CN115895140B - 一种聚氯乙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚氯乙烯复合材料及其制备方法和应用，涉及高分子材料领域。聚氯乙烯复合材料包括聚氯乙烯树脂、增塑剂、增韧剂、稳定剂、复配阻燃剂、加工助剂；复配阻燃剂包括增塑型阻燃剂、金属氧化物、海泡石、金属氢氧化物；增塑剂包括增塑剂A和/或增塑剂B，增塑剂A为对苯二甲酸二辛酯和/或邻苯二甲酸二(2丙基庚基)酯，增塑剂B为癸二酸二辛酯和/或己二酸二辛酯。本申请通过采用复配阻燃剂体系和复配增塑剂体系，利用海泡石配合金属氧化物、金属氢氧化物和增塑型阻燃剂，整体提高复合材料的阻燃性能，实现高阻燃、低发烟、低脆化温度的增塑聚氯乙烯材料。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种聚氯乙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚氯乙烯材质本身氯含量高达56％以上，使树脂本身具备难燃特性，而增塑软质聚氯乙烯材料，由于增塑剂的引入，使得材料的氧指数从45降到20左右，大大失去了材料本身的阻燃性，此外PVC材料在发生火灾时会产生大量黑烟，阻碍逃生路线，降低人员逃生率。
现有的技术条件下制备同时具有阻燃及低烟的软质聚氯乙烯材料，主要通过填充型阻燃剂与辅助阻燃剂的搭配实现，填充型阻燃剂如氢氧化镁、氢氧化铝等，需要大量填充方才有低烟的效果，虽然价格较低但其阻燃性较差；辅助型阻燃如锑系、硼系、磷系等，此类产品阻燃效果较好，但无法有效抑制发烟量，并且材料价格较高。综合以上情况，目前现有同时满足阻燃及低烟的话，体系成本较高，产品的物理性能较差，整体不能满足商业上的需求。
发明内容
本发明提供了一种聚氯乙烯复合材料及其制备方法和应用，以提高复合材料的阻燃性和低烟性能。
为了解决上述技术问题，本发明目的之一提供了一种聚氯乙烯复合材料，包括以下重量份组分：
聚氯乙烯树脂：40份-60份；
增塑剂:19份-47份；
增韧剂：5份-15份；
稳定剂：5份-12份；
复配阻燃剂：32份-50份；
加工助剂：1-8份；
其中，复配阻燃剂包括以下重量份组分：
增塑型阻燃剂：6份-11份；
金属氧化物：4份-9份；
海泡石：0.5份-4份；
金属氢氧化物：22份-26份；
所述增塑剂包括重量份为15份-35份的增塑剂A和0份-12份的增塑剂B，所述增塑剂A为对苯二甲酸二辛酯和/或邻苯二甲酸二(2丙基庚基)酯，所述增塑剂B为癸二酸二辛酯和/或己二酸二辛酯。
通过采用上述方案，聚氯乙烯复合材料由于增塑剂的引入，使得材料的氧指数大幅降低，大大失去了材料本身的阻燃性，本申请通过采用复配阻燃剂体系，其中海泡石的固体酸性对软质PVC高分子链的催化结碳作用加强，同时由于海泡石中的结构水增加，配合其他阻燃剂，整体提高复合材料的阻燃性能，提高材料的氧指数同时降低烟雾浓度。
作为优选方案，所述增塑型阻燃剂为异丙基化磷酸三苯酯和/或四溴邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯，所述金属氢氧化物为氢氧化镁和/或氢氧化铝；所述金属氧化物为三氧化二锑、二氧化锡和氧化镁中的一种或多种。
作为优选方案，所述增塑型阻燃剂包括质量比为(1-2)：(1-2)异丙基化磷酸三苯酯和四溴邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯。
作为优选方案，所述复配阻燃剂由增塑型阻燃剂、金属氧化物、海泡石和金属氢氧化物按质量比为(6-10)：(4-8)：(1-3)：(22-28)复配。
通过采用上述方案，上述复配的增塑剂可以削弱聚合物分子间的次价键，从而增加聚合物分子链的移动性，降低了聚合物的结晶性，从而显著增加复合材料体系的塑性，同时改善了材料的低温冲击性。
作为优选方案，所述海泡石为α型海泡石，相比于结构相对致密块状的β型海泡石，α型海泡石具有纤维状结构，更能促进聚合物燃烧过程中碳层的形成，提高阻燃性能和低烟性能。
作为优选方案，所述增韧剂为氯化聚氯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丁二烯及苯乙烯的三元共聚物中的一种或多种。
作为优选方案，所述氯化聚氯乙烯的氯质量含量为30-40％。
作为优选方案，所述稳定剂为钙锌稳定剂。
本申请采用的钙锌稳定剂可以为市售中任一种类型的钙锌稳定剂，本领域技术人员可以根据领域内的常识进行常规选择，并不局限于某一类具体的产品，例如CZX-768、RUP-108、UL-493等。
作为优选方案，所述加工助剂为丙烯酸酯类塑化促进剂。
作为优选方案，所述丙烯酸酯类塑化促进剂为甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯共聚物中的一种或几种。
作为优选方案，所述丙烯酸酯类塑化促进剂的平均分子量在100万以上。
作为优选方案，所述聚氯乙烯树脂的聚合度为1100-1500。
作为优选方案，所述增塑剂的闪点在160℃以上。
作为优选方案，所述增塑剂的闪点为170-300℃。
作为优选方案，包括以下重量份组分：
聚氯乙烯树脂：50份-55份；
增塑剂:26份-33份；
增韧剂：10份-13份；
稳定剂：8份-9份；
复配阻燃剂：37份-41份；
加工助剂：2-5份；
其中，复配阻燃剂包括以下重量份组分：
增塑型阻燃剂：7份-8份；
金属氧化物：5份-6份；
海泡石：1份-2份；
金属氢氧化物：24份-25份。
为了解决上述技术问题，本发明目的之二提供了一种聚氯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)先往高混设备里添加聚氯乙烯树脂、稳定剂，启动高混设备，然后加入增塑剂组分，混合至温度达到80-120℃，再加入加工助剂、复配阻燃剂、增韧剂，高速混合至130-145℃，得到混合好的半成品材料；
(2)然后加入双螺杆挤出设备中挤出造粒，挤出温度为110℃-130℃；螺杆转速为300-500转/分钟，制得聚氯乙烯复合材料。
为了解决上述技术问题，本发明目的之三提供了一种聚氯乙烯复合材料在电子电气、电线电缆中的应用。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本申请通过采用复配阻燃剂体系，利用海泡石的固体酸性对软质PVC高分子链的催化结碳作用加强，同时由于海泡石中的结构水增加，配合其他阻燃剂，整体提高复合材料的阻燃性能，提高材料的氧指数同时降低烟雾浓度；同时利用本申请增塑剂体系与阻燃剂体系相互配合，从而降低增塑剂对产品阻燃性能的影响，以获得本申请阻燃性能优越的产品。
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作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。
以下表1为本申请实施例和对比例中原料的来源和性能参数，如无特别说明，对苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二(2丙基庚基)酯、氢氧化镁、氢氧化铝、三氧化二锑、二氧化锡、氧化镁均为市售获得，且平行试验中采用的是相同的对苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二(2丙基庚基)酯、氢氧化镁、氢氧化铝、三氧化二锑、二氧化锡、氧化镁。
表1-本申请实施例和对比例中原料的来源和性能参数
实施例1-8
一种聚氯乙烯复合材料，如表2所示，包括40kg-60kg的聚氯乙烯树脂、15kg-35kg的增塑剂A、4kg-12kg的增塑剂B、5kg-15kg的增韧剂、32kg-50kg的复配阻燃剂、5kg-12kg的钙锌稳定剂和3kg丙烯酸酯类塑化促进剂，增塑剂A为对苯二甲酸二辛酯，增塑剂B为癸二酸二辛酯，复配阻燃剂包括6kg-11kg的增塑型阻燃剂、4kg-9kg的金属氧化物、0.5kg-4kg的α型海泡石和22kg-26kg的金属氢氧化物，增塑型阻燃剂为四溴邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯，金属氢氧化物为氢氧化镁；金属氧化物为三氧化二锑；增韧剂为氯化聚氯乙烯。
上述一种聚氯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)先往高速混合机里添加聚氯乙烯树脂、钙锌稳定剂，启动高混机，然后加入增塑剂A、B组分，混至温度达到100℃，再加入加工助剂、复配阻燃剂、增韧剂，高速混合至140℃，得到混合好的半成品材料；
(2)然后加入双螺杆挤出机中挤出造粒，各区挤出温度：一区110℃，二区120℃，三区130℃，四区130℃，五区130℃，六区120℃，七区110℃，八区110℃，九区110℃；螺杆转速为400转/分钟，制得聚氯乙烯复合材料。
表2-实施例1-8中各组分及含量
实施例9
一种聚氯乙烯复合材料，各步骤及各步骤使用的试剂、工艺参数均与实施例3相同，不同的地方在于，α型海泡石采用等量β-海泡石替代。
实施例10
一种聚氯乙烯复合材料，各步骤及各步骤使用的试剂、工艺参数均与实施例3相同，不同的地方在于，增塑型阻燃剂由异丙基化磷酸三苯酯和四溴邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯按质量比为1：1比例复配。
对比例1
一种聚氯乙烯复合材料，各步骤及各步骤使用的试剂、工艺参数均与实施例3相同，不同的地方在于，α型海泡石采用等量氢氧化镁替代。
对比例2
一种聚氯乙烯复合材料，各步骤及各步骤使用的试剂、工艺参数均与实施例3相同，不同的地方在于，金属氧化物采用等量氢氧化镁替代。
对比例3
一种聚氯乙烯复合材料，各步骤及各步骤使用的试剂、工艺参数均与实施例3相同，不同的地方在于，增塑型阻燃剂采用等量氢氧化镁替代。
对比例4
一种聚氯乙烯复合材料，各步骤及各步骤使用的试剂、工艺参数均与实施例3相同，不同的地方在于，氢氧化镁采用等量三氧化二锑替代。
对比例5
一种聚氯乙烯复合材料，各步骤及各步骤使用的试剂、工艺参数均与实施例3相同，不同的地方在于，复配阻燃剂包括3kg的增塑型阻燃剂、12kg的金属氧化物、20kg的金属氢氧化物、6kg的α型海泡石。
对比例6
一种聚氯乙烯复合材料，各步骤及各步骤使用的试剂、工艺参数均与实施例3相同，不同的地方在于，增塑剂A采用等量增塑剂B替代。
性能检测试验
1、脆化温度：采用GB/T5470-2008塑料冲击法脆化温度的测定标准进行检测，低于-20℃为优，根据标准制备试样，检测结果如表3所示。
2、烟雾浓度(有焰)：采用GB/T 8323-2008烟密度测试标准进行检测，根据标准制备试样，检测结果如表3所示。
3、氧指数：采用GB-T 2406-1993塑料燃烧性能试验方法标准进行检测，氧指数大于30为优，根据标准制备试样，检测结果如表3所示。
表3-实施例1-10和对比例1-6的性能检测结果
| 检测项目 | 脆化温度(℃) | 烟雾浓度 | 氧指数 |
| 实施例1 | -22 | 286 | 36 |
| 实施例2 | -25 | 193 | 38 |
| 实施例3 | -35 | 168 | 48 |
| 实施例4 | -28 | 213 | 36 |
| 实施例5 | -30 | 196 | 34 |
| 实施例6 | -26 | 234 | 35 |
| 实施例7 | -34 | 189 | 42 |
| 实施例8 | -34 | 232 | 43 |
| 实施例9 | -32 | 296 | 41 |
| 实施例10 | -33 | 156 | 49 |
| 对比例1 | -25 | 170 | 29 |
| 对比例2 | -32 | 165 | 27 |
| 对比例3 | -16 | 163 | 28 |
| 对比例4 | -17 | 380 | 25 |
| 对比例5 | -21 | 355 | 31 |
| 对比例6 | -33 | 364 | 30 |
结合表3中实施例3和对比例1-3的性能检测结果可知，本申请通过采用复配阻燃剂体系，利用海泡石的固体酸性对软质PVC高分子链的催化结碳作用加强，同时由于海泡石中的结构水增加，配合其他阻燃剂，整体提高复合材料的阻燃性能，提高材料的氧指数同时降低烟雾浓度，最终复合材料的脆化温度达到-22℃以下，烟雾浓度达到156以上，氧指数达到34以上；由于增塑型阻燃剂是属于液体增塑，可以实现阻燃和增塑作用，而金属氢氧化物属于无机粉体，对材料的脆化温度存在负面作用，导致对比例1-3的脆化温度呈现不同程度的提高。
结合表3中实施例3和7-8的性能检测结果可知，本申请通过对复配阻燃剂中增塑型阻燃剂、金属氧化物、海泡石和金属氢氧化物的质量比限定为(6-10)：(4-8)：(1-3)：(22-28)，复合材料的阻燃性能和低烟性能可以体现在最优水平，复配效果较好；同时材料的脆化温度受海泡石和增塑阻燃剂变化的影响而提高。
结合表3中实施例3和9的性能检测结果可知，相比于结构相对致密块状的β型海泡石，α型海泡石具有纤维状结构，更能促进聚合物燃烧过程中碳层的形成，提高阻燃性能和低烟性能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种聚氯乙烯复合材料，其特征在于，包括以下重量份组分：
聚氯乙烯树脂：40份-60份；
增塑剂:19份-47份；
增韧剂：5份-15份；
稳定剂：5份-12份；
复配阻燃剂：32份-50份；
加工助剂：1-8份；
其中，所述复配阻燃剂由增塑型阻燃剂、金属氧化物、海泡石和金属氢氧化物按质量比为(6-10)：(4-8)：(1-3)：(22-28)复配；
所述增塑剂包括重量份为15份-35份的增塑剂A和4份-12份的增塑剂B，所述增塑剂A为对苯二甲酸二辛酯和/或邻苯二甲酸二(2丙基庚基)酯，所述增塑剂B为癸二酸二辛酯和/或己二酸二辛酯。
2.如权利要求1所述的一种聚氯乙烯复合材料，其特征在于，所述增塑型阻燃剂为异丙基化磷酸三苯酯和/或四溴邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯，所述金属氢氧化物为氢氧化镁和/或氢氧化铝；所述金属氧化物为三氧化二锑、二氧化锡和氧化镁中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种聚氯乙烯复合材料，其特征在于，所述海泡石为α型海泡石。
4.如权利要求1所述的一种聚氯乙烯复合材料，其特征在于，所述稳定剂为钙锌稳定剂，所述增韧剂为氯化聚氯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丁二烯及苯乙烯的三元共聚物中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的一种聚氯乙烯复合材料，其特征在于，所述加工助剂为丙烯酸酯类塑化促进剂。
6.如权利要求5所述的一种聚氯乙烯复合材料，其特征在于，所述丙烯酸酯类塑化促进剂为甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯共聚物中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的一种聚氯乙烯复合材料，其特征在于，包括以下重量份组分：
聚氯乙烯树脂：50份-55份；
增塑剂:26份-33份；
增韧剂：10份-13份；
稳定剂：8份-9份；
复配阻燃剂：37份-41份；
加工助剂：2-5份；
其中，复配阻燃剂包括以下重量份组分：
增塑型阻燃剂：7份-8份；
金属氧化物：5份-6份；
海泡石：1份-2份；
金属氢氧化物：24份-25份。
8.一种如权利要求1-7任一所述的聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)先往高混设备里添加聚氯乙烯树脂、稳定剂，启动高混设备，然后加入增塑剂组分，混合至温度达到80-120℃，再加入加工助剂、复配阻燃剂、增韧剂，高速混合至130-145℃，得到混合好的半成品材料；
(2)然后加入双螺杆挤出设备中挤出造粒，挤出温度为110℃-130℃；螺杆转速为300-500转/分钟，制得聚氯乙烯复合材料。
9.一种如权利要求1-7任一所述的聚氯乙烯复合材料在电子电气、电线电缆中的应用。
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