CN115353681B - 一种高阻燃保温材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及材料的领域，具体公开了一种高阻燃保温材料，包括以下质量份数的原料：低密度聚乙烯28‑34份；偶氮二甲酰胺6.5‑7.8份；过氧化二异丙苯0.2‑0.5份；氧化锌0.3‑0.6份；硬脂酸0.1‑0.3份；聚乙烯醇6‑14份；全氟丁基磺酸钾3‑5份；聚丙烯酰胺4‑6份；抗氧剂0.3‑0.6份；阻燃剂33‑46份。本申请还公开一种高阻燃保温材料的制备方法，包括以下步骤：S1：制备混合料A；S2：制备混合料B；S3：密炼机混炼：S4：开炼保温；S5：发泡成型。本申请具有使得聚乙烯既具有高阻燃性能，又具有较佳的机械性能的效果。
Description
技术领域
本申请涉及材料的领域，更具体地说，它涉及一种高阻燃保温材料及其制备方法。
背景技术
聚乙烯是指由乙烯单体自由基聚合而成的聚合物，是产量最大的通用塑料之一，是一种质轻、无毒、具有较好的机械强度、优良的电绝缘性和耐化学腐蚀性能的热塑性塑料。并且，成型加工方便，广泛应用于化工、食品、包装、机械、家庭装饰及土木建筑等行业，其需求量正逐年上升。然而，但聚乙烯属于易燃材料，特别是在高压、热源等条件下，其氧指数为17.3，在燃烧时释放速率大，热值高，火焰传播速度快，分解产生一氧化碳等，不易熄灭，极易造成火灾，对人们的生命和财产安全造成巨大的威胁。
目前，如何降低火灾的发生率及发生火灾的时的死亡率，低烟、阻燃、环保也成为电线电缆行业的发展方向。因此，改善聚乙烯的阻燃性能通常要添加一定量的阻燃剂，阻止聚合物材料被引燃或抑制火焰传播。
然而，为了使得聚乙烯的阻燃性能提高，往往加入大量的阻燃剂，而阻燃剂的添加量过大，容易造成聚乙烯机械性能的大幅度降低。因此，仍有改进的空间。
发明内容
为了使得聚乙烯既具有高阻燃性能，又具有较佳的机械性能，本申请提供一种高阻燃保温材料及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种高阻燃保温材料，采用如下的技术方案：
一种高阻燃保温材料，包括以下质量份数的原料：
低密度聚乙烯28-34份；
偶氮二甲酰胺6.5-7.8份；
过氧化二异丙苯0.2-0.5份；
氧化锌0.3-0.6份；
硬脂酸0.1-0.3份；
聚乙烯醇6-14份；
全氟丁基磺酸钾3-5份；
聚丙烯酰胺4-6份；
抗氧剂0.3-0.6份；
阻燃剂33-46份。
通过采用上述技术方案，采用低密度聚乙烯作为主料，然后采用氧化锌和硬脂酸对偶氮二甲酰胺（AC发泡剂）进行改性，有利于提高聚乙烯的机械性能，再采用过氧化二异丙苯作为交联剂，使得聚乙烯的交联程度增大，从而提高聚乙烯的发泡倍率，可得到直径较小、分布均匀的泡孔，使得聚乙烯具有更低的密度和更高的发泡倍率。
通过加入全氟丁基磺酸钾，使得高阻燃保温材料具有较好的阻燃性能，并且，由于全氟丁基磺酸钾具有高表面活性，能有效降低体系的表面张力，有利于提高阻燃剂与聚乙烯之间的相容性，以此使得高阻燃保温材料的阻燃性能得到提高；由于聚丙烯酰胺具有优良的力学性能，韧性好，机械强度高，加入聚丙烯酰胺，有利于增强高阻燃保温材料的机械性能。然而，同时加入全氟丁基磺酸钾和聚丙烯酰胺会互相影响，使得高阻燃保温材料的机械性能和阻燃性能均降低，而通过加入聚乙烯醇与全氟丁基磺酸钾和聚丙烯酰胺互相协同配合，消除了全氟丁基磺酸钾与聚丙烯酰胺之间的影响，并且，还使得高阻燃保温材料的机械性能以及阻燃性能大大提高。
优选的，所述全氟丁基磺酸钾、聚乙烯醇以及聚丙烯酰胺的质量比为1:（1.5-2）:1。
通过采用上述技术方案，通过采用特定比例的全氟丁基磺酸钾、聚乙烯醇以及聚丙烯酰胺互相配合，有利于进一步提高高阻燃保温材料的机械性能以及阻燃性能，使得发生火灾的频率降低。
优选的，所述高阻燃保温材料还包括以下质量份数的原料：
苯氧基聚磷腈弹性体5-7份；
滑石粉2-4份。
通过采用上述技术方案，由于滑石粉是一种层状结构的含水硅酸盐矿物，相邻的两层靠微弱的范德华力结合，苯氧基聚磷腈弹性体能够缠绕在滑石粉的外表面，使得滑石粉相邻的两层结构不容易出现滑移或脱离的现象，进而使得滑石粉对高阻燃保温材料的刚性不容易受到影响，有利于改善聚乙烯的机械性能。
并且，由于苯氧基聚磷腈弹性体含有较高含量的磷元素，高温下会生成磷酸、偏磷酸等强酸，促进有机物脱水成炭；氮元素高温下会生成氮气稀释并阻隔氧气；苯环则提供大量的炭，弥补聚乙烯燃烧分解过程成炭量不足的问题，有利于改善聚乙烯的阻燃性能，以此降低火灾的发生率。
优选的，预先对所述滑石粉进行改性，改性方法为：将滑石粉在预热至100℃-110℃的高速混合机中搅拌烘干，然后均匀加入计量的钛酸酯偶联剂（用白油稀释），混合均匀，即可获得改性滑石粉。
通过采用上述技术方案，钛酸酯偶联剂的作用是在滑石粉的表面形成一层单分子覆盖膜改变其原有的亲水性质，使得滑石粉与苯氧基聚磷腈弹性体之间的分散性提高，更好地与苯氧基聚磷腈弹性体配合，使得高阻燃保温材料的阻燃性能和机械性能进一步提高。
优选的，所述阻燃剂包括以下质量份数的原料：
氢氧化铝19-22份；
氯化石蜡2-4份；
十溴二苯醚10-15份；
三氧化二锑2-5份。
通过采用上述技术方案，阻燃剂采用上述物质互相配合，有利于提高高阻燃保温材料的阻燃性能，以此降低火灾的发生率，从而使得高阻燃保温材料满足人们的需求。
优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂DLTP、抗氧剂1035及抗氧剂1024中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，采用上述物质中的一种或多种作为抗氧剂，使得高阻燃保温材料不容易被氧化，有利于延长材料的使用寿命。
第二方面，本申请提供一种高阻燃保温材料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种高阻燃保温材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备混合料A：按配方称取聚乙烯醇和全氟丁基磺酸钾以及聚丙烯酰胺，搅拌均匀，得到混合料A；
S2：制备混合料B：按配方称取低密度聚乙烯、过氧化二异丙苯、氧化锌、硬脂酸、阻燃剂、抗氧剂以及混合料A，然后分别加入到捏合机中搅拌均匀，得到混合料B；
S3：密炼机混炼：将混合料B倒入密炼机内混炼，密炼温度130℃-150℃，密炼时间为10-15min，密炼完成后，再加入偶氮二甲酰胺，继续混炼3-5min；
S4：开炼保温：将密炼后的混合物输送至开炼机进行开炼，然后将开炼好的料折叠，压平，然后投入保温预压机中进行保温，保温的温度控制在100-105℃；
S5：发泡成型：将开炼后的料输送至发泡机中进行二次发泡，最后得到高阻燃保温材料。
通过采用上述技术方案，采用上述方法制备得到的高阻燃保温材料，具有较佳的机械性能和阻燃性能，并且，制备方法简单方便，有利于工业化生产。
优选的，S2中还加入有苯氧基聚磷腈弹性体和滑石粉。
通过采用上述技术方案，有利于提高高阻燃保温材料的保温性能，使得高阻燃保温材料更好地满足人们的需求。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.采用低密度聚乙烯作为主料，然后采用氧化锌和硬脂酸对偶氮二甲酰胺进行改性，有利于提高聚乙烯的机械性能，再采用过氧化二异丙苯作为交联剂，使得聚乙烯的交联程度增大，从而提高聚乙烯的发泡倍率；通过采用聚乙烯醇与全氟丁烷磺酸钾和聚丙烯酰胺互相协同配合，使得高阻燃保温材料的机械性能以及阻燃性能大大提高。
2.通过采用苯氧基聚磷腈弹性体和滑石粉互相配合，有利于改善聚乙烯的机械性能和阻燃性能，以此降低火灾的发生率。
3.采用本申请的方法制备得到的高阻燃保温材料，具有较佳的机械性能和阻燃性能，并且，制备方法简单方便，有利于工业化生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例1
本实施例公开一种高阻燃保温材料，包括以下原料：
低密度聚乙烯；偶氮二甲酰胺；过氧化二异丙苯；氧化锌；硬脂酸；聚乙烯醇；全氟丁基磺酸钾；聚丙烯酰胺；抗氧剂；阻燃剂；
其中，抗氧剂为抗氧1010；阻燃剂为十溴二苯醚、三氧化二锑、氢氧化铝以及氯化石蜡。
本实施例还公开一种高阻燃保温材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备混合料A：按配方（具体用量见表1）称取聚乙烯醇和全氟丁基磺酸钾以及聚丙烯酰胺，以180r/min的转速搅拌均匀，得到混合料A；
S2：制备混合料B：按配方（具体用量见表1）称取低密度聚乙烯、过氧化二异丙苯、氧化锌、硬脂酸、阻燃剂、抗氧剂以及混合料A，然后分别加入到捏合机中，以200r/min的转速搅拌均匀，得到混合料B；
S3：密炼机混炼：将混合料B倒入密炼机内混炼，密炼温度130℃，密炼时间为10min，密炼完成后，再加入偶氮二甲酰胺（具体用量见表1），继续混炼3min；
S4：开炼保温：将密炼后的混合物输送至开炼机进行开炼，然后将开炼好的料折叠，压平，然后投入保温预压机中进行保温，保温的温度控制在100℃；
S5：发泡成型：将开炼后的料切块称重，然后放入一次发泡机中进行发泡成型，再放入二次发泡机中进行二次发泡成型，最后得到高阻燃保温材料。
实施例2
与实施例1的区别在于：
S3：密炼机混炼：将混合料B倒入密炼机内混炼，密炼温度150℃，密炼时间为15min，密炼完成后，再加入偶氮二甲酰胺（具体用量见表1），继续混炼5min；
S4：开炼保温：将密炼后的混合物输送至开炼机进行开炼，然后将开炼好的料折叠，压平，然后投入保温预压机中进行保温，保温的温度控制在105℃。
实施例3
与实施例1的区别在于：各原料的用量不同，具体用量见表1。
表1中各原料的用量单位均为kg。
表1
实施例4
与实施例3的区别在于：预先将5kg的苯氧基聚磷腈弹性体和2kg的滑石粉混合均匀，再加入混合料B中与其他原料混合均匀。
实施例5
与实施例3的区别在于：预先将7kg的苯氧基聚磷腈弹性体和4kg的滑石粉混合均匀，再加入混合料B中与其他原料混合均匀。
实施例6
与实施例5的区别在于：以等量的苯氧基聚磷腈弹性体替代滑石粉。
实施例7
与实施例5的区别在于：以等量的滑石粉替代苯氧基聚磷腈弹性体。
实施例8
与实施例5的区别在于：预先对滑石粉进行改性，改性方法为：将滑石粉在预热至100℃的高速混合机中搅拌烘干，然后均匀加入计量的钛酸酯偶联剂（用白油稀释），混合均匀，获得改性滑石粉。
实施例9
与实施例3的区别在于：预先对滑石粉进行改性；将7kg的苯氧基聚磷腈弹性体和4kg的改性滑石粉混合均匀，再加入混合料B中与其他原料混合均匀。
对比例1
与实施例3的区别在于：S2中不加入混合料A。
对比例2
与实施例3的区别在于：混合料A中不加入聚丙烯酰胺和聚乙烯醇。
对比例3
与实施例3的区别在于：混合料A中不加入全氟丁基磺酸钾和聚乙烯醇。
对比例4
与实施例3的区别在于：混合料A中不加入全氟丁基磺酸钾和聚丙烯酰胺。
对比例5
与实施例3的区别在于：混合料A中不加入聚乙烯醇。
对比例6
与实施例3的区别在于：混合料A中不加入聚丙烯酰胺。
对比例7
与实施例3的区别在于：混合料A中不加入全氟丁基磺酸钾。
对比例8
与实施例3的区别在于：
一种高阻燃保温材料，包括以下质量的原料：
低密度聚乙烯20kg；偶氮二甲酰胺4kg；过氧化二异丙苯0.9kg；氧化锌1kg；硬脂酸0.7kg；聚乙烯醇18kg；全氟丁基磺酸钾1kg；聚丙烯酰胺10kg；抗氧剂1.2kg；阻燃剂16kg。
实验1
本实验抽取实施例3检测由上述制备得到的高阻燃保温材料的各项性能，结果见表2。
表2
实验2
本实验参考GB/T2406-1993《塑料燃烧性能试验方法 氧指数法》，分别检测上述制备得到的高阻燃保温材料的极限氧指数（%）。
氧指数<22%属于易燃材料，氧指数在22-27%之间属可燃材料，氧指数>27%属难燃材料。
实验3
本实验参考ASTMD638《塑料拉伸性能标准测试方法》，分别检测上述制备得到的高阻燃保温材料的拉伸强度（MPa）以及断裂伸长率（%）。
实验4
本实验参考GB/T2408-2008中垂直燃烧的测定方法进行测定，测试1.6mm厚度样条的防火性能。评价等级见表3。
表3
以上实验数据均见表4。
表4
根据表4中对比例2-7的数据分别与对比例1可得，对比例2在对比例1的基础上加入了全氟丁基磺酸钾，高阻燃保温材料的极限氧指数从28.6%升高至33.4%，说明加入全氟丁基磺酸钾，具有提高高阻燃保温材料的阻燃性能的效果；对比例3在对比例1的基础上加入了聚丙烯酰胺，高阻燃保温材料的拉伸强度从7.6MPa升高至9.1MPa，断裂伸长率从63%升高至91%，说明加入聚丙烯酰胺，具有提高高阻燃保温材料的机械性能的效果。
然而，对比例5在对比例1的基础上同时加入了全氟丁基磺酸钾和聚丙烯酰胺，高阻燃保温材料的极限氧指数为29.2%，相比于对比例2，极限氧指数降低了4.2%；拉伸强度为7.8MPa，相比于对比例3，拉伸强度降低了1.3MPa，说明同时加入全氟丁基磺酸钾和聚丙烯酰胺，会影响高阻燃保温材料的阻燃性能以及机械性能。这是由于酰胺键和苯环或者双键等结构相连时，因为给电子的共轭效应（由N的孤对电子引起）强于吸电子的诱导效应（由N的电负性比C强引起），酰胺基是供电子基；如果不和不饱和键相连，共轭效应不存在，则酰胺基是吸电子的。因此，聚丙烯酰胺中的碳碳双键已用于聚合，变成了单键，酰胺键没有与不饱和键相连，共轭效应不存在，则酰胺基是吸电子的，而全氟丁烷磺酸钾中含有磺酸基团，磺酸基团是强吸电子基团，同时加入全氟丁烷磺酸钾和聚丙烯酰胺，磺酸基团与酰胺基团互相排斥，进而使得全氟丁烷磺酸钾和聚丙烯酰胺不能很好的相容，以此影响高阻燃保温材料的机械性能以及阻燃性能。
同时，根据对比例5的数据与实施例3对比可得，实施例3中同时加入了全氟丁基磺酸钾、聚丙烯酰胺以及聚乙烯醇，高阻燃保温材料的极限氧指数从29.2%升高至38.7%，拉伸强度从7.8MPa升高至13.6MPa，说明加入聚乙烯醇，具有消除全氟丁烷磺酸钾和聚丙烯酰胺之间的影响的作用，使得高阻燃保温材料的阻燃性能以及机械性能提高。这是由于聚乙烯醇中含有羟基基团，羟基基团属于强给电子基团，全氟丁烷磺酸钾中的磺酸基团会优先与聚乙烯醇中的羟基结合形成稳定的结构，如此，全氟丁烷磺酸钾中的磺酸基团便不会与聚丙烯酰胺中的酰胺基团互相产生影响，以此使得高阻燃保温材料的机械性能以及阻燃性能不容易受到影响。并且，由于全氟丁烷磺酸钾中的氟具有很强的吸电子性，与聚乙烯醇中的羟基形成氢键，使得高阻燃保温材料的机械性能大大提高。
根据表4中实施例4-5的数据分别与实施例3对比可得，实施例4-5在实施例3的基础上还加入了苯氧基聚磷腈弹性体和滑石粉，高阻燃保温材料的极限氧指数从38.7%升高至40%左右，拉伸强度从13.6MPa升高至16MPa左右，说明同时加入苯氧基聚磷腈弹性体和滑石粉互相配合，具有提高高阻燃保温材料的阻燃性能和机械强度的效果。这是由于滑石粉是一种层状结构的含水硅酸盐矿物，相邻的两层靠微弱的范德华力结合，苯氧基聚磷腈弹性体能够缠绕在滑石粉的外表面，使得滑石粉相邻的两层结构不容易出现滑移或脱离的现象，进而使得滑石粉对高阻燃保温材料的刚性不容易受到影响，有利于改善聚乙烯的机械性能。
并且，由于苯氧基聚磷腈弹性体含有较高含量的磷元素，高温下会生成磷酸、偏磷酸等强酸，促进有机物脱水成炭；氮元素高温下会生成氮气稀释并阻隔氧气；苯环则提供大量的炭，弥补聚乙烯燃烧分解过程成炭量不足的问题，有利于改善聚乙烯的阻燃性能，以此降低火灾的发生率。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高阻燃保温材料，其特征在于：包括以下质量份数的原料：
低密度聚乙烯28-34份；
偶氮二甲酰胺6.5-7.8份；
过氧化二异丙苯0.2-0.5份；
氧化锌0.3-0.6份；
硬脂酸0.1-0.3份；
聚乙烯醇6-14份；
全氟丁基磺酸钾3-5份；
聚丙烯酰胺4-6份；
抗氧剂0.3-0.6份；
阻燃剂33-46份；
所述全氟丁基磺酸钾、聚乙烯醇以及聚丙烯酰胺的质量比为1:(1.5-2):1；
所述阻燃剂包括以下质量份数的原料：
氢氧化铝19-22份；
氯化石蜡2-4份；
十溴二苯醚10-15份；
三氧化二锑2-5份。
2.根据权利要求1所述的一种高阻燃保温材料，其特征在于：所述高阻燃保温材料还包括以下质量份数的原料：
苯氧基聚磷腈弹性体5-7份；
滑石粉2-4份。
3.根据权利要求2所述的一种高阻燃保温材料，其特征在于：预先对所述滑石粉进行改性，改性方法为：将滑石粉在预热至100℃-110℃的高速混合机中搅拌烘干，然后均匀加入计量的钛酸酯偶联剂，混合均匀，即可获得改性滑石粉。
4.根据权利要求1所述的一种高阻燃保温材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂DLTP、抗氧剂1035及抗氧剂1024中的一种或多种。
5.一种如权利要求1-4任一所述的高阻燃保温材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：制备混合料A：按配方称取聚乙55烯醇和全氟丁基磺酸钾以及聚丙烯酰胺，搅拌均匀，得到混合料A；
S2：制备混合料B：按配方称取低密度聚乙烯、过氧化二异丙苯、氧化锌、硬脂酸、阻燃剂、抗氧剂以及混合料A，然后分别加入到捏合机中搅拌均匀，得到混合料B；
S3：密炼机混炼：将混合料B倒入密炼机内混炼，密炼温度130℃-150℃，密炼时间为10-15min，密炼完成后，再加入偶氮二甲酰胺，继续混炼3-5min；
S4：开炼保温：将密炼后的混合物输送至开炼机进行开炼，然后将开炼好的料折叠，压平，然后投入保温预压机中进行保温，保温的温度控制在100-105℃；
S5：发泡成型：将开炼后的料输送至发泡机中进行二次发泡，最后得到高阻燃保温材料。
6.根据权利要求5所述的一种高阻燃保温材料的制备方法，其特征在于：S2中还加入有苯氧基聚磷腈弹性体和滑石粉。
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