挤出机混炼、挤出造粒制得V-2阻燃聚烯烃复合材料，其中双螺杆挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为160℃、170℃、175℃、175℃、185℃、185℃、185℃、185℃、185℃、190℃，双螺杆挤出机螺杆长径比为52，螺杆转速为400转/分钟，螺杆组合采用低剪切式螺杆组合。
将实施例1～6制备的V-2阻燃聚烯烃复合材料进行相关性能测试，测试结果见表2。
表2实施例1～6制备的V-2阻燃聚烯烃复合材料相关性能测试结果
测试项目/单位 测试标准 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
融指/g/10min ISO1133 15.9 18.2 19.7 19.5 22.4 28.5
拉伸强度/Mpa ISO527 18.8 20.4 21.5 21.6 22.1 24.1
弯曲强度/Mpa ISO178 28.5 30.2 31.2 31.8 33.1 36.8
弯曲模量/Mpa ISO178 1050 1102 1278 1289 1322 1370
Izod缺口冲击强度/KJ/㎡ ISO180 52.1 32.2 18.5 16.8 12.5 4.5
密度/g/cm<sup>3</sup> ISO1183 0.949 0.944 0.941 0.935 0.932 0.921
阻燃 —— V-2 V-2 V-2 V-2 V-2 V-2
通过表2的性能测试结果可知，本发明实施例1～6制备的聚烯烃合金有着较好的综合性能，具有较好的强度、刚性及韧性，同时产品达到V-2阻燃等级，完全满足阻燃塑料瓦的各项性能要求。同时其密度均小于0.95g/cm3，远远小于陶瓷瓦的密度(2.6g/cm3)，因此搬运、安装过程都更加省时省力。同时由塑料瓦代替陶瓷瓦，满足国家提出得，“节能、节土、利废、环保”要求。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施案例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种V-2阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法，其特征在于：由以下组分按重量份制备而成：
聚烯烃 78-95份，
阻燃剂 4-8份，
增韧剂 0-10份，
协效剂 0.5-1.5份，
助分散剂 1-4份，
抗氧剂 0.2-0.8份，
光稳定剂 0.3-0.6份，
偶联剂 0-0.5份，
润滑剂 0.2-1份。
2.如权利要求1所述的V-2阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于：所述聚烯烃为α-烯烃或环烯烃的均聚物或共聚物中的至少一种。
3.如权利要求2所述的V-2阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于：所述α-烯烃为乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯中的一种。
4.如权利要求1所述的V-2阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于：所述阻燃剂为无卤磷氮类阻燃剂，所述协效剂为纳米蒙脱土。
5.如权利要求1所述的V-2阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于：所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物中的至少一种。
6.如权利要求1所述的V-2阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于：所述助分散剂为硅灰石、滑石粉、碳酸钙、碳酸钙晶须、高岭土、蒙脱土、重晶石、云母、钛白粉、粉煤灰中的一种或至少两种以上的混合物。
7.如权利要求1所述的V-2阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于：所述润滑剂为PE蜡、EVA蜡、硬脂酸钙、亚乙基二硬脂酸胺中的至少一种；
所述偶联剂为硅烷偶联剂；
所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三-(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、硫代二丙酸双十八醇酯中的至少一种；
所述光稳定剂为2-(2-羟基-5-叔辛基苯基) 苯并三唑、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、三丙酮胺、聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)胺]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]-1,6-二己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]]中的至少一种。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的V-2阻燃聚烯烃复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按照配比称取聚烯烃、增韧剂、阻燃剂、协效剂、助分散剂、抗氧剂、光稳定剂、偶联剂、润滑剂高速混合5~15min，得到均匀的混合物料；
（2）将均匀的混合物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，制得V-2阻燃聚烯烃复合材料。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的螺杆长径比44~52，螺杆组合采用低剪切式螺杆组合，各挤出区间的挤出温度分别是150~170℃、170~185℃、175~185℃、175~185℃、175~185℃、180~190℃、180~195℃、180~195℃、180~195℃、185~200℃，螺杆转速为300-400转/分钟。
10.一种塑料瓦片，由权利要求1~7任一项所述的V-2阻燃聚烯烃复合材料制备而成。
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