CN114015141A - 一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料 - Google Patents
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Abstract
一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料，其特征在于，按重量份计，包括100份PE、氢氧化铝2‑3份、环氧树脂包覆聚磷酸铵5‑8份、磷酸三苯酯5‑8份、3‑5份色母、3‑5份抗氧剂、2‑4份表面改性剂、1‑2份润滑剂。通过氢氧化铝、环氧树脂包覆聚磷酸铵和磷酸三苯酯三种阻燃剂所制备的协效阻燃剂，达到高效阻燃的效果，并且通过表面改性剂使协效阻燃剂和聚乙烯材料相容，阻燃效果稳定，并且在一定程度上，提高了材料的强度。
Description
技术领域
本发明属于树脂材料技术领域，具体设计一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料。
背景技术
聚乙烯（PE）是世界上产量最高的通用塑料，其应用范围广，使用寿命长，无毒无味，耐化学腐蚀，是一种环保型的绿色材料。在电线电缆领域，聚乙烯的作用也是十分显著，因为聚乙烯的抗冲性能好，常用于一些电线电缆及其护套管的主要材料。然而，电线电缆在工作过程中，常常会产生一些热量，由于聚乙烯是一种易燃材料，这样的情况容易导致事故的发生，因此，聚乙烯阻燃改性的研究，在国内外也是热门领域之一。
阻燃改性的方向主要分为两类，一种是反应型的阻燃改性，另一种是添加型的阻燃改性，由于聚乙烯是一种非极性材料，分子链中无活性基团，所以反应型阻燃改性方式不适合用于聚乙烯的阻燃改性。而添加型的阻燃改性往往是比较简单且容易实施的阻燃改性方式，这种方法就是将现有的阻燃剂通过添加分散至材料中，使材料具备阻燃的性能。
阻燃剂主要分为有机阻燃剂和无机阻燃剂。有机阻燃剂主要是通过含阻燃元素的阻燃分子来实现阻燃效果。无机阻燃剂的种类更多，分为卤系阻燃剂，金属氧化物阻燃剂、氮系阻燃剂、磷系阻燃剂、硫系阻燃剂、膨胀型阻燃剂等。然而卤系阻燃剂虽然阻燃效果好，但是，由于在阻燃过程中，卤系阻燃剂容易通过自由基反应形成对环境有毒有害的物质，所以卤系阻燃剂的使用也大大减少了。
发明内容
为了达到上述阻燃改性的目的，本发明提出了一种协效阻燃剂，用于高效地阻燃改性聚乙烯材料。
为了达到这一目的，本发明采用的技术方案为：一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料，按重量份计包括100份PE、氢氧化铝2-3份、环氧树脂包覆聚磷酸铵5-8份、磷酸三苯酯5-8份、3-5份色母、3-5份抗氧剂、2-4份表面改性剂、1-2份润滑剂。
所述的PE为高密度聚乙烯，其拉伸强度≥21MPa，断裂伸长率≥350%。
所述的协效阻燃剂为氢氧化铝、环氧树脂包覆聚磷酸铵和磷酸三苯酯复配而成。
所述的色母为橙色母、红色母、蓝色母、炭黑等中的一种。
所述的表面改性剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸酯类接枝改性物、乙烯-醋酸乙烯共聚物等中的一种。
所述的润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸钙等中的一种。
本发明的有益效果在于：本发明提供的一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料，利用氢氧化铝、环氧树脂包覆聚磷酸铵和磷酸三苯酯复配而成的协效阻燃剂，采用环氧树脂包覆聚磷酸铵作为凝聚相阻燃剂，磷酸三苯酯作为气相阻燃剂，凝聚相阻燃剂主要是通过在燃烧材料表面形成一层炭层，来阻隔燃烧材料与空气中氧气的接触以及热量的传递，气相阻燃剂通过受热分解产生自由基来捕捉燃烧产生的高活性自由基，阻止燃烧反应的进一步进行。氢氧化铝为常见的无机阻燃剂，价格较低，且可以与其他物质协同阻燃而不产生二次污染，可以降低协效阻燃剂的成本。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容及效果，以下结合实施方式进行更具体的说明。
本发明最关键的构思在于：采用氢氧化铝、环氧树脂包覆聚磷酸铵和磷酸三苯酯复配形成一种协效阻燃剂，通过表面改性剂来增加协效阻燃剂在聚乙烯中的分散性和相容性，用于在聚乙烯中的高效阻燃。
本发明提供一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料，按重量份计，包括100份PE、氢氧化铝2-3份、环氧树脂包覆聚磷酸铵5-8份、磷酸三苯酯5-8份、3-5份色母、3-5份抗氧剂、2-4份表面改性剂、1-2份润滑剂。
所述的PE为高密度聚乙烯，其拉伸强度≥21MPa，断裂伸长率≥350%。
所述的协效阻燃剂为氢氧化铝、环氧树脂包覆聚磷酸铵和磷酸三苯酯复配而成。
所述的色母为橙色母、红色母、蓝色母、炭黑等中的一种。
所述的表面改性剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸酯类接枝改性物、乙烯-醋酸乙烯共聚物等中的一种。
所述的润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸钙等中的一种。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料，利用凝聚相和气相的阻燃机理，通过多种方式来提高阻燃效果，并且氢氧化铝为常见无机阻燃剂，价格低，可以降低协效阻燃剂的成本。表面改性剂为两性聚合物，分子具有亲水端和亲油端，通过表面改性剂来增加协效阻燃剂在聚乙烯中的分散性和相容性，避免协效阻燃剂的团聚。
同时，协效阻燃剂中复配氢氧化铝的效果在于：氢氧化铝为无机阻燃剂，无机阻燃剂在燃烧时受热分解发生脱水，可吸收大量热量并释放水蒸气，使材料表面的温度降到着火点以下。
并且，采用的聚磷酸铵为环氧树脂包覆聚磷酸铵，聚磷酸铵是一种易吸潮水解的物质，若直接添加到材料中易吸水分解导致分子在材料体系中迁移，影响阻燃效果，环氧树脂包覆的聚磷酸铵可以有效阻隔聚磷酸铵与水分的接触，并且不会因为包覆而降低聚磷酸铵的阻燃效果。
进一步的，所述的一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料，包括协效阻燃剂的制备方法：将氢氧化铝、环氧树脂包覆聚磷酸铵、磷酸三苯酯和表面改性剂在搅拌机中200r/min条件下混合5-10min后投入密炼机中，180-190℃条件下捏合1-2min并切粒得到协效阻燃剂。
进一步的，所述的一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料，还包括一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料的制备方法：将协效阻燃剂、PE、抗氧剂、润滑剂和色母共同在400-600r/min条件下搅拌5min-10min，然后通过单螺杆挤出机挤出造粒其中螺杆一区温度170-180℃，螺杆二区温度180-185℃，螺杆三区温度190-200℃，螺杆四区温度195-200℃，口模温度200-210℃，挤出输出转速为40-60rpm，即得协效阻燃剂改性聚乙烯材料。
实施例1。
一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料，包括100kgPE、2kg氢氧化铝、6kg环氧树脂包覆聚磷酸铵、5kg磷酸三苯酯、5kg炭黑、3kg抗氧剂、2kg马来酸酐接枝聚乙烯、1kg聚乙烯蜡。
所述的PE拉伸强度为22.56MPa，断裂伸长率为550%。
所述马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为1%。
所述协效阻燃剂的制备方法为：将氢氧化铝、环氧树脂包覆聚磷酸铵、磷酸三苯酯和表面改性剂在搅拌机中200r/min条件下混合5min后投入密炼机中，185℃条件下捏合1min并切粒得到协效阻燃剂。
所述的一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料的制备方法为：将协效阻燃剂、PE、抗氧剂、润滑剂和色母共同在400r/min条件下搅拌5min，然后通过单螺杆挤出机挤出造粒。其中，螺杆一区温度170℃，螺杆二区温度180℃，螺杆三区温度190℃，螺杆四区温度195℃，口模温度200℃，挤出输出转速为45rpm，即得协效阻燃剂改性聚乙烯材料。
实施例2。
一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料，包括100kgPE、3kg氢氧化铝、8kg环氧树脂包覆聚磷酸铵、8kg磷酸三苯酯、5kg炭黑、3kg抗氧剂、3kg马来酸酐接枝聚乙烯，2kg聚乙烯蜡。
所述的PE拉伸强度为22MPa，断裂伸长率为550%。
所述马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为1%。
所述协效阻燃剂的制备方法为：将氢氧化铝、环氧树脂包覆聚磷酸铵、磷酸三苯酯和表面改性剂在搅拌机中200r/min条件下混合5min后投入密炼机中，185℃条件下捏合2min并切粒得到协效阻燃剂。
所述的一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料的制备方法为：将协效阻燃剂、PE、抗氧剂、润滑剂和色母共同在400r/min条件下搅拌8min，然后通过单螺杆挤出机挤出造粒。其中，螺杆一区温度175℃，螺杆二区温度180℃，螺杆三区温度190℃，螺杆四区温度195℃，口模温度205℃，挤出输出转速为40rpm，即得协效阻燃剂改性聚乙烯材料。
对比例1。
对比例1与实施例1的区别在于，不使用氢氧化铝、环氧树脂包覆聚磷酸铵和磷酸三苯酯所组成的协效阻燃剂，仅单独使用等量的氢氧化铝作为阻燃剂。
对比例2。
对比例2与实施例1的区别在于，在协效阻燃剂制备方法中，不添加表面改性剂，其余步骤相同。
对比例3。
对比例3与实施例1的区别在于，未预先制备协效阻燃剂，直接将所有原料在在400r/min条件下搅拌5min，然后通过单螺杆挤出机挤出造粒，其中螺杆一区温度170℃，螺杆二区温度180℃，螺杆三区温度190℃，螺杆四区温度195℃，口模温度200℃，挤出输出转速为45rpm，即得协效阻燃剂改性聚乙烯材料。
对比例4。
对比例4与实施例1的区别在于，不添加任何阻燃剂，其余制备方法同实施例1。
对实施例1、2和对比例1-4得到的材料进行性能测试，垂直燃烧等级采用的是4mm厚度样条，结果见表1所示。
表1
综上所述，本发明提供的一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料，采用氢氧化铝、环氧树脂包覆聚磷酸铵和磷酸三苯酯三种阻燃成分的协效阻燃，氢氧化铝作为无机阻燃剂，成本低且在阻燃过程中可以释放水蒸气，降低燃烧体表面温度，从而将温度降低至着火点以下；环氧树脂包覆聚磷酸铵作为凝聚相阻燃剂，可以在燃烧体表面形成一层炭层，从而阻隔空气与燃烧体的接触；磷酸三苯酯作为气相阻燃剂，可以捕捉燃烧反应所产生的活性自由基，从而终止燃烧反应的发生；本发明还采用了表面改性剂对协效阻燃剂进行表面改性，通过具有亲水端和亲油端的两性分子将协效阻燃剂与聚乙烯有效相容，使材料的性能更加稳定。
本发明的实施例并且限制本发明的专利范围，凡是通过本发明所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料，其特征在于，按重量份计，包括100份PE、氢氧化铝2-3份、环氧树脂包覆聚磷酸铵5-8份、磷酸三苯酯5-8份、3-5份色母、3-5份抗氧剂、2-4份表面改性剂、1-2份润滑剂。
2.根据权利要求1所述的一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料，其特征在于，所述的协效阻燃剂为氢氧化铝、环氧树脂包覆聚磷酸铵和磷酸三苯酯复配而成。
3.根据权利要求2所述的一种协效阻燃剂，其特征在于，协效阻燃剂的制备方法为：将氢氧化铝、环氧树脂包覆聚磷酸铵、磷酸三苯酯和表面改性剂在搅拌机中200r/min条件下混合5-10min后投入密炼机中，180-190℃条件下捏合1-2min并切粒得到协效阻燃剂。
4.根据权利要求1所述的一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料，其特征在于，所述的PE为高密度聚乙烯，其拉伸强度≥21MPa，断裂伸长率≥350%。
5.根据权利要求1所述的一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料，其特征在于，所述的色母为橙色母、红色母、蓝色母、炭黑等中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料，其特征在于，所述的表面改性剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸酯类接枝改性物、乙烯-醋酸乙烯共聚物等中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料，其特征在于，所述的润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸钙等中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种协效阻燃剂改性聚乙烯材料，其特征在于，包括以下制备方法：将协效阻燃剂、PE、抗氧剂、润滑剂和色母共同在400-600r/min条件下搅拌5min-10min，然后通过单螺杆挤出机挤出造粒其中螺杆一区温度170-180℃，螺杆二区温度180-185℃，螺杆三区温度190-200℃，螺杆四区温度195-200℃，口模温度200-210℃，挤出输出转速为40-60rpm，即得协效阻燃剂改性聚乙烯材料。
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