CN116285162A - 一种高阻燃性pvc薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种高阻燃性PVC薄膜及制备方法，该PVC薄膜包括如下配方组分：PVC粉体100份，增塑剂30～50份、环保稳定剂1～5份、抑烟剂2～15份、复配阻燃剂25～125份以及二氧化钛10～30份。制备方法，包括以下步骤：采用PVC树脂作为主要原料，添加增塑剂、环保稳定剂、抑烟剂、复配阻燃剂及二氧化钛作为功能助剂；经高速搅拌混合、成型挤出、塑化、过滤、压延、冷却和卷取而成薄膜。本申请高阻燃性PVC薄膜的氧指数大幅高于常见的PVC阻燃薄膜，大幅提升了PVC薄膜的阻燃性能；本申请中的高阻燃性PVC薄膜燃烧后炭层致密，可起到隔绝可燃性气体和氧气的作用，阻燃性能提升明显；本申请制备方法具有工艺简单、操作方便、所用原料价格优廉和工业化实施容易等优点。

Description

一种高阻燃性PVC薄膜及其制备方法
技术领域
本申请属于PVC薄膜技术领域，具体涉及一种高阻燃性PVC薄膜及其制备方法。
背景技术
聚氯乙烯(PVC)是一种以氯乙烯为单体的线性高分子材料，是世界第二大通用塑料。PVC在建筑业、日用品、地板、电缆、皮革、薄膜、纤维等行业可见其身影，应用较为广泛。但是PVC为脆性材料，这限制了纯PVC材料在薄膜领域的应用。在脆性PVC制品中添加增塑剂，可以使得PVC更易于加工成型，添加量可达到20％～60％，具有巨大的市场应用前景。
虽然PVC树脂的氯含量大于50％，本身不能燃烧，但是大多数PVC制品都具有可燃性，尤其是PVC软制品，这是由于其加工过程中添加了大量不具阻燃性能的增塑剂，例如邻苯二甲酸(2-乙基己)酯(DOP)，己二酸二(2-乙基己)酯(DOA)和四戊酸季戊四醇酯(Pevalen)等。添加阻燃剂是解决高分子材料阻燃性能的常见方法，常见的PVC阻燃剂为含磷阻燃增塑剂、三氧化二锑(Sb2O3)、氢氧化镁(MH)、氢氧化铝(ATH)和硼酸锌(ZB)等。
含磷阻燃增塑剂可部分取代常用的PVC增塑剂，起到气相和凝聚相阻燃的作用，其主要体现在燃烧过程中含磷的阻燃剂分解后可以捕捉气相中的氧、氢和羟基自由基，从而中断聚合物燃烧链段。此外，凝聚相阻燃中磷系阻燃剂可以生成聚偏磷酸，偏聚磷酸可以使聚合物脱水炭化为炭层，从而隔绝氧气和可燃性气体，发挥阻燃作用。
三氧化二锑可在PVC燃烧中起到气相阻燃和凝聚相阻燃的作用。气相阻燃中锑系阻燃剂可捕捉气相中的氧、氢和羟基自由基，从而中断聚合物燃烧链段。同时由于燃烧产生的SbCl3密度较大，SbCl3蒸汽能较长时间停留在燃烧区内，覆盖在聚合物表面，起到隔热、隔氧的作用。
氢氧化物的阻燃主要是气相和凝聚相协同机理。阻燃效应主要表现为分解过程中吸热，降低持续燃烧所需的热量；受热释放结合水，稀释可燃性气体和氧气；燃烧中成炭，隔绝可燃性气体和氧气。
硼酸锌的阻燃机理主要是凝聚相阻燃机理。硼酸锌熔融产生的玻璃质硼酸盐覆盖在聚合物基质表面，形成阻隔层，硼酸锌还有促进PVC炭化和抑烟的作用。其本身的阻燃性能较差，需与传统阻燃剂复配使用才能显著提高其阻燃抑烟性能。
近年来，随着行业对PVC阻燃的认识不断提升，开发了许多种类的PVC阻燃薄膜。公开号为CN 110204844 B专利公开了一种抗冲击高效阻燃装饰膜的制备方法，复配阻燃剂为超细硼酸锌、三氧化二锑和磷系阻燃剂，阻燃薄膜可满足NFPA 701要求。公开号为CN106633526 A的专利公开了一种软质透明PVC阻燃薄膜的制备方法，阻燃增塑剂为三(1-氯-2-丙基)磷酸酯，然而该薄膜的氧指数仅为30％左右。公开号为CN102587218A的专利公开了一种含有聚氯乙烯的复合型壁纸的制备方法，阻燃剂为硼酸锌、氢氧化铝、磷酸三乙酯等其中的一种或多种，氧指数可达到32％左右。公开号为CN 104650441 B的专利公开了一种陶瓷化阻燃高分子复合材料的制备方法，无卤阻燃剂为聚磷酸铵、聚磷酸铵与成炭剂复配物、改性聚磷酸铵等其中一种或多种，协效阻燃剂为水滑石、氧化锑和硼酸锌等其中一种或多种，其报道的氧指数可达28％。
以上公开专利中的PVC阻燃改性方法各有侧重，然而其阻燃提升相对有限。众所周知，现有PVC阻燃体系中，仅加入单一阻燃剂无法达到“阻燃增效”、“促进成炭”、“改善炭层致密性”、“防止熔滴”和“抑烟”等多重阻燃功效，复配混合阻燃剂则可以实现这一目标。此外，以政府大楼、医院和学校等地方的天花膜为例，为进一步扩大PVC阻燃薄膜的应用领域，这类产品需进一步提升其阻燃等级。因此，进一步提升PVC薄膜的综合阻燃性能十分有意义。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种高阻燃性PVC薄膜及其制备方法。
为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：
本申请提出了一种高阻燃性PVC薄膜，包括如下配方组分：PVC粉体100份，增塑剂30～50份、环保稳定剂1～5份、抑烟剂2～15份、复配阻燃剂25～125份以及二氧化钛10～30份。
可选地，上述的高阻燃性PVC薄膜，其中，所述增塑剂为己二酸二(2-乙基己)酯(DOA)、四戊酸季戊四醇酯(Pevalen)或四溴苯酐酯中的一种或者多种。
可选地，上述的高阻燃性PVC薄膜，其中，所述四溴苯酐酯包括：四溴邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯、四溴苯酐二甲酯、四溴苯酐二己酯、四溴苯酐二庚酯或四溴苯酐二癸酯中的一种或多种。
可选地，上述的高阻燃性PVC薄膜，其中，所述环保稳定剂为钡锌、钙锌、镁铝锌或有机锡类稳定剂中一种或多种。
可选地，上述的高阻燃性PVC薄膜，其中，所述抑烟剂为钼化物、铁化合物、金属氧化物或锌镁复合物中的一种或者多种。
可选地，上述的高阻燃性PVC薄膜，其中，所述钼化合物为三氧化钼或八钼酸铵中的一种或多种；和/或，所述铁化合物为二茂铁。
可选地，上述的高阻燃性PVC薄膜，其中，所述金属化合物为氧化镁、氧化锌、氧化镍或氧化锆中的一种或者多种；和/或，所述镁锌化合物为氧化镁和氧化锌的复合物。
可选地，上述的高阻燃性PVC薄膜，其中，所述复配阻燃剂为三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝、锌化合物或无机矿物质中的一种或者多种。
可选地，上述的高阻燃性PVC薄膜，其中，所述锌化合物为硼酸锌、铝酸锌或锡酸锌中的一种或多种。
可选地，上述的高阻燃性PVC薄膜，其中，所述无机矿物质为钠基蒙脱土、钙基蒙脱土、硅灰石、蛭石、高岭石或埃洛石中的一种或多种。
本申请还提出了一种高阻燃性PVC薄膜的制备方法，包括以下步骤：
采用PVC树脂作为主要原料，添加增塑剂、环保稳定剂、抑烟剂、复配阻燃剂及二氧化钛作为功能助剂；
经高速搅拌混合、成型挤出、塑化、过滤、压延、冷却和卷取而成薄膜。
与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：
本申请高阻燃性PVC薄膜的氧指数大幅高于常见的PVC阻燃薄膜，大幅提升了PVC薄膜的阻燃性能，进一步扩大PVC阻燃薄膜的应用领域；本申请中的高阻燃性PVC薄膜燃烧后炭层致密，可起到隔绝可燃性气体和氧气的作用，阻燃性能提升明显；本申请制备方法具有工艺简单、操作方便、所用原料价格优廉和工业化实施容易等优点。
本申请中溴系阻燃剂和蒙脱土协同作用下，高阻燃性PVC薄膜燃烧后的炭层表面鼓包成微球，从而起到隔热的作用。
本申请的阻燃机理不仅限于促进PVC成炭、改善炭层致密性和捕获自由基等。为了进一步提升PVC薄膜的阻燃性能，本申请制备的阻燃薄膜燃烧后炭层表面出现的膨胀微球，起到了隔热作用，从而降低了热量到达聚合物基体表面的温度。
本申请中的复配阻燃剂除了引入三氧化二锑、硼酸锌和高岭土等阻燃剂外，还进一步引入环保溴系阻燃剂和蒙脱土，可起到协同阻燃作用。具体的协同机理是溴系阻燃剂既可以部分取代可燃性阻燃剂，又可以在燃烧过程中促进蒙脱土的剥离，鼓包成微球，从而起到隔热的作用。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1：本申请对比例1垂直燃烧后炭层表面的SEM图一；
图2：本申请对比例1垂直燃烧后炭层表面的SEM图二；
图3：本申请对比例1垂直燃烧后炭层表面的SEM图三；
图4：本申请对比例2垂直燃烧后炭层表面的SEM图一；
图5：本申请对比例2垂直燃烧后炭层表面的SEM图二；
图6：本申请对比例2垂直燃烧后炭层表面的SEM图三；
图7：本申请对比例3垂直燃烧后炭层表面的SEM图一；
图8：本申请对比例3垂直燃烧后炭层表面的SEM图二；
图9：本申请对比例3垂直燃烧后炭层表面的SEM图三；
图10：本申请实施例1垂直燃烧后炭层表面的SEM图一；
图11：本申请实施例1垂直燃烧后炭层表面的SEM图二；
图12：本申请实施例1垂直燃烧后炭层表面的SEM图三；
图13：本申请实施例2垂直燃烧后炭层表面的SEM图一；
图14：本申请实施例2垂直燃烧后炭层表面的SEM图二；
图15：本申请实施例2垂直燃烧后炭层表面的SEM图三；
图16：本申请实施例3垂直燃烧后炭层表面的SEM图一；
图17：本申请实施例3垂直燃烧后炭层表面的SEM图二；
图18：本申请实施例3垂直燃烧后炭层表面的SEM图三；
图19：本申请实施例4垂直燃烧后炭层表面的SEM图一；
图20：本申请实施例4垂直燃烧后炭层表面的SEM图二；
图21：本申请实施例4垂直燃烧后炭层表面的SEM图三；
图22：本申请实施例5垂直燃烧后炭层表面的SEM图一；
图23：本申请实施例5垂直燃烧后炭层表面的SEM图二；
图24：本申请实施例5垂直燃烧后炭层表面的SEM图三；
图25：本申请实施例6垂直燃烧后炭层表面的SEM图一；
图26：本申请实施例6垂直燃烧后炭层表面的SEM图二；
图27：本申请实施例6垂直燃烧后炭层表面的SEM图三。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请通过不同的对比例以及实施例进行进一步详细说明，其中，如下表1中的重量份数称取各组分，经高速搅拌混合、成型挤出、塑化、过滤、压延、冷却和卷取而成薄膜。其中，不同对比例和实施例的SEM图请参考图1至图27所示。
表1本申请中的各对比例和各实施例的配方表
Figure BDA0004197544780000061
Figure BDA0004197544780000071
本申请制备的高阻燃性PVC薄膜的厚度控制为0.2mm，并测试其垂直燃烧UL94等级和其氧指数，具体数据如表2所示，本申请中的高阻燃性PVC阻燃薄膜的阻燃性能高于常规的PVC阻燃薄膜。
表2本申请中各对比例以及实施例的垂直燃烧UL94等级和其氧指数表
配方 UL 94rating 氧指数(％)
对比例1 VTM-0 37.3
对比例2 VTM-0 48.6
对比例3 VTM-0 45.3
实施例1 VTM-0 49.8
实施例2 VTM-0 53.2
实施例3 VTM-0 49.2
实施例4 VTM-0 40.8
实施例5 VTM-0 59.8
实施例6 VTM-0 50.1
其中，基于实施例1至实施例6以及继续参考图10至图12所示，实施例1通过引入高岭石和硅灰石后，PVC阻燃薄膜的炭层致密性好；继续参考图21至图24所示，实施例5在四溴邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯与蒙脱土存在下，PVC薄膜燃烧后炭层致密性好，炭层表面鼓包成微球，从而起到隔热的作用。继续参考实施1至实施例6，本申请的阻燃机理不仅限于促进PVC成炭、改善炭层致密性和捕获自由基等。为了进一步提升PVC薄膜的阻燃性能，本申请制备的阻燃薄膜燃烧后炭层表面出现的膨胀微球，起到了隔热作用，从而降低了热量到达聚合物基体表面的温度；其中，复配阻燃剂除了引入三氧化二锑、硼酸锌和高岭土等阻燃剂外，还进一步引入环保溴系阻燃剂和蒙脱土，可起到协同阻燃作用；具体的协同机理是溴系阻燃剂既可以部分取代可燃性阻燃剂，又可以在燃烧过程中促进蒙脱土的剥离，鼓包成微球，从而起到隔热的作用。
本申请高阻燃性PVC薄膜的氧指数大幅高于常见的PVC阻燃薄膜，大幅提升了PVC薄膜的阻燃性能，进一步扩大PVC阻燃薄膜的应用领域；本申请中的高阻燃性PVC薄膜燃烧后炭层致密，可起到隔绝可燃性气体和氧气的作用，阻燃性能提升明显；本申请制备方法具有工艺简单、操作方便、所用原料价格优廉和工业化实施容易等优点。综上，本申请具有良好的市场应用前景。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种高阻燃性PVC薄膜，其特征在于，包括如下配方组分：PVC粉体100份，增塑剂30～50份、环保稳定剂1～5份、抑烟剂2～15份、复配阻燃剂25～125份以及二氧化钛10～30份。
2.根据权利要求1所述的高阻燃性PVC薄膜，其特征在于，所述增塑剂为己二酸二(2-乙基己)酯(DOA)、四戊酸季戊四醇酯(Pevalen)或四溴苯酐酯中的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的高阻燃性PVC薄膜，其特征在于，所述环保稳定剂为钡锌、钙锌、镁铝锌或有机锡类稳定剂中一种或多种。
4.根据权利要求1所述的高阻燃性PVC薄膜，其特征在于，所述抑烟剂为钼化物、铁化合物、金属氧化物或锌镁复合物中的一种或者多种。
5.根据权利要求4所述的高阻燃性PVC薄膜，其特征在于，所述钼化合物为三氧化钼或八钼酸铵中的一种或多种；和/或，所述铁化合物为二茂铁。
6.根据权利要求4所述的高阻燃性PVC薄膜，其特征在于，所述金属化合物为氧化镁、氧化锌、氧化镍或氧化锆中的一种或者多种；和/或，所述镁锌化合物为氧化镁和氧化锌的复合物。
7.根据权利要求1至6任一项所述的高阻燃性PVC薄膜，其特征在于，所述复配阻燃剂为三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝、锌化合物或无机矿物质中的一种或者多种。
8.根据权利要求7所述的高阻燃性PVC薄膜，其特征在于，所述锌化合物为硼酸锌、铝酸锌或锡酸锌中的一种或多种。
9.根据权利要求7所述的高阻燃性PVC薄膜，其特征在于，所述无机矿物质为钠基蒙脱土、钙基蒙脱土、硅灰石、蛭石、高岭石或埃洛石中的一种或多种。
10.一种如权利要求1至9任一项高阻燃性PVC薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用PVC树脂作为主要原料，添加增塑剂、环保稳定剂、抑烟剂、复配阻燃剂及二氧化钛作为功能助剂；
经高速搅拌混合、成型挤出、塑化、过滤、压延、冷却和卷取而成薄膜。
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