CN117143412A - 一种阻燃材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻燃材料及其制备方法,包括以下重量份的原料:乙烯醋酸乙烯酯100份、含磷单质与化合物5‑15份、改性硅酸盐5‑25份。该阻燃材料使用乙烯醋酸乙烯酯作为聚合物基体,改性硅酸盐、含磷单质与化合物,通过熔融共混法得到乙烯醋酸乙烯酯阻燃材料。本发明的阻燃材料阻燃效果好,且使用了工业废料作为原料,绿色环保,成本低廉,具有较大的经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及阻燃材料领域,特别涉及改性硅酸盐和含磷单质与化合物复配的环保阻燃剂及其在乙烯醋酸乙烯酯材料中的应用。
背景技术
乙烯醋酸乙烯酯(EVA)在电线电缆等领域的应用非常广泛,然而其化学组成使得其不可避免得具有易燃性能,随着生活水平的提高,人们对其阻燃性及阻燃剂的环保性有了更高的要求。通常会使用更加环保的金属氢氧化物对其进行阻燃处理,然而金属氢氧化物阻燃效率低,需要较高的添加量才能达到阻燃要求,因此寻找一种高效环保的替代品十分必要。
硅酸盐是一种不可燃的无机物,在遇火时能够释放大量水蒸气降低温度,并且快速交联膨胀形成坚固的阻燃硅层,对基体有较好的保护作用。同时硅酸盐在燃烧过程中不产生有毒有害气体,因此,使用硅酸盐是一种高效阻燃剂,可以替代传统有卤阻燃剂和金属氢氧化物类阻燃剂。然而,作为一种需要在加工过程中使用的阻燃剂,硅酸盐的分解温度较低,且阻燃效率较低,需要对阻燃配方进行完善。
发明内容
针对现有技术中上述的不足,本发明要解决的技术问题在于提供一种新型环保的乙烯醋酸乙烯酯的阻燃剂及其制备方法,提高EVA的阻燃性能。同时阻燃剂配方中含有工业废料,所述配方也可以提供一种有毒废料无害化处理及应用的方法。
本发明提出的一种乙烯醋酸乙烯酯的阻燃剂,包括以下重量份的原料:乙烯醋酸乙烯酯(100份)、含磷单质与化合物(5-15份)、改性硅酸盐(5-25份)。
可选的,所述含磷单质与化合物包括红磷、黑鳞、磷酸、三聚磷酸钠、聚磷酸铵、磷酸三苯酯、磷酸三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺中的一种或几种混合。
所述改性硅酸盐的组成成分为:碱金属氢氧化物(9-15份),二氧化硅(10-30份),氟硅粉(10-30份)。
所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或二者混合。
所述二氧化硅为硅溶胶、无定形纳米二氧化硅、气相二氧化硅、二氧化硅分散液、玻璃粉、玻璃微珠中的一种或二者混合。
所述氟硅粉为含有氟硅酸的二氧化硅,是磷化肥生产中产生的废料,其中氟硅酸质量分数为1-5 wt%。
上述硅酸盐的制备方法为:
(1) 在搅拌器中将碱金属氢氧化物溶于去离子水中,以100-1000 r/min的转速搅拌10-50 min制备成强碱性溶液。
(2) 将搅拌器加热至60-95 ℃,搅拌速度为200-1000 r/min,向强碱溶液中加入氟硅粉与二氧化硅,加热搅拌1-6 h。
(3) 将得到的改性硅酸盐溶液收集,并在60-95℃烘干1-3 d。
(4) 将烘干后得到的白色固体研磨、收集,得到改性的硅酸盐粉末。
本发明技术方案中所涉及的原料除特别说明外,均可通过市场购买获得。
本发明还提出了一种乙烯醋酸乙烯酯的阻燃配方的制造方法,包括以下步骤:
将乙烯醋酸乙烯酯、改性硅酸钠、磷干燥后混合均匀;将得到的混合物使用双螺杆挤出机、开炼机或者密炼机进行加工,得到所述阻燃的聚乙烯醋酸乙烯酯材料。
可选的,所述的双螺杆挤出机为异向或者同向双螺杆,挤出温度为100℃-180℃,螺杆的转速为0r/min-100r/min;所述开炼机为双轨开炼机,开炼温度为80℃-180℃,双轨的转速为0r/min-100r/min;所述密炼机为塑料加工用密炼机,密炼温度为100℃-180℃,转子的转速为0r/min-100r/min。
本发明的有益效果 :
本发明合成了一种改性的硅酸盐,并将这种改性的硅酸盐和含磷单质与化合物作为阻燃剂,通过熔融共混法得到阻燃的聚乙烯醋酸乙烯酯材料。这种阻燃剂绿色环保,阻燃效率高,并且处理并使用了工业生产的废料,成本低。
具体实施方式
为了更加清楚的呈现本发明的目的,技术方案和优点,下面将进行完整的描述本发明实施例中的技术方案。本发明中为标注具体条件的均可按照常规条件进行。所用的试剂及仪器除特殊说明外均可从市售途径购买所得。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
根据本发明的多功能助剂组合物按重量份数包括:乙烯醋酸乙烯酯(100份)、含磷单质与化合物(5-15份)、改性硅酸盐(5-25份)。其中,所述含磷单质与化合物包括红磷、黑鳞、磷酸、三聚磷酸钠、聚磷酸铵、磷酸三苯酯、磷酸三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺中的一种或几种混合。
所述改性硅酸盐的组成成分为:碱金属氢氧化物(9-15份),二氧化硅(10-30份),氟硅粉(10-30份)。改性硅酸盐的合成方法,包括以下步骤:在搅拌器中将碱金属氢氧化物溶于去离子水中,以100-1000 r/min的转速搅拌10-50 min制备成强碱性溶液。然后将搅拌器加热至60-95 ℃,搅拌速度为200-1000 r/min,向强碱溶液中加入氟硅粉与二氧化硅,加热搅拌1-6 h。将得到的改性硅酸盐溶液收集,并在60-95℃烘干1-3 d,最后将烘干后得到的白色固体研磨、收集,得到改性的硅酸盐。
下面,介绍采用上述获得的改性阻燃剂来制备阻燃材料的制备步骤:将乙烯醋酸乙烯酯、改性硅酸钠、磷干燥后混合均匀;将得到的混合物使用双螺杆挤出机、开炼机或者密炼机进行加工,得到所述阻燃的聚乙烯醋酸乙烯酯材料。所述的双螺杆挤出机为异向或者同向双螺杆,挤出温度为100℃-180℃,螺杆的转速为0r/min-100r/min,塑料开炼机为双轨开炼机,开炼温度为80℃-180℃,双轨的转速为0r/min-100r/min,密炼机为塑料加工用密炼机,密炼温度为100℃-180℃,转子的转速为0 r/min-100r/min。
以下结合实施例对本发明的特征和性能进行进一步的详细描述。
实施例1
1. 各组分按重量份含量
乙烯醋酸乙烯酯(100份)、改性硅酸钠(14份,包括氢氧化钠(3份)、无定形纳米二氧化硅(4份)、氟硅粉(3份))、红磷(6份)。
2. 制备方法
首先将氢氧化钠加入放有去离子水的搅拌罐中,开机搅拌,以500r/min的转速搅拌10min制得氢氧化钠水溶液。向溶液中加入氟硅粉和无定形二氧化硅,加热至85℃,保持500 r/min的转速继续搅拌3h。最后加入助剂,关闭加热,将转速提升至1500 r/min搅拌1h。缓慢降低转速,收集分散液。将分散液置于器皿中,80℃烘干36 h,最后将得到的改性硅酸盐研磨成粉末。
将乙烯醋酸乙烯酯、改性硅酸钠、红磷在研钵中手动混合,再将预混料加入双螺杆挤出机中。挤出机三区的温度分别为140℃、130℃、130℃转速设置为40 rpm,利用双螺杆挤出机将所配物料挤出成型造粒。
再使用热压机使材料成型,设置压机温度为140度,将上述母粒加入模具中,分别在1mpa、15mpa压力下各报持3分钟最终成型。
对实施例1制得的样品按照以下标准进行了进行燃烧性能测试。
燃烧性能:按照GB/T 2406-2015标准进行LOI标准测试按照,样品氧指数达到了31.2。GB/T 2408-2008进行UL-94标准测试。UL-94达到了V-0等级。
Claims (9)
1.一种阻燃材料,其特征在于,包括以下重量份的原料:乙烯醋酸乙烯酯100份、含磷单质与化合物5-15份、改性硅酸盐5-25份。
2.根据权利要求1所述的阻燃材料,其特征在于,所述含磷单质与化合物包括红磷、黑鳞、磷酸、三聚磷酸钠、聚磷酸铵、磷酸三苯酯、磷酸三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺中的一种或几种混合。
3.根据权利要求1所述的阻燃材料,其特征在于,所述改性硅酸盐的组成成分为:碱金属氢氧化物9-15份,二氧化硅10-30份,氟硅粉10-30份。
4.根据权利要求3所述的阻燃材料,其特征在于,所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或二者混合。
5.根据权利要求3所述的阻燃材料,其特征在于,所述二氧化硅为硅溶胶、无定形纳米二氧化硅、气相二氧化硅、二氧化硅分散液、玻璃粉、玻璃微珠中的一种或二者混合。
6. 根据权利要求3所述的阻燃材料,其特征在于,所述氟硅粉为含有氟硅酸的二氧化硅,是磷化肥生产中产生的废料,其中氟硅酸质量分数为1-5 wt%。
7.根据权利要求3-6中任意一项所述的阻燃材料,其特征在于,所述改性硅酸盐的制备包括以下步骤:
(1) 在搅拌器中将碱金属氢氧化物溶于去离子水中,以100-1000 r/min的转速搅拌10-50 min制备成强碱性溶液;
(2) 将搅拌器加热至60-95 ℃,搅拌速度为200-1000 r/min,向强碱溶液中加入氟硅粉与二氧化硅,加热搅拌1-6 h;
(3) 将得到的改性硅酸盐溶液收集,并在60-95℃烘干1-3 d;
(4) 将烘干后得到的白色固体研磨、收集,得到改性的硅酸盐粉末。
8.根据权利要求1-6中任意一项所述的阻燃材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将乙烯醋酸乙烯酯、改性硅酸钠、磷干燥后混合均匀;将得到的混合物使用双螺杆挤出机、开炼机或者密炼机进行加工,得到所述阻燃材料。
9.根据权利要求8所述的阻燃材料的制备方法,其特征在于,所述的双螺杆挤出机为异向或者同向双螺杆,挤出温度为100℃-180℃,螺杆的转速为0r/min-100r/min;所述开炼机为双轨开炼机,开炼温度为80℃-180℃,双轨的转速为0r/min-100r/min;所述密炼机为塑料加工用密炼机,密炼温度为100℃-180℃,转子的转速为0r/min-100r/min。
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