CN112708220B - 一种低烟密度低散发挤出级客车pvc及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低烟密度低散发挤出级客车PVC及其制备方法和应用。低烟密度低散发挤出级客车PVC以重量份数计，包括如下组分：PVC 100份；热稳定剂3～6份；增韧剂3～6份；矿物填料20～50份；高效阻燃母粒15～25份；加工助剂2～4份；润滑剂0.5～1.5份，其中，所述高效阻燃剂为含Al、B、Zn的复合物，且其中Al、B、Zn的相对含量比为2～4：5：18～36。本发明的低烟密度低散发挤出级客车PVC的烟密度SDR可以降低至49，低气味等级能够达到3.5级以下，具有很好的低烟密度低散发特性，可以满足客车用PVC材料的综合性能要求。

Description

一种低烟密度低散发挤出级客车PVC及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及工程塑料技术领域，更具体地，涉及一种低烟密度低散发挤出级客车PVC及其制备方法和应用。
背景技术
JT/T1095-2016营运客车内饰材料阻燃特性标准于2016年正式实时，标准规定了营运客车内饰材料的阻燃特性及测试方法，对整个客车行业的材料应用起到了一定的约束作用。现有的营运客车用的PVC难以满足最新标准，烟密度较高，气味难以达到客车材料标准。
现有技术中公开了相关降低PVC材料烟密度的研究，例如CN109280299A 公开了一种低烟低卤PVC粒料及其制备方法，一种低烟低卤PVC粒料，以重量份数计，包括PVC树脂50份、填料8～12份、增塑剂20～30份、阻燃剂4～6份、消烟剂2～4份、阻燃增效剂0.8～1份、稳定剂2～3份以及润滑剂0.4～0.6份；所述阻燃剂包括重量份数比为3:1:1的改性氢氧化铝、氧化亚铜以及氧化锡；所述消烟剂包括重量份数比为4:1:1的三氧化钼、二茂铁以及硼酸锌。在该低烟低卤 PVC粒料配方中主要通过消烟剂中的三氧化钼、二茂铁、硼酸锌相配合以有效降低聚氯乙烯燃烧时产生的烟雾，达到降低烟密度的效果。但是其所公开的烟密度只能降低100左右，GB 38262-2019根据客车内饰材料的燃烧特性要求内饰材料烟密度等级≤75，甚至在一些企业标准中Q/ZK JS3244-2020中要求材料烟密度等级≤70，并且还对低于70的烟密度等级进行优先级分类，越低材料优先级越高，应用车型越高级，因此上述材料烟密度100无法达到相关客车用PVC材料对烟气密度的要求。现有关于烟气密度降低的也有采用硼酸锌、三氧化二锑、氢氧化铝和氯化聚氯乙烯四种作为复配阻燃剂来降低材料烟气密度，但是其中使用到的三氧化二锑成分，首先锑元素为很多出口法规所管制，比如加州65等，其次CPVC这个树脂热稳定性比PVC树脂差，实际加工窗口非常窄，对设备要求也非常苛刻，实际生产效率有很大影响，其一方面烟气密度的降低有归因于氯化聚氯乙烯本身的烟气密度较PVC材料低，并不能直接保证将PVC材料的烟气密度降低至标准值，另一方面，使用上述复配阻燃剂在降低烟气密度的同时会相应的损失材料的其他性能，比如材料的静态热稳定性能，动态热稳定性能，材料的熔指和流动性等，且并无涉及到相关气味的改善，无法达到综合性能要求。
因此，本领域所期待的是一种可以很好地满足客车用PVC要求的低烟密度低散发挤出级客车PVC，既能保证低烟气密度，且具有低散发性，满足气味要求和力学性能等综合要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的阻燃PVC材料在烟密度和气味方面不能满足客车用PVC材料的性能要求的缺陷和不足，提供一种低烟密度低散发挤出级客车PVC，通过复配含特定比例的B、Al、Zn的高效阻燃剂很好的提高了烟密度等级和气味等级，满足客车用PVC要求。
本发明的另一目的在于提供一种低烟密度低散发挤出级客车PVC的制备方法。
本发明的再一目的在于提供一种低烟密度低散发挤出级客车PVC在客车用产品制备中的应用。
本发明的又一目的在于提供一种客车用制品，制品由低烟密度低散发挤出级客车PVC和其他可接受材料制备得到。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种低烟密度低散发挤出级客车PVC，以重量份数计，包括如下组分：
PVC 100份；热稳定剂3～6份；增韧剂3～6份；矿物填料20～50份；高效阻燃母粒15～25份；加工助剂2～4份；润滑剂0.5～1.5份，
其中，所述高效阻燃母粒为仅含B、Al、Zn的无机复合物，且其中B、Al、 Zn的相对含量比为2～4：5：18～36。
本发明的低烟密度低散发挤出级客车PVC采用的特殊的高效阻燃母粒，为氢氧化铝和硼酸锌的复合物，该复合物在材料燃烧中起到隔热阻燃效果，形成难燃致密炭层保护层，阻止内部材料进一步燃烧，减少产烟量，从而达到提高烟密度等级效果，可以有效降低体系的烟密度，且不影响体系气味等级。
本发明通过控制氢氢氧化铝和硼酸锌的添加份数可以直接控制好比例，其中氢氧化铝高纯表面包覆处理使得高效阻燃母粒与PVC树脂基体和无机填料有很好的界面相容性，在200℃时候它可以释放结晶水并形成致密炭层，缓解热释放速率，提高阻燃并降低产烟量。硼酸锌无毒、分散性好，在燃烧中形成玻璃态无机膨胀涂层，能促进体系成炭，并阻碍挥发性可燃物的逸出。高效阻燃母粒中两者结合，阻燃效率更高，效果更稳定。
其中需要说明的是：
本发明的PVC树脂优选聚合度为1000的PVC，PVC主要是本身阻燃也较为优异，且性价比高，适合挤出成型。
本发明的增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯聚合物。优选增韧剂的添加不影响本体系的阻燃效果。
本发明的矿物填料为碳酸钙无机物，pH值为8～9。本领域关于矿物填料的 pH一般很少关注，在本发明的低烟密度低散发挤出级客车PVC中碳酸钙填料添加比例较高，若pH值不合理，对阻燃剂体系效果有影响。若酸性太强可能会与阻燃剂体系有化学反应，降低阻燃剂效果；若碱性太强，可能对PVC基体材料热稳定性造成较大伤害。本发明优选pH8-9的碳酸钙无机物，呈现弱碱性，不会对阻燃体系有内部破坏。
本发明的加工助剂为丙烯酸酯类，聚合度为200万。加工助剂丙烯酸酯类的聚合度常见范围为150～400，本发明优选200万可以获得较好的综合加工性能。本发明的所述润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡及酯类滑剂。
优选地，所述高效阻燃母粒中B、Al、Zn的相对含量比为4：5：36。
优选地，所述高效阻燃母粒的粒径为4～8μm。
高效阻燃母粒的粒径主要是影响阻燃剂与基体树脂之间的界面结合效果，继而影响到最终的阻燃效率，同时对体系的机械强度，硬度，以及断裂伸长率和韧性等也有影响。
其对于烟密度体现在界面结合更好，更均匀，阻燃效率更高，燃烧时炭层形成更均匀致密，烟密度更低。
其对于气味主要是分散均匀，气味本身比较低，不会造成局部气味散发偏差过大。因为气味一般是取部分材料来人工闻，不均匀误差也大。
进一步优选地，所述高效阻燃母粒的粒径为5μm。
优选地，所述高效阻燃母粒的表观密度为2.4～2.9g/mL。
表观密度主要是考虑粉体内部孔隙的分布，在本发明的优选表观密度下可以使得其在整体组分中分散更加均匀，进而可以更有效作用于烟密度和气味的降低。
进一步优选地，所述高效阻燃母粒的表观密度为2.5g/mL。
优选地，所述热稳定剂为钙锌体系稳定剂，其中锌的质量含量为1.5～2.5％，优选为2％。
本发明同时还保护一种低烟密度低散发挤出级客车PVC的制备方法，包括如下步骤：
S1.将PVC、热稳定剂、矿物填料，高效阻燃母粒，加工助剂和润滑剂混合均匀，在120℃下加入增韧剂，继续混合至135℃，混合5分钟；
S2.将S1的混合物冷却至室温后，在180℃下经过锥形双螺杆挤出机造粒，该粒子通过汽蒸0.5h处理后在80℃下烘干2h，注塑成型得到低烟密度低散发挤出级客车PVC。
车用材料对气味要求十分严格，本发明中的高效阻燃母粒优选为白色粉末，无味，对材料整体气味影响十分有限，且本发明的PVC材料成品颗粒采用汽蒸0.5h+80℃烘干2h方法制备，可有效降低材料气味。
本发明的低烟密度低散发挤出级客车PVC在客车用产品制备中的应用也在本发明的保护范围之内。
本发明还保护一种客车用制品，所述制品由所述低烟密度低散发挤出级客车 PVC材料制备得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明公开了一种低烟密度低散发挤出级客车PVC，采用氢氧化铝和硼酸锌复合的特殊高效阻燃剂，在材料燃烧中起到隔热阻燃效果，行成难燃致密炭层保护层，阻止内部材料进一步燃烧，减少产烟量，从而达到降低烟密度等级效果。高效阻燃母粒本身无味，对材料整体气味影响十分有限，且本发明的PVC材料成品颗粒采用汽蒸0.5h+80℃烘干2h方法制备，可有效降低材料气味。
本发明的低烟密度低散发挤出级客车PVC的烟密度SDR可以降低至49，低气味等级能够达到3.5级以下，具有很好的低烟密度低散发特性，可以满足客车用PVC材料的综合性能要求。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
其中，本发明的各组分的来源具体说明如下：
PVC树脂来源于LG BOHAI；
钙锌体系稳定剂来源于：东莞市振中塑胶有限公司；
甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯聚合物来源于：佛山市瑞山集团有限公司；
矿物填料为碳酸钙，来源于：法国益瑞石集团；
高效阻燃母粒来源于：广州埃登达化工有限公司；
加工助剂丙烯酸酯类来源于：上海罗门哈斯化工有限公司；
润滑剂为石蜡来源于：意慕利油脂化学(中国 香港)有限公司。
本发明实施例涉及的具体参数测定方法如下：
烟密度等级：按照GB/T8627-2008进行测试计算；
气味等级：按照大众PV3900-2000气味等级标准进行测试；
表观密度：按照GB/T 20022-2005进行测试计算；
平均粒度：按照GB/T 19077-2016进行分析测试。
实施例1
一种低烟密度低散发挤出级客车PVC，以重量份数计，包括如下组分：
PVC 100份；热稳定剂5份；增韧剂5份；矿物填料40份；高效阻燃母粒 20份；加工助剂3份；润滑剂1份，
其中，PVC树脂的聚合度为1000；
热稳定剂为钙锌体系稳定剂，其中锌的质量含量为2％；
增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯聚合物；
矿物填料为碳酸钙，pH值为9；
高效阻燃母粒的B、Al、Zn的相对含量比为4：5：36，粒径为5μm，表观密度为2.5g/mL；
加工助剂为丙烯酸酯类，聚合度为200万；
润滑剂为石蜡，熔点为110℃。
低烟密度低散发挤出级客车PVC的制备方法，包括如下步骤：
S1.将PVC、热稳定剂、矿物填料，高效阻燃母粒，加工助剂和润滑剂置于小型高速混合机中，在120℃下加入增韧剂，继续混合至135℃，混合5分钟后放料至低混机中；
S2.速搅拌下，混合粉冷却到室温后，在180℃下经过锥形双螺杆挤出机造粒，该粒子通过汽蒸0.5h处理后在80℃下烘干2h，注塑成型得到低烟密度低散发挤出级客车PVC。
将上述颗粒注塑成实验测试样品，尺寸为25cm*25cm*3mm后续按照GB/T 862-2008要求进行测试。
实施例2
一种低烟密度低散发挤出级客车PVC，以重量份数计，包括如下组分：
PVC 100份；热稳定剂5份；增韧剂5份；矿物填料40份；高效阻燃母粒 20份；加工助剂3份；润滑剂1份，
其中，PVC树脂的聚合度为1000；
热稳定剂为钙锌体系稳定剂，其中锌的质量含量为2％；
增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯聚合物；
矿物填料为碳酸钙，pH值为9；
高效阻燃母粒的B、Al、Zn的相对含量比为2：5：18，粒径为5μm，表观密度为2.5g/mL；
加工助剂为丙烯酸酯类，聚合度为200万；
润滑剂为石蜡，熔点为110℃。
低烟密度低散发挤出级客车PVC的制备方法同实施例1。
实施例3
一种低烟密度低散发挤出级客车PVC，以重量份数计，包括如下组分：
PVC 100份；热稳定剂5份；增韧剂5份；矿物填料40份；高效阻燃母粒 20份；加工助剂3份；润滑剂1份，
其中，PVC树脂的聚合度为1000；
热稳定剂为钙锌体系稳定剂，其中锌的质量含量为2％；
增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯聚合物；
矿物填料为碳酸钙，pH值为9；
高效阻燃母粒的B、Al、Zn的相对含量比为4：5：36，粒径为4μm，表观密度为2.9g/mL；
加工助剂为丙烯酸酯类，聚合度为200万；
润滑剂为石蜡，熔点为110℃。
低烟密度低散发挤出级客车PVC的制备方法同实施例1。
实施例4
一种低烟密度低散发挤出级客车PVC，以重量份数计，包括如下组分：
PVC 100份；热稳定剂5份；增韧剂5份；矿物填料40份；高效阻燃母粒 20份；加工助剂3份；润滑剂1份，
其中，PVC树脂的聚合度为1000；
热稳定剂为钙锌体系稳定剂，其中锌的质量含量为2％；
增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯聚合物；
矿物填料为碳酸钙，pH值为9；
高效阻燃母粒的B、Al、Zn的相对含量比为4：5：36，粒径为8μm，表观密度为2.5g/mL；
加工助剂为丙烯酸酯类，聚合度为200万；
润滑剂为石蜡，熔点为110℃。
低烟密度低散发挤出级客车PVC的制备方法同实施例1。
实施例5
一种低烟密度低散发挤出级客车PVC，以重量份数计，包括如下组分：
PVC 100份；热稳定剂5份；增韧剂5份；矿物填料40份；高效阻燃母粒 20份；加工助剂3份；润滑剂1份，
其中，PVC树脂的聚合度为1000；
热稳定剂为钙锌体系稳定剂，其中锌的质量含量为2％；
增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯聚合物；
矿物填料为碳酸钙，pH值为9；
高效阻燃母粒的B、Al、Zn的相对含量比为4：5：36，粒径为3μm，表观密度为2.3g/mL；
加工助剂为丙烯酸酯类，聚合度为200万；
润滑剂为石蜡，熔点为110℃。
低烟密度低散发挤出级客车PVC的制备方法同实施例1。
实施例6
一种低烟密度低散发挤出级客车PVC，以重量份数计，包括如下组分：
PVC 100份；热稳定剂5份；增韧剂5份；矿物填料40份；高效阻燃母粒20份；加工助剂3份；润滑剂1份，
其中，PVC树脂的聚合度为1000；
热稳定剂为钙锌体系稳定剂，其中锌的质量含量为2％；
增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯聚合物；
矿物填料为碳酸钙，pH值为9；
高效阻燃母粒的B、Al、Zn的相对含量比为4：5：36，粒径为9μm，表观密度为3.0g/mL；
加工助剂为丙烯酸酯类，聚合度为200万；
润滑剂为石蜡，熔点为110℃。
低烟密度低散发挤出级客车PVC的制备方法同实施例1。
对比例1
一种挤出级客车PVC，以重量份数计，包括如下组分：
PVC 100份；热稳定剂5份；增韧剂5份；矿物填料40份；加工助剂3份；润滑剂1份，
其中，PVC树脂的聚合度为1000；
热稳定剂为钙锌体系稳定剂，其中锌的质量含量为2％；
增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯聚合物；
矿物填料为碳酸钙，pH值为9；
加工助剂为丙烯酸酯类，聚合度为200万；
润滑剂为石蜡，熔点为110℃。
挤出级客车PVC的制备方法同实施例1。
对比例2
一种低烟密度低散发挤出级客车PVC，以重量份数计，包括如下组分：
PVC 100份；热稳定剂5份；增韧剂5份；矿物填料40份；高效阻燃母粒 20份；加工助剂3份；润滑剂1份，
其中，PVC树脂的聚合度为1000；
热稳定剂为钙锌体系稳定剂，其中锌的质量含量为2％；
增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯聚合物；
矿物填料为碳酸钙，pH值为9；
高效阻燃母粒的B、Zn的相对含量比为1：9，不含Al，粒径为8μm，表观密度为2.5g/mL；
加工助剂为丙烯酸酯类，聚合度为200万；
润滑剂为石蜡，熔点为110℃。
低烟密度低散发挤出级客车PVC的制备方法同实施例1。
对比例3
一种低烟密度低散发挤出级客车PVC，以重量份数计，包括如下组分：
PVC 100份；热稳定剂5份；增韧剂5份；矿物填料40份；高效阻燃母粒 20份；加工助剂3份；润滑剂1份，
其中，PVC树脂的聚合度为1000；
热稳定剂为钙锌体系稳定剂，其中锌的质量含量为2％；
增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯聚合物；
矿物填料为碳酸钙，pH值为9；
高效阻燃母粒的B、Al、Zn的相对含量比为4：3：36，粒径为8μm，表观密度为2.5g/mL；
加工助剂为丙烯酸酯类，聚合度为200万；
润滑剂为石蜡，熔点为110℃。
低烟密度低散发挤出级客车PVC的制备方法同实施例1。
对比例4
一种低烟密度低散发挤出级客车PVC，以重量份数计，包括如下组分：
PVC 100份；热稳定剂5份；增韧剂5份；矿物填料40份；高效阻燃母粒 20份；加工助剂3份；润滑剂1份，
其中，PVC树脂的聚合度为1000；
热稳定剂为钙锌体系稳定剂，其中锌的质量含量为2％；
增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯聚合物；
矿物填料为碳酸钙，pH值为9；
高效阻燃母粒的B、Al、Zn的相对含量比为4：12：36，粒径为8μm，表观密度为2.5g/mL；
加工助剂为丙烯酸酯类，聚合度为200万；
润滑剂为石蜡，熔点为110℃。
低烟密度低散发挤出级客车PVC的制备方法同实施例1。
对比例5
一种低烟密度低散发挤出级客车PVC，以重量份数计，包括如下组分：
PVC 100份；热稳定剂5份；增韧剂5份；矿物填料40份；高效阻燃母粒 20份；加工助剂3份；润滑剂1份，
其中，PVC树脂的聚合度为1000；
热稳定剂为钙锌体系稳定剂，其中锌的质量含量为2％；
增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯聚合物；
矿物填料为碳酸钙，pH值为9；
高效阻燃母粒的B、Al、Zn、Mg的相对含量比为4：3：36：4，粒径为8μm，表观密度为2.5g/mL；
加工助剂为丙烯酸酯类，聚合度为200万；
润滑剂为石蜡，熔点为110℃。
低烟密度低散发挤出级客车PVC的制备方法同实施例1。
结果检测
关于低烟密度低散发挤出级客车PVC的性能检测包括烟密度SDR和气味等级检测。具体检测结果见下表1。
表1检测结果
序号 烟密度SDR 气味等级
实施例1 49 3.0
实施例2 63 3.5
实施例3 69 3.2
实施例4 70 3.3
实施例5 72 3.5
实施例6 73 3.5
对比例1 78 4.0
对比例2 70 4.2
对比例3 75 4.0
对比例4 72 4.0
对比例5 70 4.3
烟密度等级越低越好，越低说明不产烟，发生燃烧时不至于窒息；气味等级越低越好，等级越高说明这种气味越让人体不适。
从上述实施例和对比例数据可以看出，本发明的保护范围之内的低烟密度低散发挤出级客车PVC材料的烟密度SDR均显著低于对比例，且气味等级也在 3.5以下，满足相关使用要求。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明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 (8)

1.一种低烟密度低散发挤出级客车PVC，其特征在于，以重量份数计，包括如下组分：
PVC 100份；热稳定剂3～6份；增韧剂3～6份；矿物填料20～50份；高效阻燃母粒15～25份；加工助剂2～4份；润滑剂0.5～1.5份，
其中，所述高效阻燃母粒为氢氧化铝和硼酸锌的复合物，粒径为4～8μm，表观密度为2.4～2.9g/mL，且其中B、Al、Zn的相对含量比为2～4：5：18～36。
2.如权利要求1所述低烟密度低散发挤出级客车PVC，其特征在于，所述高效阻燃母粒中B、Al、Zn的相对含量比为4：5：36。
3.如权利要求1所述低烟密度低散发挤出级客车PVC，其特征在于，所述高效阻燃母粒的粒径为5μm。
4.如权利要求1所述低烟密度低散发挤出级客车PVC，其特征在于，所述高效阻燃母粒的表观密度为2.5g/mL。
5.如权利要求1所述低烟密度低散发挤出级客车PVC，其特征在于，所述热稳定剂为钙锌体系稳定剂，其中锌的质量含量为1.5～2.5％。
6.一种权利要求1～5任意一项所述低烟密度低散发挤出级客车PVC的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将PVC、热稳定剂、矿物填料、高效阻燃母粒、加工助剂和润滑剂混合均匀，在120℃下加入增韧剂，继续混合至135℃，混合均匀；
S2.将S1的混合物冷却至室温后，在170～180℃下经过锥形双螺杆挤出机造粒，该粒子通过汽蒸处理后烘干，注塑成型得到低烟密度低散发挤出级客车PVC。
7.权利要求1～5任意一项所述低烟密度低散发挤出级客车PVC在客车用产品制备中的应用。
8.一种客车用制品，其特征在于，所述制品由包括权利要求1～5任意一项所述低烟密度低散发挤出级客车PVC材料制备得到。
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