CN112143128A - 一种可视化pvc-u阻燃管槽及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可视化PVC‑U阻燃管槽，以质量份计，原料组成包括：聚氯乙烯树脂100份，有机锡稳定剂1～6份，甲基丙烯酸甲酯‑丁二烯‑苯乙烯共聚物3～15份，膨胀型阻燃剂1～10份，有机水滑石1～5份，硼酸锌1～5份，内润滑剂0.1～2份，外润滑剂0.1～2份；以所述膨胀型阻燃剂总质量为100％计，所述膨胀型阻燃剂的组成包括：磷酸三聚氰胺20％～50％，低熔点磷酸酯类阻燃剂20％～40％，单硬脂酸甘油酯10％～60％。所述可视化PVC‑U阻燃管槽的制备方法，包括：将所有原料按配比搅拌混匀，然后挤出塑化造粒，所得造粒料挤出成型即得所述可视化PVC‑U阻燃管槽。

Description

一种可视化PVC-U阻燃管槽及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚氯乙烯管槽技术领域，具体涉及一种可视化PVC-U阻燃管槽及其制备方法。
背景技术
聚氯乙烯(PVC)管槽是一种建筑内电气安装用的布线装置，可对电线起物理防护作用，需要具有良好的阻燃性能和机械强度。与传统管槽相比，PVC-U可视化管槽具有可视化功能，能直观体现其内部的电线排布，便于日常维护和检修，因此受到装修公司和终端客户的青睐，市场前景广阔。
聚氯乙烯(PVC)材料本身具有一定的自熄性，但可视化PVC-U管槽的配方中添加的增韧改性剂、加工改性剂等助剂，使得PVC材料的阻燃性下降。此外，PVC材料燃烧时会产生HCl、CO等低分子化合物，同时会发生分子内环化作用生成苯、苯乙烯等芳香族化合物(烯丙基氯环化)，形成大量黑烟和腐蚀性气体，严重危害着人们的生命财产安全。因此，PVC可视化线槽的配方中必须加入适量的阻燃剂和抑烟剂使其性能达到标准要求。
PVC阻燃产品中常用的阻燃剂有卤系阻燃剂、氧化锑和有机磷酸酯类化合物，抑烟剂常用三氧化钼等无机化合物。卤素阻燃剂虽然具有高阻燃性，但存在环境污染及毒性问题。受透明性的限制，氧化锑和三氧化钼无法用于制备可视化PVC管槽。
公开号为CN 104877251 A的专利说明书公开了一种环保低烟无铅聚氯乙烯电工管，以质量分计由如下组分制成：聚氯乙烯树脂100份；碳酸钙20～25份；有机复合热稳定剂3.0～5.0份；抗冲剂8～12份；水滑石2～3份；补强剂5～8份；无卤消烟阻燃剂2～4份；内外润滑剂1～2份；TiO2 0.7～1.3份。水滑石采用环氧化合物作为改性剂，将环氧化合物与水滑石均匀混合后，在120℃温度条件下，经剪切混炼，固化成密实粉末状物，制成环氧化有机水滑石。所述有机水滑石以重量百分比计，其组成为：水滑石类化合物60～95％；环氧化合物5～40％。所述水滑石类化合物的层板阳离子为Mg2+或Al3+，层间阴离子为CO3 2-、OH-、SO4 2-、NO3 -或Cl-，所述水滑石类化合物的一次粒径为10～150nm。
上述专利技术利用的是有机水滑石经环氧化合物处理后与二酮、多羟基硬脂酸盐以及尿嘧啶衍生物基锌盐复配产生的良好协同作用，但没有公开有机水滑石脱离二酮、多羟基硬脂酸盐和尿嘧啶衍生物基锌盐后单独使用或与其它组分复配后的作用，而且也不涉及有机水滑石对管透明度等可视化的影响。
发明内容
针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种可视化PVC-U阻燃管槽，在保持优异抗冲击性能等力学性能的情况下，具有很好的阻燃特性，烟密度SDR≤75，氧指数OI≥50且透明度≥70％，能清楚展现线槽内部的电线排布，具有可视化功能。
一种可视化PVC-U阻燃管槽，以质量份计，原料组成包括：
Figure BDA0002665149540000021
以所述膨胀型阻燃剂总质量为100％计，所述膨胀型阻燃剂的组成包括：
磷酸三聚氰胺 20％～50％，
低熔点磷酸酯类阻燃剂 20％～40％，
单硬脂酸甘油酯 10％～60％；
所述低熔点磷酸酯类阻燃剂为2-乙基己基二苯基磷酸酯、异癸基二苯基磷酸酯、双酚A双(二苯基磷酸酯)中的至少一种；
所述有机水滑石通过将水滑石类化合物和环氧化合物混合并于120～160℃下经剪切混炼、固化成密实粉状物后再经粉碎过筛制得；
所述水滑石类化合物和环氧化合物的质量比为60～95:5～40；
所述水滑石类化合物的层板阳离子为Mg2+和/或Al3+，层间阴离子为CO3 2-，所述水滑石类化合物的一次粒径为10～150nm；
所述环氧化合物为双酚A环氧树脂、线形酚醛环氧树脂、溴化双酚A环氧树脂、丙烯酸双酚A环氧树脂中的至少一种。
本发明将磷酸三聚氰胺、特定的低熔点磷酸酯类阻燃剂以及单硬脂酸甘油酯三者按特定比例复配得到膨胀型阻燃剂，三者协同用于制备可视化PVC-U阻燃管槽，不仅可显著提高产品的阻燃性能，而且保持产品的高透明度。作为优选，所述低熔点磷酸酯类阻燃剂为2-乙基己基二苯基磷酸酯；所述磷酸三聚氰胺、2-乙基己基二苯基磷酸酯和单硬脂酸甘油酯的质量比为2:1:1。试验发现，低熔点磷酸酯类阻燃剂优选为2-乙基己基二苯基磷酸酯并控制磷酸三聚氰胺、2-乙基己基二苯基磷酸酯和单硬脂酸甘油酯的质量比为2:1:1，最适用于本发明的可视化PVC-U阻燃管槽体系，阻燃性能更佳，透明度更高，且可与有机水滑石、硼酸锌等组分产生更好的协同作用。
进一步研究发现，所述膨胀型阻燃剂用量超过聚氯乙烯树脂的10wt％时，会导致所得产品的抗冲击性能等力学性能有所降低。因此，为了兼顾所得产品的力学性能，本发明可视化PVC-U阻燃管槽的原料中膨胀型阻燃剂用量不超过聚氯乙烯树脂的10wt％。作为优选，所述原料组成中膨胀型阻燃剂的质量份为5～10份。
所述膨胀型阻燃剂优选采用预先制备方式得到，进一步优选，将磷酸三聚氰胺、低熔点磷酸酯类阻燃剂和单硬脂酸甘油酯按配比室温混合搅拌均匀即得。
本发明所采用的环氧改性后的有机水滑石可参考公开号为CN104877251A的中国专利文献。本发明意外发现，所述有机水滑石在本发明的可视化PVC-U阻燃管槽体系中，一方面可与膨胀阻燃剂中的磷酸三聚氰胺反应生成磷酸铝，可改善炭层质量和延长挥发性裂解产物(如HCl)在炭层中的滞留，从而提高PVC材料的阻燃性，另一方面还能与硼酸锌产生协同作用，在PVC燃烧时反应生成类似陶瓷的硬质多孔残渣，有利于隔热和阻止氧气扩散入材料内部。
本发明在可视化PVC-U阻燃管槽的原料组成中加入特定的有机水滑石，试验发现，有机水滑石的加入可与膨胀型阻燃剂产生协同作用，进一步提高所得产品的阻燃性能，但同时会导致透明度有所降低。因此，为了兼顾所得产品的透明度，本发明可视化PVC-U阻燃管槽的原料中有机水滑石用量不超过聚氯乙烯树脂的5wt％。
本发明在可视化PVC-U阻燃管槽的原料组成中还加入了一定量的硼酸锌。研究发现，硼酸锌与膨胀型阻燃剂、有机水滑石三者可发生协同作用，使所得产品的阻燃性能获得进一步提高的同时对产品透明度下降的影响极小，特别适用于聚氯乙烯管。
因此，为了使可视化PVC-U阻燃管槽同时获得优异的阻燃性能(烟密度SDR≤75且氧指数OI≥50)和透明度(透明度≥70％，优选透明度≥75％)，本发明对硼酸锌、膨胀型阻燃剂与有机水滑石的用量进行进一步优化。所述膨胀型阻燃剂、有机水滑石和硼酸锌的质量比优选为8～10:1～2:1～2。进一步地，所述有机水滑石和硼酸锌的质量比优选为1:1。
作为优选，所述内润滑剂为硬脂酸，外润滑剂为PE蜡(聚乙烯蜡)。
本发明还提供了所述的可视化PVC-U阻燃管槽的优选制备方法，包括：将所有原料按配比搅拌混匀，然后挤出塑化造粒，所得造粒料挤出成型即得所述可视化PVC-U阻燃管槽。
作为优选，所述搅拌混匀的转速为500～2000rpm，时间为10～15min，使混合料升温至120～130℃。搅拌混匀过程中由于摩擦等作用产热，使混合料温度升高，有利于原料之间的反应进而产生协同作用。
进一步优选，搅拌混匀完成后，以10～15rpm的搅拌速度在通冷却水的情况下将混合料降温至40～50℃，放料进行挤出、塑化造粒。
作为优选，所述挤出塑化造粒过程中，挤出机机筒温度为150～200℃。
作为优选，所述挤出成型的温度为150～220℃。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：本发明的可视化PVC-U阻燃管槽的形式包括套管、线槽等，可在保持优异抗冲击性能等力学性能的情况下，具有很好的阻燃特性，烟密度SDR≤75，氧指数OI≥50，透明度≥70％，通过配方优化可进一步实现透明度≥75％，能清楚展现线槽内部的电线排布，具有可视化功能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
下述各实施例、对比例中：
膨胀型阻燃剂的制备方法：按质量比2:1:1的比例依次称取磷酸三聚氰胺、2-乙基己基二苯基磷酸酯和单硬脂酸甘油酯，将三种化合物加入搅拌机中，在室温下搅拌均匀后得到膨胀型阻燃剂备用；
有机水滑石的制备方法：将阴离子为CO3 2-的水滑石0.95kg，环氧值为0.4-0.6的双酚A环氧树脂(E44)0.05kg预混合均匀后，在140℃温度下剪切混炼20min，得到密实粉状物，再经过粉碎过筛制得有机水滑石；
内润滑剂为硬脂酸；
外润滑剂为PE蜡；
可视化PVC-U阻燃管槽的制备方法：
(1)按表1配方(原料加入量为重量份)称取相应组分原料加入到搅拌机中，1000～1500rpm搅拌热混捏合10～15min，使物料温度达到120～130℃，然后以10～15rpm的搅拌速度在通冷却水的情况下冷却至40～50℃时放料；
(2)将步骤(1)得到的混配料加入挤出机中进行塑化造粒，机筒温度为150～200℃，所得造粒料经筛滚冷却后打包备用；
(3)用步骤(2)得到的造粒料在150～220℃下挤出成型制得可视化PVC-U电工套管或可视化PVC-U线槽，其中实施例1～6和对比例为可视化PVC-U电工套管，实施例7为可视化PVC-U线槽。
表1
Figure BDA0002665149540000061
由实施例1-3的测试结果可看出，随着配方中膨胀型阻燃剂的占比增加，电工管样品的烟密度逐渐降低，氧指数随之升高，但透明度下降，当膨胀型阻燃剂添加至15份时，虽然烟密度和氧指数达标，但电工管材的抗冲击性能明显下降。
实施例4在实施例2的基础上添加了2份有机水滑石，管材的烟密度下降5.4％，氧指数上升6.5％，但管材的阻燃性能仍然无法满足标准要求，且管材的透明度也有所下降。
实施例5在实施例2基础上添加了2份硼酸锌，管材的烟密度下降2.7％，氧指数上升4.3％，可见，添加了硼酸锌未明显影响管槽的透明性，其透明度与实施例2几乎无差别，但管材的阻燃性能仍然无法满足标准要求。与实施例4相比，硼酸锌比水滑石对管材透明度的影响要小得多。
实施例6在实施例2基础上添加了有机水滑石和硼酸锌各1份，通过膨胀型阻燃剂、有机水滑石和硼酸锌复配对PVC进行阻燃改性制备PVC-U电工管材，三者产生协同作用。与对比例相比，管材的烟密度下降24.4％，氧指数提升39.5％，烟密度和氧指数均达到标准要求。管材透明度为76.8％，达到可视化水平。
实施例7同样是通过膨胀型阻燃剂、有机水滑石和硼酸锌复配对PVC进行阻燃改性，制备得到PVC-U线槽。与对比例相比，管材的烟密度下降25.6％，氧指数提升44.7％，线槽的烟密度和氧指数均达到标准要求，管材透明度为76.0％，达到可视化水平。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种可视化PVC-U阻燃管槽，其特征在于，以质量份计，原料组成包括：
Figure FDA0002665149530000011
以所述膨胀型阻燃剂总质量为100％计，所述膨胀型阻燃剂的组成包括：
磷酸三聚氰胺 20％～50％，
低熔点磷酸酯类阻燃剂 20％～40％，
单硬脂酸甘油酯 10％～60％；
所述低熔点磷酸酯类阻燃剂为2-乙基己基二苯基磷酸酯、异癸基二苯基磷酸酯、双酚A双(二苯基磷酸酯)中的至少一种；
所述有机水滑石通过将水滑石类化合物和环氧化合物混合并于120～160℃下经剪切混炼、固化成密实粉状物后再经粉碎过筛制得；
所述水滑石类化合物和环氧化合物的质量比为60～95:5～40；
所述水滑石类化合物的层板阳离子为Mg2+和/或Al3+，层间阴离子为CO3 2-，所述水滑石类化合物的一次粒径为10～150nm；
所述环氧化合物为双酚A环氧树脂、线形酚醛环氧树脂、溴化双酚A环氧树脂、丙烯酸双酚A环氧树脂中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的可视化PVC-U阻燃管槽，其特征在于，所述低熔点磷酸酯类阻燃剂为2-乙基己基二苯基磷酸酯；
所述磷酸三聚氰胺、2-乙基己基二苯基磷酸酯和单硬脂酸甘油酯的质量比为2:1:1。
3.根据权利要求1所述的可视化PVC-U阻燃管槽，其特征在于，所述内润滑剂为硬脂酸，外润滑剂为PE蜡。
4.根据权利要求1或2所述的可视化PVC-U阻燃管槽，其特征在于，所述原料组成中膨胀型阻燃剂的质量份为5～10份。
5.根据权利要求1或2所述的可视化PVC-U阻燃管槽，其特征在于，所述膨胀型阻燃剂、有机水滑石和硼酸锌的质量比为8～10:1～2:1～2。
6.根据权利要求1～5任一权利要求所述的可视化PVC-U阻燃管槽的制备方法，其特征在于，包括：将所有原料按配比搅拌混匀，然后挤出塑化造粒，所得造粒料挤出成型即得所述可视化PVC-U阻燃管槽。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌混匀的转速为500～2000rpm，时间为10～15min，使混合料升温至120～130℃。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，搅拌混匀完成后，以10～15rpm的搅拌速度在通冷却水的情况下将混合料降温至40～50℃，放料进行挤出、塑化造粒。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述挤出塑化造粒过程中，挤出机机筒温度为150～200℃。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述挤出成型的温度为150～220℃。
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