CN114957881A - 一种阻燃防静电软质pvc材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阻燃防静电软质PVC材料及其制备方法，属于高分子复合材料的技术领域。所述阻燃防静电软质PVC材料，包括重量份的以下原料：PVC 100份，增塑剂30～100份；稳定剂4～6份，润滑剂0.2～1份，加工助剂1～5份，复合阻燃剂1～8份，氢氧化物5～40份，导电填料5～20份，铝酸酯0.1～1.5份，石墨烯0.05～1份。本发明利用偶联剂将石墨烯与氢氧化物进行偶联，然后再将偶联后的石墨烯在PVC基体中进行分散。与现有技术相比，本发明通过利用粒径更小的氢氧化物的锚固作用，使石墨烯在PVC基体中的分散效果大大提高，石墨烯用量和成本也可以因此降低。而石墨烯的存在则提高了防静电阻燃软质PVC材料的阻燃性能，同时降低了导电填料的用量，还提高了材料的力学强度。
Description
技术领域
本发明属于高分子复合材料的技术领域，具体涉及一种阻燃防静电软质PVC材料及其制备方法。
背景技术
聚氯乙烯具有不易燃烧、耐腐蚀、绝缘、隔离效果良好等特点，已广泛应用于各行各业中。但是随着PVC中增塑剂用量的增加，PVC的阻燃性能也会随之下降。尤其是防静电软质PVC。目前主流的防静电软质PVC材料通过加入导电填料的方式实现永久防静电，其防静电级别随着加入量的提高可以达到导电级别，甚至屏蔽级别。但是导电填料的增加会极大改变PVC基体的力学性能。对于软质PVC来说，在加入导电填料后，硬度会有明显提高，力学性能变差，加工性能变差。若想保持一定柔软度则需要额外加入增塑剂，随之带来的就是材料阻燃性能的明显下降。
得益于独特二维片状结构，石墨烯在具有优异的导电性和力学性能的同时，还具有了强阻隔和易吸附的特性。强阻隔可以有效降低材料燃烧时的热释放速率，易吸附的特性可以使软质PVC中增塑剂迁移受限，使燃烧烈度降低。
公开号为CN111961297A的发明提供了一种高阻燃型软质PVC抗静电材料及其制备方法。所述制备方法包括：将石墨烯、碳纳米管、氧化聚乙烯蜡、EBS蜡、硬脂酸混合均匀，形成石墨烯母料材料；将所述石墨烯母料材料、PVC树脂、增塑剂、热稳定剂、抗冲改性剂、阻燃剂混合均匀，之后经熔融处理，获得高阻燃性的软质PVC抗静电材料。该技术通过石墨烯、碳纳米管、阻燃剂同PVC的协效作用，提高了阻燃效果，减少导电填料用量，进而降低增塑剂用量，提高阻燃性。
上述专利通过加入石墨烯母粒的方式改进石墨烯在PVC基体中的分散性，进而提高PVC基体的性能。通过石墨烯母料的方式改进石墨烯在PVC基体中的分散性，石墨烯的分散程度较低；但是石墨烯作为一种纳米材料，其本身存在容易团聚的问题，通过母料的方式添加石墨烯，在短暂的材料熔融加工过程中，石墨烯从母粒向基体的分散程度较低，导致石墨烯利用效率较低。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种阻燃防静电软质PVC材料及其制备方法，以解决上述技术问题。
本发明的技术方案如下：
一种阻燃防静电软质PVC材料，包括重量份的以下原料：PVC 100份，增塑剂30～100份；稳定剂4～6份，润滑剂0.2～1份，加工助剂1～5份，复合阻燃剂1～8份，氢氧化物5～40份，导电填料5～20份，铝酸酯0.1～1.5份，石墨烯0.05～1份。
优选的，包括重量份的以下原料：PVC 100份，增塑剂60份；稳定剂4份，润滑剂0.5份，加工助剂2份，复合阻燃剂4份，氢氧化物20份，导电填料10份，铝酸酯0.2份，石墨烯0.6份。
优选的，所述PVC树脂的聚合度为600～1400。
优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、对苯二甲酸二辛酯(DOTP)、乙酰基柠檬酸三丁酯(ATBC)或偏苯三酸三辛酯(TOTM)中的至少一种。
优选的，所述稳定剂为金属皂类稳定剂、稀土类稳定剂或有机锡类稳定剂中的至少一种。
优选的，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡或石蜡中的至少一种。
优选的，所述加工助剂为丙烯酸酯共聚物(ACR)或MBS树脂中的至少一种。
优选的，所述氢氧化物为氢氧化铝或氢氧化镁中的至少一种，粒度≥600目。
优选的，所述导电填料为导电炭黑或碳纳米管中的至少一种。
优选的，所述铝酸酯为铝酸三甲酯、铝酸三异丙酯或铝酸三卞酯中的至少一种。采用铝酸酯来活化氢氧化物，可以提高氢氧化物与PVC树脂基体的相容性和分散效果。
优选的，所述石墨烯为单层或多层的石墨烯中的至少一种。
优选的，所述复合阻燃剂是三氧化二锑和硼酸锌质量比为1:1的混合物。
本发明的另一个目的，是提供一种上述PVC材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氢氧化物投入混料锅内，搅拌升温至100～110℃，保温除湿10～15分钟，加入1/2的铝酸酯，活化氢氧化物，提高氢氧化物与PVC树脂基体的相容性和分散效果，高速搅拌2～5分钟；
(2)依次加入石墨烯和剩余铝酸酯，继续高速搅拌2～5分钟，得到组分A；该步骤是将石墨烯与氢氧化物进行偶联；
(3)将PVC、稳定剂、润滑剂、加工助剂、步骤(2)制备的组分A、导电填料和复合阻燃剂加入混料锅中，高速搅拌升温至60～80℃，加入增塑剂，继续高速搅拌升温至110～120℃，然后出料冷却，得干混料；
(4)将干混料投入双螺杆挤出机中，温度控制在140～175℃下熔融共混挤出，得阻燃防静电软质PVC材料。
本发明的有益效果为：
本发明利用偶联剂将石墨烯与氢氧化物进行偶联，然后再将偶联后的石墨烯在PVC基体中进行分散。与现有技术相比，本发明通过利用粒径更小的氢氧化物的锚固作用，使石墨烯在PVC基体中的分散效果大大提高，石墨烯用量和成本也可以因此降低。而石墨烯的存在则提高了防静电阻燃软质PVC材料的阻燃性能，同时降低了导电填料的用量，还提高了材料的力学强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明阻燃防静电软质PVC材料的制备过程示意图。
图中，1-石墨烯，2-氢氧化物，3-组分A，4-导电填料，5-PVC基体。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种阻燃防静电软质PVC材料，包括重量份的以下原料：
PVC 100份，DOTP 50份；钙锌稳定剂5份，PE蜡0.2份，ACR 1份，复合阻燃剂2份，的氢氧化铝10份(粒度：2500目)，导电炭黑6份，铝酸三卞酯0.4份，石墨烯0.2份。
一种阻燃防静电软质PVC材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将10份氢氧化铝投入混料锅内，搅拌升温至100～110℃，保温除湿10分钟，加入0.2份铝酸酯，高速搅拌5分钟；
(2)依次加入0.2份石墨烯和0.2份铝酸酯，继续高速搅拌5分钟，得到组分A；
(3)将100份PVC、5份钙锌稳定剂、0.2份PE蜡、1份ACR、2份复合阻燃剂、6份导电炭黑和组分A加入混料锅中，高速搅拌升温至60～80℃，加入50份DOTP，继续高速搅拌升温至110～120℃，然后出料冷却，得干混料；
(4)将干混料投入双螺杆挤出机中，温度控制在150-165℃下熔融共混挤出，得阻燃防静电软质PVC材料。
实施例2
一种阻燃防静电软质PVC材料，包括重量份的以下原料：
PVC 100份，DOTP 50份；有机锡稳定剂2.5份，氧化聚乙烯蜡0.2份，ACR 2份，复合阻燃剂6份，氢氧化铝20份(粒度：2500目)，导电炭黑8份，铝酸三甲酯0.6份，石墨烯0.5份。
一种阻燃防静电软质PVC材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将20份氢氧化铝投入混料锅内，搅拌升温至100～110℃，保温除湿10分钟，加入0.3份铝酸酯，高速搅拌5分钟；
(2)依次加入0.5份石墨烯和0.3份铝酸酯，继续高速搅拌5分钟，得到组分A；
(3)将100份PVC、2.5份有机锡稳定剂、0.2份氧化聚乙烯蜡，2份ACR、6份复合阻燃剂、8份导电炭黑和组分A加入混料锅中，高速搅拌升温至60～80℃，加入50份DOTP，继续高速搅拌升温至110～120℃，然后出料冷却，得干混料；
(4)将干混料投入双螺杆挤出机中，温度控制在150-165℃下熔融共混挤出，得阻燃防静电软质PVC材料。
实施例3
一种阻燃防静电软质PVC材料，包括重量份的以下原料：
PVC 100份，DOTP60份；钙锌稳定剂4份，PE蜡0.5份，ACR 2份，复合阻燃剂4份，氢氧化铝20份(粒度：2500目)，导电炭黑10份，铝酸三卞酯0.2份，石墨烯0.6份。
一种阻燃防静电软质PVC材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将20份氢氧化铝投入混料锅内，搅拌升温至100～110℃，保温除湿10分钟，加入0.1份铝酸酯，高速搅拌5分钟；
(2)依次加入0.6份石墨烯和0.1份铝酸酯，继续高速搅拌5分钟，得到组分A；
(3)将100份PVC、4份钙锌稳定剂、0.5份PE蜡，2份ACR、4份复合阻燃剂、导电炭黑8份，和组分A加入混料锅中，高速搅拌升温至60～80℃，加入60份DOTP，继续高速搅拌升温至110～120℃，然后出料冷却，得干混料；
(4)将干混料投入双螺杆挤出机中，温度控制在150-165℃下熔融共混挤出，得阻燃防静电软质PVC材料。
对比例1
一种石墨烯复合PVC材料，制备方法如下：
称取100份聚氯乙烯，5份钙锌稳定剂，0.2份PE蜡，1份ACR，2份复合阻燃剂，10份氢氧化铝(粒度：600目)，铝酸三卞酯0.4份，9份导电炭黑，0.25份石墨烯加入混料锅中，高速搅拌至60～80℃，加入50份增塑剂DOTP，继续高速搅拌至110-120℃，，搅拌均匀然后出料冷却，得到干混料。
干混料投入双螺杆挤出机中，温度控制在145～155℃下熔融共混挤出，得石墨烯复合PVC材料。
对比例2
一种石墨烯复合PVC材料，制备方法如下：
称取100份聚氯乙烯，2.5份有机锡稳定剂，0.2份氧化聚乙烯蜡，2份ACR，6份复合阻燃剂，20份氢氧化镁(粒度：2500目)，12份导电炭黑，0.5份石墨烯加入混料锅中，高速搅拌至60～80℃，加入70份增塑剂DOP，继续高速搅拌至110～120℃，搅拌均匀然后出料冷却，得到干混料。
将干混料投入双螺杆挤出机中，温度控制在145～155℃下熔融共混挤出，得石墨烯复合PVC材料。
测试例
对实施例1～3和对比例1～2制备的PVC材料进行如下测试：表面电阻、硬度、拉伸性能和阻燃性能。具体测试结果如下表1。
表1-检测结果
由上表可以看出，本发明实施例电学、力学、阻燃均优于对比例。这一方面得益于石墨烯通过偶联已活化的氢氧化物阻燃剂，使得其在PVC基体中的团聚作用减弱，分散效果加强，更容易与导电填料形成导电网络，而具有更低的表面电阻，导电填料用量也因此可以降低；另一方面，石墨烯的阻隔作用和易吸附特性能够阻隔和吸附增塑剂，与氢氧化物产生协同作用，使材料的阻燃效果得到明显提高，同时降低了氢氧化物的用量。导电填料的用量和氢氧化物用量同时降低，使得材料的力学性能有了明显提升。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种阻燃防静电软质PVC材料，其特征在于，包括重量份的以下原料：PVC 100份，增塑剂30～100份；稳定剂4～6份，润滑剂0.2～1份，加工助剂1～5份，复合阻燃剂1～8份，氢氧化物5～40份，导电填料5～20份，铝酸酯0.1～1.5份，石墨烯0.05～1份。
2.如权利要求1所述的阻燃防静电软质PVC材料，其特征在于，包括重量份的以下原料：PVC 100份，增塑剂60份；稳定剂4份，润滑剂0.5份，加工助剂2份，复合阻燃剂4份，氢氧化物20份，导电填料10份，铝酸酯0.2份，石墨烯0.6份。
3.如权利要求1所述的阻燃防静电软质PVC材料，其特征在于，所述PVC树脂的聚合度为600～1400。
4.如权利要求1所述的阻燃防静电软质PVC材料，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、对苯二甲酸二辛酯、乙酰基柠檬酸三丁酯或偏苯三酸三辛酯中的至少一种。
5.如权利要求1所述的阻燃防静电软质PVC材料，其特征在于，所述氢氧化物为氢氧化铝或氢氧化镁中的至少一种，粒度≥600目。
6.如权利要求1所述的阻燃防静电软质PVC材料，其特征在于，所述导电填料为导电炭黑或碳纳米管中的至少一种。
7.如权利要求1所述的阻燃防静电软质PVC材料，其特征在于，所述铝酸酯为铝酸三甲酯、铝酸三异丙酯或铝酸三卞酯中的至少一种。
8.如权利要求1所述的阻燃防静电软质PVC材料，其特征在于，所述石墨烯为单层或多层的石墨烯中的至少一种。
9.如权利要求1所述的阻燃防静电软质PVC材料，其特征在于，所述复合阻燃剂是三氧化二锑和硼酸锌质量比为1:1的混合物。
10.一种制备如权利要求1所述的阻燃防静电软质PVC材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氢氧化物投入混料锅内，搅拌升温至100～110℃，保温除湿10～15分钟，加入1/2的铝酸酯，高速搅拌2～5分钟；
(2)依次加入石墨烯和剩余铝酸酯，继续高速搅拌2～5分钟，得到组分A；
(3)将PVC、稳定剂、润滑剂、加工助剂、步骤(2)制备的组分A、导电填料和复合阻燃剂加入混料锅中，高速搅拌升温至60～80℃，加入增塑剂，继续高速搅拌升温至110～120℃，然后出料冷却，得干混料；
(4)将干混料投入双螺杆挤出机中，温度控制在140～175℃下熔融共混挤出，得阻燃防静电软质PVC材料。
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