CN113024931B - 一种防收缩阻燃聚乙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种防收缩阻燃聚乙烯材料及其制备方法，包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、氯磺化聚乙烯、抗氧剂、复合阻燃剂、相容剂与防收缩剂。本发明通过低密度聚乙烯为主要材料，以经过交联辐射的高密度聚乙烯和氯磺化聚乙烯为辅助材料，由于氯磺化聚乙烯的分子结构中含有氯磺酰活性基团，故表现出高活性，而尤以耐化学介质腐蚀、抗臭氧氧化及耐油侵蚀、阻燃等性能突出，还具有抗候变、耐热、抗离子辐射、耐低温、抗磨蚀和电绝缘性及优异的机械性能；采用相容剂来提高高密度聚乙烯与氯磺化聚乙烯在低密度聚乙烯中的分散均匀性，从而提高聚乙烯材料的加工性能。

Description

一种防收缩阻燃聚乙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，涉及一种聚乙烯材料，尤其涉及一种防收缩、阻燃性能好的聚乙烯材料及其制备方法。
背景技术
随着通信行业的迅猛发展，与通信行业息息相关的其他设备也逐渐应运而生。与通信设备配套的基站、网络设备、电力设备应用的地区越来越多，而联系这些部件的电缆就十分重要了。电缆包括导体、绝缘层、填充料以及护套，电缆是指包裹导体的绝缘层、保护电缆的护套以及填充在绝缘层和护套之间的填充料，电缆的配方直接影响着电缆的物理性能，比如硬度、耐低温、阻燃性和绝缘性。
市场上的辐照交联阻燃电缆料材料主要以EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、POE(聚烯烃弹性体)等为主要基材，在基材中加入50％以上的阻燃剂，另外再添加一些其他诸如润滑剂等助剂造粒制成。也有一些电缆料采用氯化聚乙烯和卤素阻燃剂以降低材料硬度，提高阻燃效果。但是上述的这些材料抗开裂性能一般，辐照交联后硬度会增加，存在内应力，成品在使用一段时间后很容易出现开裂现象，使用寿命短。另外，使用含卤素材料的阻燃剂会使得电缆在燃耗过程中产生大量含烟有毒气体，燃烧毒性较大，不环保。
CN105623043A公开了一种改性高密度聚乙烯阻燃电缆护套料，其原料包括改性高密度聚乙烯、氯丁橡胶、丁基橡胶、过氧化二异丙苯、高耐磨碳黑、三氧化二锑、纳米碳酸钙、碳酸镁、滑石粉、炉渣粉、明矾粉、氯化石蜡、偏苯三酸三辛酯、三聚磷酸铝、硬脂酸铝、防老剂ODA、促进剂TMTM、硫化剂DCBP、抗氧剂和苯并三氮唑。该电缆护套料通过采用改性后的高密度聚乙烯作为主料，并通过添加填料和助剂制备得到，具有优异的阻燃性能，韧性好，硬度高。虽然高密度聚乙烯虽然具有价格低廉，质轻等优点，但是高密度聚乙烯为非极性聚合物，虽对水等极性溶剂具有良好阻隔性，但对二甲苯等有机溶剂具有较高的透过性，气体阻隔性也不好。因此，上述电缆材料在防收缩性方面还有待提升。
发明内容
本发明的目的之一是为了解决现有用于做电缆护套料的聚乙烯材料阻燃性能不佳、阻隔性能不佳、防收缩性能不佳的缺陷，而提供一种防收缩阻燃聚乙烯材料。
本发明的目的之二是为了提供防收缩阻燃聚乙烯材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种防收缩阻燃聚乙烯材料，包括以下重量份的原料：120-150份低密度聚乙烯、25-35 份高密度聚乙烯、5-15份氯磺化聚乙烯、0.5-1份抗氧剂、25-30份复合阻燃剂、5-10份相容剂与1.5-3份防收缩剂。
作为本发明的一种优选方案，所述的高密度聚乙烯经过交联辐射。
作为本发明的一种优选方案，所述的抗氧剂为1010，168或DLTP的一种或多种。
作为本发明的一种优选方案，所述的防收缩剂包括单硬脂酸甘油酯或2-乙基己酸钠。
作为本发明的一种优选方案，所述相容剂为马来酸酐接枝相容剂。
作为本发明的一种优选方案，所述的复合阻燃剂的制备方法为：1)在保护气氛氛围中，将双(2-羟乙基)甲基牛脂基季铵盐、去离子水与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯混合，调节pH至 7.8-8.2，55-70℃下搅拌40-60min，再加入氢氧化镁与碳化硅混合，加热回流120-150min，冷却至室温；然后多次清洗，真空干燥，得到表面接枝的氢氧化镁；
2)在保护气氛氛围中，将步骤1)得到的表面接枝的氢氧化镁，甲苯，聚硅氧烷与催化剂混合，加热回流，反应完成后冷却至室温，洗涤多次后干燥，得到复合阻燃剂。
将氢氧化镁和碳化硅通过双(2-羟乙基)甲基牛脂基季铵盐进行化学接枝改性，以降低表面极性，然后用聚硅氧烷封端包覆，聚硅氧烷的碳碳双键和表面接枝了碳化硅、双(2-羟乙基) 甲基牛脂基季铵盐与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的氢氧化镁发生加成反应，形成Si-O-Si键的核壳结构包裹在氢氧化镁表面，使得氢氧化镁由原来的亲水变成了超疏水状态，并且Si-O-Si 键在高温燃烧过程中，会形成陶瓷结构包裹在材料表面，形成致密的碳层，隔绝空气，达到阻燃的目的。
作为本发明的一种优选方案，所述的催化剂为质量分数1.2-2.5％的氯铂酸异丙醇溶液。
作为本发明的一种优选方案，还包括0.3-0.8份的阻燃协效剂，所述阻燃协效剂为经过硬脂酸活化处理的纳米级硫酸钡或活性碳酸钙。
一种防收缩阻燃聚乙烯材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
1)初混步骤：将低密度聚乙烯、高密度聚乙烯与相容剂按照比例通过搅拌机搅拌混合，得到第一混合物；
2)次混步骤：继续加入氯磺化聚乙烯、抗氧剂、阻燃协效剂、复合阻燃剂与防收缩剂按照比例搅拌混合，得到第二混合物；
3)挤出成型步骤：将步骤2)得到的混合后的第二混合物通过双螺杆挤出机造粒生产从而获得所述防收缩阻燃聚乙烯材料。
作为本发明的一种优选方案，所述的步骤3)中，挤出条件为温度180℃～220℃，抽真空负压为-0.08MPa。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过低密度聚乙烯为主要材料，以经过交联辐射的高密度聚乙烯和氯磺化聚乙烯为辅助材料，由于氯磺化聚乙烯的分子结构中含有氯磺酰活性基团，故表现出高活性，而尤以耐化学介质腐蚀、抗臭氧氧化及耐油侵蚀、阻燃等性能突出，还具有抗候变、耐热、抗离子辐射、耐低温、抗磨蚀和电绝缘性及优异的机械性能；采用相容剂来提高高密度聚乙烯与氯磺化聚乙烯在低密度聚乙烯中的分散均匀性，从而提高聚乙烯材料的加工性能；而低密度聚乙烯本身具有良好的柔软性、延伸性、电绝缘性、透明性、易加工性和一定的透气性。其化学稳定性能较好，耐碱、耐一般有机溶剂，在加入了复合阻燃剂与阻燃协效剂后，使得聚乙烯材料的阻燃性能得到提升，通过加入防收缩剂来提高聚乙烯材料的高阻隔性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中，所用的抗氧剂为1010，168或DLTP的一种或多种；
所用的高密度聚乙烯经过交联辐射；
所用的防收缩剂包括单硬脂酸甘油酯或2-乙基己酸钠；
所用的相容剂为马来酸酐接枝相容剂；
所用的复合阻燃剂的制备方法为：1)在保护气氛氛围中，将双(2-羟乙基)甲基牛脂基季铵盐、去离子水与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯混合，调节pH至7.8-8.2，55-70℃下搅拌40-60min，再加入氢氧化镁与碳化硅混合，加热回流120-150min，冷却至室温；然后多次清洗，真空干燥，得到表面接枝的氢氧化镁；
2)在保护气氛氛围中，将步骤1)得到的表面接枝的氢氧化镁，甲苯，聚硅氧烷与质量分数为1.2-2.5％的氯铂酸异丙醇溶液混合，加热回流，反应完成后冷却至室温，洗涤多次后干燥，得到复合阻燃剂；
所用的阻燃协效剂为经过硬脂酸活化处理的纳米级硫酸钡或活性碳酸钙。
实施例1
本实施例提供了一种防收缩阻燃聚乙烯材料，包括以下重量份的原料：120份低密度聚乙烯、25份高密度聚乙烯、5份氯磺化聚乙烯、0.5份抗氧剂1010、25份复合阻燃剂、5份马来酸酐接枝相容剂与1.5份防收缩剂单硬脂酸甘油酯。
制备方法包括以下步骤：
1)初混步骤：将低密度聚乙烯、高密度聚乙烯与相容剂按照比例通过搅拌机搅拌混合，得到第一混合物；
2)次混步骤：继续加入氯磺化聚乙烯、抗氧剂、阻燃协效剂、复合阻燃剂与防收缩剂按照比例搅拌混合，得到第二混合物；
3)挤出成型步骤：将步骤2)得到的混合后的第二混合物，在温度180℃～220℃，抽真空负压为-0.08MPa条件下，通过双螺杆挤出机造粒生产从而获得所述防收缩阻燃聚乙烯材料。
实施例2
本实施例提供了一种防收缩阻燃聚乙烯材料，包括以下重量份的原料：130份低密度聚乙烯、30份高密度聚乙烯、12份氯磺化聚乙烯、0.8份抗氧剂168、28份复合阻燃剂、7份马来酸酐接枝相容剂与2.6份防收缩剂2-乙基己酸钠。
制备方法包括以下步骤：
1)初混步骤：将低密度聚乙烯、高密度聚乙烯与相容剂按照比例通过搅拌机搅拌混合，得到第一混合物；
2)次混步骤：继续加入氯磺化聚乙烯、抗氧剂、阻燃协效剂、复合阻燃剂与防收缩剂按照比例搅拌混合，得到第二混合物；
3)挤出成型步骤：将步骤2)得到的混合后的第二混合物，在温度180℃～220℃，抽真空负压为-0.08MPa条件下，通过双螺杆挤出机造粒生产从而获得所述防收缩阻燃聚乙烯材料。
实施例3
本实施例提供了一种防收缩阻燃聚乙烯材料，包括以下重量份的原料：150份低密度聚乙烯、35份高密度聚乙烯、15份氯磺化聚乙烯、1份抗氧剂DLTP、30份复合阻燃剂、10份马来酸酐接枝相容剂、3份防收缩剂2-乙基己酸钠与0.3份阻燃协效剂，阻燃协效剂为经过硬脂酸活化处理的纳米级硫酸钡。
制备方法包括以下步骤：
1)初混步骤：将低密度聚乙烯、高密度聚乙烯与相容剂按照比例通过搅拌机搅拌混合，得到第一混合物；
2)次混步骤：继续加入氯磺化聚乙烯、抗氧剂、阻燃协效剂、复合阻燃剂与防收缩剂按照比例搅拌混合，得到第二混合物；
3)挤出成型步骤：将步骤2)得到的混合后的第二混合物，在温度180℃～220℃，抽真空负压为-0.08MPa条件下，通过双螺杆挤出机造粒生产从而获得所述防收缩阻燃聚乙烯材料。
将实施例1-3制备的聚乙烯材料制成样条，对其进行测试，测试结果见表1。
表1.测试结果
Figure BDA0003013707810000041
Figure BDA0003013707810000051
综上所述，本发明通过低密度聚乙烯为主要材料，以经过交联辐射的高密度聚乙烯和氯磺化聚乙烯为辅助材料，由于氯磺化聚乙烯的分子结构中含有氯磺酰活性基团，故表现出高活性，而尤以耐化学介质腐蚀、抗臭氧氧化及耐油侵蚀、阻燃等性能突出，还具有抗候变、耐热、抗离子辐射、耐低温、抗磨蚀和电绝缘性及优异的机械性能；采用相容剂来提高高密度聚乙烯与氯磺化聚乙烯在低密度聚乙烯中的分散均匀性，从而提高聚乙烯材料的加工性能；而低密度聚乙烯本身具有良好的柔软性、延伸性、电绝缘性、透明性、易加工性和一定的透气性。其化学稳定性能较好，耐碱、耐一般有机溶剂，在加入了复合阻燃剂与阻燃协效剂后，使得聚乙烯材料的阻燃性能得到提升，通过加入防收缩剂来提高聚乙烯材料的高阻隔性能。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种防收缩阻燃聚乙烯材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：120-150份低密度聚乙烯、25-35份高密度聚乙烯、5-15份氯磺化聚乙烯、0.5-1份抗氧剂、25-30份复合阻燃剂、5-10份相容剂、1.5-3份防收缩剂与0.3-0.8份的阻燃协效剂，所述阻燃协效剂为经过硬脂酸活化处理的纳米级硫酸钡或活性碳酸钙；所述的复合阻燃剂的制备方法为：1）在保护气氛氛围中，将双(2-羟乙基)甲基牛脂基季铵盐、去离子水与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯混合，调节pH至7.8-8.2，55-70℃下搅拌40-60min，再加入氢氧化镁与碳化硅混合，加热回流120-150min，冷却至室温；然后多次清洗，真空干燥，得到表面接枝的氢氧化镁；
2）在保护气氛氛围中，将步骤1）得到的表面接枝的氢氧化镁，甲苯，聚硅氧烷与催化剂混合，加热回流，反应完成后冷却至室温，洗涤多次后干燥，得到复合阻燃剂。
2.根据权利要求1所述的一种防收缩阻燃聚乙烯材料，其特征在于，所述的高密度聚乙烯经过交联辐射。
3.根据权利要求1所述的一种防收缩阻燃聚乙烯材料，其特征在于，所述的抗氧剂为1010，168或DLTP的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种防收缩阻燃聚乙烯材料，其特征在于，所述的防收缩剂包括单硬脂酸甘油酯或2-乙基己酸钠。
5.根据权利要求1所述的一种防收缩阻燃聚乙烯材料，其特征在于，所述的相容剂为马来酸酐接枝相容剂。
6.根据权利要求1所述的一种防收缩阻燃聚乙烯材料，其特征在于，所述的催化剂为质量分数1.2-2.5%的氯铂酸异丙醇溶液。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的防收缩阻燃聚乙烯材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1）初混步骤：将低密度聚乙烯、高密度聚乙烯与相容剂按照比例通过搅拌机搅拌混合，得到第一混合物；
2）次混步骤：继续加入氯磺化聚乙烯、抗氧剂、阻燃协效剂、复合阻燃剂与防收缩剂按照比例搅拌混合，得到第二混合物；
3）挤出成型步骤：将步骤2）得到的混合后的第二混合物通过双螺杆挤出机造粒生产从而获得所述防收缩阻燃聚乙烯材料。
8.根据权利要求7所述的一种防收缩阻燃聚乙烯材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤3）中，挤出条件为温度180℃～220℃，抽真空负压为-0.08MPa。
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