TWI829383B - 高阻燃低發煙聚氯乙烯押出管材的組成物及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種高阻燃低發煙聚氯乙烯押出管材的組成物及其製造方法。組成物包含聚氯乙烯樹脂材料、阻燃添加劑、及成碳添加劑。聚氯乙烯樹脂材料的用量是介於10重量份（PHR）至90重量份之間。阻燃添加劑的用量是介於0.5重量份至2.0重量份之間。阻燃添加劑為經由改質劑修飾的含磷阻燃劑。成碳添加劑的用量是介於0.2重量份至1.0重量份之間。成碳添加劑是選自由氯化鋅、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、氫氧化錫酸鋅、無水錫酸鋅、磷酸鋅、及磷酸鋯，所組成的材料群組的至少其中之一。阻燃添加劑及成碳添加劑於組成物中的總添加量不大於3重量份。

Description

高阻燃低發煙聚氯乙烯押出管材的組成物及其製造方法
本發明涉及一種管材的組成物，特別是涉及一種高阻燃低發煙量聚氯乙烯押出管材的組成物及其製造方法。
聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）樹脂材料具備了優異的電絕緣性及機械強度，並且也具備價格低廉的優勢，使得聚氯乙烯樹脂材料被廣泛地應用於建築領域以及電氣領域，例如：水管材料、電線管路、櫥櫃傢俱、電線電纜…等用途。純的聚氯乙烯具有較高的氯含量（一般在55%以上），使得其極限氧指數範圍能達到45以上。因此，純的聚氯乙烯具有難燃的特性，並且可以做為阻燃材料。
然而，由於聚氯乙烯在燃燒時會釋放大量的黑煙，如此不僅阻礙了逃生的視線，並且黑煙中包含有鹽酸及具有多苯結構的化合物，因此也降低了逃生存活的機率。
美國專利號US4670494A（申請人GARY CHEMICAL CORP.）提出以硼酸鋅、磷酸酯、及溴化酸酯等阻燃添加劑，混摻於聚氯乙烯樹脂材料中，以降低樹脂材料於燃燒時的發煙量。Carty提出以錫酸鹽、鹽基性氧化鐵、及鉬酸胺等阻燃添加劑，混摻於聚氯乙烯樹脂材料中，以有效抑制樹脂材料於燃燒時的發煙量(Flame-retardancy and Smoke-suppression Studies on Ferrocene Derivatives in PVC,Applied Organometallic Chemistry,Volume 10,Issue 2,March 1996,P.101-111)。
美國專利號US20140336321A1（申請人日本積水化學公司）提出以磷化合物及膨脹型石墨作為聚氯乙烯樹脂材料的阻燃添加劑。美國專利號US5891571A（申請人ALCAN INTERNATIONAL LIMITED）提出以八鉬酸胺、錫酸鋅、及三氧化銻等阻燃添加劑，混摻於聚氯乙烯樹脂材料中，以降低樹脂材料於燃燒時的發煙量。
台灣專利號TWI651352（申請人南亞塑膠工業股份有限公司）提出以聚[二(苯氧基)偶磷氮烯]、硬脂酸鋅、及硬脂酸鈣等阻燃添加劑，混摻於聚氯乙烯樹脂材料中，以得到具有高阻燃及低發煙量特性的阻燃板材。
然而，上述現有技術所提出的阻燃配方皆具有阻燃添加劑的添加量高以及價格高等缺點，因此難以維持聚氯乙烯樹脂材料在成本低廉上的優勢。再者，由於阻燃添加劑的添加量高，因此諸如管材的成型品具有抗張強度不佳及耐衝擊強度下降等問題。
於是，本發明人有感上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發明。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種高阻燃低發煙聚氯乙烯押出管材的組成物及其製造方法。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種高阻燃低發煙聚氯乙烯押出管材的組成物，其包括：一聚氯乙烯樹脂材料，其用量是介於10重量份（PHR）至90重量份之間；一阻燃添加劑，其用量是介於0.5重量份至2.0重量份之間；其中，所述阻燃添加劑為經由一改質劑修飾的一含磷阻燃劑；以及一成碳添加劑，其用量是介於0.2重量份至1.0重量份之間；其中，所述成碳添加劑是選自由氯化鋅（zinc chloride）、硬脂酸鋅（zinc stearate）、硬脂酸鈣（calcium stearate）、氫氧化錫酸鋅（hydroxide zinc stannate）、無水錫酸鋅（anhydrous zinc stannate）、磷酸鋅（zinc phosphate）、及磷酸鋯（zirconium phosphate），所組成的材料群組的至少其中之一；其中，所述阻燃添加劑及所述成碳添加劑於所述組成物中的一總添加量不大於3重量份。
優選地，所述改質劑為一無機改質劑或一有機改質劑；所述無機改質劑是選自由氧化鋅（zinc oxide）、次磷酸鋅（zinc hypophosphite）、及氫氧化鎂（magnesium hydroxide），所組成的材料群組的至少其中之一；並且所述有機改質劑為烷基磷酸（alkyl phosphoric acid）。
優選地，所述改質劑是通過共價鍵結修飾至所述含磷阻燃劑上。
優選地，所述阻燃添加劑為經由所述改質劑修飾的三聚氰胺磷酸鹽類阻燃劑（melamine phosphate flame retardant）。
優選地，所述阻燃添加劑的用量是介於所述成碳添加劑的用量的10倍至0.5倍之間。
優選地，所述組成物進一步包括：一氯化聚氯乙烯樹脂材料；其中，所述聚氯乙烯樹脂材料的一第一數量平均聚合度（DPn）是介於1,000至1,800之間，並且所述氯化聚氯乙烯樹脂材料的一第二數量平均聚合度是介於800至1,350之間。
優選地，所述聚氯乙烯樹脂材料為具有高氯含量的聚氯乙烯樹脂，並且所述聚氯乙烯樹脂材料具有不小於55%的氯含量；其中，所述聚氯乙烯樹脂材料的用量是介於所述氯化聚氯乙烯樹脂材料的用量的9倍至1/9倍之間。
優選地，所述組成物進一步包括：一熱安定添加劑、一增韌添加劑、一滑劑、及一抗氧化添加劑。
優選地，所述熱安定添加劑的用量範圍是介於1重量份至5重量份之間，所述增韌添加劑的用量範圍是介於1重量份至10重量份之間，所述滑劑的用量範圍是介於1重量份至3重量份之間，並且所述抗氧化添加劑的用量範圍是介於0.1重量份至2重量份之間。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中另一技術方案是，提供一種聚氯乙烯押出管材的製造方法，其包括：將如上所述的聚氯乙烯押出管材的組成物加入一熱拌混合機中，並於一高速攪拌條件下及介於100°C至120°C之間的一加熱溫度下進行混合，以形成一第一混合物；將所述第一混合物降溫至介於35°C至50°C之間的一冷卻溫度下進行冷卻，以形成一第二混合物；以及將所述第二混合物通過一押出成型機、在介於170°C至200°C之間的一熔融溫度下熔融，接著經過擠出、成型、冷卻，以得到一聚氯乙烯押出管材。
本發明的有益效果在於，本發明所提供的高阻燃低發煙聚氯乙烯押出管材的組成物及其製造方法，其能通過“一阻燃添加劑，其用量是介於0.5重量份至2.0重量份之間；其中，所述阻燃添加劑為經由一改質劑修飾的一含磷阻燃劑；以及一成碳添加劑，其用量是介於0.2重量份至1.0重量份之間；其中，所述成碳添加劑是選自由氯化鋅（zinc chloride）、硬脂酸鋅（zinc stearate）、硬脂酸鈣（calcium stearate）、氫氧化錫酸鋅（hydroxide zinc stannate）、無水錫酸鋅（anhydrous zinc stannate）、磷酸鋅（zinc phosphate）、及磷酸鋯（zirconium phosphate），所組成的材料群組的至少其中之一；其中，所述阻燃添加劑及所述成碳添加劑於所述組成物中的一總添加量不大於3重量份”的技術方案，以使得所述聚氯乙烯押出管材具有低的阻燃劑添加量、高的阻燃能力、及低的發煙量。再者，所述聚氯乙烯押出管材具有低成本及優良機械性質等優勢。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明，然而所提供的詳細說明僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。
應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
[聚氯乙烯押出管材的組成物]
本發明提供一種聚氯乙烯押出管材的組成物（composition of extruded polyvinyl chloride pipe），其至少包含有：一聚氯乙烯樹脂材料（polyvinyl chloride resin material，PVC resin material）、一阻燃添加劑（flame retardant additive）、以及一成碳添加劑（carbon forming additive）。
所述聚氯乙烯押出管材的組成物能先經由一熱拌混合機及/或一冷拌混合機均勻混合後，而後經由一押出製程形成一聚氯乙烯押出管材，並且所述押出管材具有低的阻燃劑添加量、高的阻燃能力、及低的發煙量，從而能有效解決上述現有技術中所存在的問題。
本發明實施例的主要技術特徵在於，利用所述阻燃添加劑以及成碳添加劑的材料種類選擇，產生相乘作用，並且使得所述阻燃添加劑能在低的添加量的條件下，即可於所述聚氯乙烯樹脂材料燃燒過程中，快速成碳，從而實現高的阻燃能力及低的發煙量的技術效果。
在材料選擇方面，所述阻燃添加劑為經由一改質劑（modifier）修飾的一含磷阻燃劑（phosphorus-containing flame retardant）。更具體而言，所述阻燃添加劑為經由所述改質劑修飾的三聚氰胺磷酸鹽類阻燃劑（melamine phosphate flame retardant）。其中，所述改質劑為一無機改質劑或一有機改質劑。所述無機改質劑是選自由氧化鋅（zinc oxide）、次磷酸鋅（zinc hypophosphite）、及氫氧化鎂（magnesium hydroxide），所組成的材料群組的至少其中之一。所述有機改質劑可以例如是烷基磷酸（alkyl phosphoric acid）。再者，所述改質劑優選是通過共價鍵結的方式修飾至所述含磷阻燃劑上，但本發明不受限於此。所述改質劑也可以例如是通過混摻的方式修飾至所述含磷阻燃劑上。
所述含磷阻燃劑也稱為磷系阻燃劑。在本實施例中，所述含磷阻燃劑是以三聚氰胺磷酸鹽類阻燃劑為例子做說明，但本發明不受限於此。所述含磷阻燃劑也可例如是選自由六氯環三磷腈、聚(二(苯氧基)偶磷氮烯、磷酸銨鎂、及聚磷酸銨，所組成的材料群組的至少其中之一。
所述成碳添加劑是選自由氯化鋅（zinc chloride）、硬脂酸鋅（zinc stearate）、硬脂酸鈣（calcium stearate）、氫氧化錫酸鋅（hydroxide zinc stannate）、無水錫酸鋅（anhydrous zinc stannate）、磷酸鋅（zinc phosphate）、及磷酸鋯（zirconium phosphate），所組成的材料群組的至少其中之一。
在用量範圍方面，所述聚氯乙烯樹脂材料的用量範圍通常是介於90重量份（PHR）至10重量份之間、優選介於80重量份至20重量份之間、且特優選介於70重量份至30重量份之間。也就是說，在所述聚氯乙烯押出管材的組成物中，所述聚氯乙烯樹脂材料為主要的基質成份。
所述阻燃添加劑的用量範圍通常是介於0.5重量份至2.0重量份之間、優選介於0.7重量份至1.5重量份之間、且特優選介於0.8重量份至1.2重量份之間。再者，所述成碳添加劑的用量範圍通常是介於0.2重量份至1.0重量份之間、優選介於0.3重量份至0.9重量份之間、且特優選介於0.4重量份至0.8重量份之間，但本發明不受限於此。
進一步地說，所述阻燃添加劑及所述成碳添加劑的一總添加量通常不大於3重量份、優選介於2.5重量份至1重量份之間、且特優選介於2重量份至1.2重量份之間。也就是說，所述阻燃添加劑及成碳添加劑具有低添加量。
在比例範圍方面，所述阻燃添加劑與成碳添加劑的一比例範圍通常是介於10/1至1/2之間、優選是介於8/1至1/1之間、且特優選是介於7/1至2/1之間。也就是說，所述阻燃添加劑的用量通常介於成碳添加劑的用量的10倍至0.5倍之間、優選介於8倍至1倍之間、且特優選介於7倍至2倍之間。
根據上述配置，由於所述改質劑為在高溫下能快速成碳的成分（如：氧化鋅），因此所述阻燃添加劑本身不僅具有阻燃的效果，所述阻燃添加劑還可以通過改質劑的修飾而具有加速成碳的效果。藉此，所述阻燃添加劑及成碳添加劑於聚氯乙烯樹脂材料中整體的添加量可以被有效地降低。
進一步地說，在本實施例中，所述聚氯乙烯押出管材的組成物進一步包含有：一氯化聚氯乙烯樹脂材料（chlorinated polyvinyl chloride resin material，CPVC resin material）、一熱安定添加劑（thermal stabilizer additive）、一增韌添加劑（toughening additive）、一滑劑（slip agent）、及一抗氧化添加劑（antioxidant additive）。
本發明實施例的另一主要技術特徵在於，選擇具有高剛性的聚氯乙烯樹脂材料（PVC）及氯化聚氯乙烯樹脂材料（CPVC），並且控制兩種樹脂材料之間的聚和度差異，並且混摻熱安定添加劑、增韌添加劑、滑劑、及抗氧化添加劑，接著將組成物以一押出成型機進行押出製程，進而得到一聚氯乙烯押出管材。根據上述材料配方，本發明實施例所得到的聚氯乙烯押出管材兼具有低成本及機械性質優良的特性。
在本發明的一實施例中，所述聚氯乙烯樹脂材料（PVC）的一第一數量平均聚合度（DPn）通常是介於1,000至1,800之間、優選是介於1,100至1,700之間、且特優選是介於1,200至1,500之間。再者，所述氯化聚氯乙烯樹脂材料（CPVC）的一第二數量平均聚合度（DPn）通常是介於800至1,350之間、優選是介於900至1,300之間、且特優選是介於1,000至1,200之間。所述第一數量平均聚合度通常為第二數量平均聚合度的2倍至1倍、且優選為1.3倍至1.1倍，但本發明不受限於此。
在用量範圍方面，所述氯化聚氯乙烯樹脂材料（CPVC）的用量範圍通常是介於10重量份（PHR）至90重量份之間、優選介於20重量份至80重量份之間、且特優選介於30重量份至70重量份之間。
在本發明的一實施例中，所述聚氯乙烯樹脂材料（PVC）為具有高氯含量的聚氯乙烯樹脂，並且所述聚氯乙烯樹脂材料具有不小於55%的一氯含量。再者，所述聚氯乙烯樹脂材料（PVC）及氯化聚氯乙烯樹脂材料（CPVC）的用量總和為100重量份，所述聚氯乙烯樹脂材料（PVC）的用量通常為氯化聚氯乙烯樹脂材料（CPVC）的用量的9倍至1/9倍之間、優選為6倍至1/5倍之間、且特優選為4倍至1/2倍之間，但本發明不受限於此。
所述熱安定添加劑的用量範圍通常是介於1重量份（PHR）至5重量份之間、優選介於2重量份至4.5重量份之間、且特優選介於2.5重量份至4重量份之間。
所述熱安定添加劑用以提升樹脂材料的熱安定性。所述熱安定添加劑的材料種類是選自由硫醇酯類有機錫（thioester organotin）、鈣鋅安定劑（calcium zinc stabilizer）、及水滑石類安定劑（hydrotalcite stabilizer），所組成的材料群組的至少其中之一。
所述增韌添加劑的用量範圍通常是介於1重量份（PHR）至10重量份之間、優選介於2重量份至8重量份之間、且特優選介於3重量份至7重量份之間。
所述增韌添加劑用以提升樹脂材料的韌性。所述增韌添加劑的材料種類是選自由氯化聚乙烯（chlorinated polyethylene，CPE）、丙烯酸酯彈性體（acrylic elastomer，ACR）、聚乙烯-乙酸乙烯彈性體（polyethylene-vinyl acetate elastomer，EVA）、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯彈性體（methyl methacrylate-butadiene-styrene elastomer，MBS）、丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯彈性體（acrylate-butadiene-styrene elastomer，ABS）、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯彈性體（styrene-butadiene-styrene elastomer，SBS）、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯彈性體（styrene-isoprene- styrene elastomer，SIS）、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯彈性體（styrene-ethylene/butene-styrene elastomer，SEBS）、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯彈性體（styrene-ethylene/propylene-styrene elastomer，SEPS）、丙烯酸酯-丁二烯橡膠（acrylate-butadiene rubber，NBR）、聚甲基丙烯酸甲酯（poly-methyl-methacrylate，PMMA）丶三元丙烯橡膠（ethylene propylene diene monomer，EPDM）、熱可塑性聚尿素甲酸酯彈性體（thermoplastic polyurea elastomer，TPU）丶聚烯型彈性體（polyene elastomer，TPO）、及熱塑型彈性體（thermoplastic elastomer，TPE），所組成的材料群組的至少其中之一。
所述滑劑的用量範圍通常是介於1重量份（PHR）至3重量份之間、優選介於1.2重量份至2.5重量份之間、且特優選介於1.6重量份至2.4重量份之間。
所述滑劑用以提升樹脂材料的相容性。所述滑劑的材料種類是選自由聚乙烯蠟（polyethylene wax）、氧化聚乙烯蠟（oxidized polyethylene wax）、脂肪酸系滑劑（fatty acid slip agent）、脂肪酸醯胺類滑劑（fatty acid amide slip agent）丶金屬皂類滑劑（metal soap slip agent）、及有機矽類滑劑（organic silicon slip agent），所組成的材料群組的至少其中之一。
所述抗氧化添加劑的用量範圍通常是介於0.1重量份（PHR）至2重量份之間、優選介於0.3重量份至1.8重量份之間、且特優選介於0.5重量份至1.5重量份之間。
所述抗氧化添加劑用以提升樹脂材料的抗氧化性。所述抗氧化添加劑的材料種類是選自由受阻酚系抗氧化劑（hindered phenolic antioxidant）及亞磷酸酯系抗氧化劑（phosphite-based antioxidant），所組成的材料群組的至少其中之一。
[聚氯乙烯押出管材的製造方法]
以上為本發明實施例的聚氯乙烯押出管材組成物的相關說明，而以下將根據本發明的實施例，描述聚氯乙烯押出管材的製造方法。
本發明實施例也提供一種聚氯乙烯押出管材的製造方法，包含有步驟S110至步驟S130。必須說明的是，本實施例所載之各步驟的順序與實際的操作方式可視需求而調整，並不限於本實施例所載。
所述步驟S110包含：將上述聚氯乙烯押出管材的組成物加入一熱拌混合機中，並於介於500 RPM至1500 RPM之間的一高速攪拌條件下及介於100°C至120°C之間的一加熱溫度下進行混合，以形成一第一混合物。
所述步驟S120包含：將所述第一混合物加入至一冷拌混合機中繼續攪拌，並且降溫至介於35°C至50°C之間的一冷卻溫度下進行冷卻，以形成一第二混合物。
所述步驟S130包含：將所述第二混合物通過一押出成型機、在介於170°C至200°C之間的一熔融溫度下熔融，接著，將所述第二混合物經過擠出、成型、及冷卻等程序，以得到一聚氯乙烯押出管材。所述聚氯乙烯押出管材具有低的阻燃劑添加量、高的阻燃能力、及低的發煙量。再者，所述聚氯乙烯押出管材具有低成本及優良機械性質等優勢。
[實驗數據測試]
以下，參照實施例1至4與比較例1至2詳細說明本發明之內容。然而，以下實施例僅作為幫助了解本發明，本發明的範圍並不限於這些示範例。其中，以下各成份所指的「份」為「重量份」，實際使用單位為公克，但本發明不受限於此。
實施例1：聚氯乙烯押出管材的組成物為：PVC樹脂90份、CPVC樹脂10份、熱穩定劑2.5份、ACR增韌劑5份、改質三聚氰胺磷酸鹽類阻燃劑5份、氧化聚乙烯蠟1.5份及抗氧化劑(I-1010)0.5份。將上述各組分按質量份配好後，放入高速熱混合機中分散攪拌，攪拌溫度設定在110°C；然後排入冷混料機中攪拌冷卻，溫度降至40°C後將料排入料斗，經雙螺杆擠出機經過擠出、成型、及冷卻等程序，以得到一聚氯乙烯押出管材；其中雙螺杆擠出機機筒的溫度分別設定為185°C、170°C，並且模塑成型溫度分別設定為175°C、190°C。
實施例2：聚氯乙烯押出管材的組成物為：PVC樹脂90份、CPVC樹脂10份、熱穩定劑2.5份、ACR增韌劑5份、無水錫酸鋅1份（成碳添加劑）、氧化聚乙烯蠟1.5份及抗氧化劑(I-1010)0.5份。將上述各組分按質量份配好後，放入高速熱混合機中分散攪拌，攪拌溫度設定在110°C；然後排入冷混料機中攪拌冷卻，溫度降至40°C後將料排入料斗，經雙螺杆擠出機經過擠出、成型、及冷卻等程序，以得到一聚氯乙烯押出管材；其中雙螺杆擠出機機筒的溫度分別設定為185°C、170°C，並且模塑成型溫度分別設定為175°C、190°C。
實施例3：聚氯乙烯押出管材的組成物為：PVC樹脂70份、CPVC樹脂30份、熱穩定劑2.5份、ACR增韌劑5份、改質三聚氰胺磷酸鹽類阻燃劑1份、無水錫酸鋅（成碳添加劑）2份、氧化聚乙烯蠟1. 5份及抗氧化劑(I-1010)0.5份。將上述各組分按質量份配好後，放入高速熱混合機中分散攪拌，攪拌溫度設定在110°C ;然後排入冷混料機中攪拌冷卻，溫度降至40°C後將料排入料斗，經雙螺杆擠出機經過擠出、成型、及冷卻等程序，以得到一聚氯乙烯押出管材；其中雙螺杆擠出機機筒的溫度分別設定為185°C、170°C，並且模塑成型溫度分別設定為175°C、190°C。
實施例4：聚氯乙烯押出管材的組成物為：PVC樹脂70份、CPVC樹脂30份、熱穩定劑2.5份、ACR增韌劑5份、改質三聚氰胺磷酸鹽類阻燃劑1份、無水錫酸鋅（成碳添加劑）0.5份、氧化聚乙烯蠟1.5份及抗氧化劑(I-1010)0.5份。將上述各組分按質量份配好後，放入高速熱混合機中分散攪拌，攪拌溫度設定在110°C；然後排入冷混料機中攪拌冷卻，溫度降至40°C後將料排入料斗，經雙螺杆擠出機經過擠出、成型、及冷卻等程序，以得到一聚氯乙烯押出管材；其中雙螺杆擠出機機筒的溫度分別設定為185°C、170°C，並且模塑成型溫度分別設定為175°C、190°C。（實施例4為本發明最佳實施例）
比較例1：聚氯乙烯押出管材的組成物為：PVC樹脂100份、熱穩定劑2.5份、氧化聚乙烯蠟1. 5份及抗氧化劑(I-1010)0.5份。將上述各組分按質量份配好後，放入高速熱混合機中分散攪拌，攪拌溫度設定在110°C；然後排入冷混料機中攪拌冷卻，溫度降至40°C後將料排入料斗，經雙螺杆擠出機經過擠出、成型、及冷卻等程序，以得到一聚氯乙烯押出管材；其中雙螺杆擠出機機筒的溫度分別設定為185°C、170°C，模塑成型溫度分別設定為175°C、190°C。
比較例2：聚氯乙烯押出管材的組成物為：PVC樹脂70份、熱穩定劑2.5份，ACR增韌劑5份、氧化聚乙烯蠟1.5份以及抗氧化劑(I-1010)0.5份。將上述各組分按質量份配好後，放入高速熱混合機中分散攪拌，攪拌溫度設定在110°C；然後排入冷混料機中攪拌冷卻，溫度降至40°C後將料排入料斗，經雙螺杆擠出機經過擠出、成型、及冷卻等程序，以得到一聚氯乙烯押出管材；其中雙螺杆擠出機機筒的溫度分別設定為185°C、170°C，模塑成型溫度分別設定為175°C、190°C。
其中，各成分的製程參數條件整理如下表1。
接著，將實施例1至4與比較例1至2所製得的聚氯乙烯押出管材進行物化特性的測試，以得到該些聚氯乙烯押出管材的物化特性，諸如：阻燃等級、火焰傳播速率值、發煙係數、抗張強度、耐衝擊度等。相關測試方法說明如下，並且相關測試結果整理如表1。
阻燃等級：依據美國防火測試標準ASTM E84建築材料表面燃燒特性的標準試驗方法進行測試，可以區分為：防火A級、B級及C級標準。
火焰傳播速率、發煙係數：火焰傳播是指火焰在材料表面的發展，它關係到火災時鄰近可燃物而使火勢擴大之影響，火焰傳播性能常以隧道法及輻射板法測試。此法用於測定建築材料的火焰傳播速率(同時測定煙霧濃度)，火焰傳播速率值FSI值越小的材料，火災危險性越小。高層建築和樓道，應採用FSI＜25的材料，25＜FSI＜100的材料只能用於防火要求不是很嚴格的場所，而FSI＞100的材料不符合阻燃的要求。
抗張強度：根據ASTM D638標準進行塑膠材料的拉伸試驗可得出塑料抗張強度。
耐衝擊度：根據ASTM D256進行的Izod缺口彎曲衝擊測試以與厚度相關的能量值的形式生成衝擊強度和高應變率下缺口敏感性的特徵值。測試通常在 23°/50% 相對濕度的正常氣候中進行，用於測定塑膠的衝擊強度和缺口衝擊強度。
[表1 實驗條件與測試結果]
項目 實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 比較例1 比較例2
管材的組成物 聚氯乙烯(PHR) 90 90 70 70 100 100
氯化聚氯乙烯 (PHR) 10 10 30 30 0 0
阻燃添加劑(PHR) 5 - 1 1 0 0
成碳添加劑(PHR) 0 1 2 0.5 0 0
熱安定添加劑(PHR) 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
增韌添加劑(PHR) 5 5 5 5 0 5
滑劑(PHR) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
抗氧化添加劑(PHR) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
物化特性 阻燃等級(ASTM E84) 防火C級 未達防火C級 防火B級 防火A級 未達防火C級 未達防火C級
火焰傳播速率值(FSI值) 83 288 28 5.7 350 374
煙密度值(SDI) 158 522 32.6 0.08 642 688
抗張強度(MPa) 51.5 52.6 52.3 52.5 49.2 52.9
耐衝擊度(J/m) 51.0 54.7 54.5 54.7 17.6 54.9
[測試結果討論]
在實施例中:實施例1～4、比較例2與比較例1對比，比較例1未添加增韌劑其耐衝擊強度明顯偏低，實施例1因阻燃劑添加量5份較高而微幅下降，實施例2～4之衝擊強度則維持不變；實施例1只加改質三聚氰胺磷酸鹽類阻燃劑時防火僅達C級；實施例2只添加成碳添加劑時則阻燃效果不佳；實施例3雖同時添加改質三聚氰胺磷酸鹽類阻燃劑及成碳添加劑但因成碳添加劑過量，造成促進改質三聚氰胺磷酸鹽類阻燃劑之成碳性較差，防火僅達B級；實施例4則因改質三聚氰胺磷酸鹽類阻燃劑與成碳添加劑配比適當，促進改質三聚氰胺磷酸鹽類阻燃劑之成碳效果佳，其防火可達A級，實施例4為本發明的最佳實施例。
[實施例的有益效果]
本發明的有益效果在於，本發明所提供的聚氯乙烯押出管材的組成物及聚氯乙烯押出管材的製造方法，其能通過“一阻燃添加劑，其用量是介於0.5重量份至2.0重量份之間；其中，所述阻燃添加劑為經由一改質劑修飾的一含磷阻燃劑；以及一成碳添加劑，其用量是介於0.2重量份至1.0重量份之間；其中，所述成碳添加劑是選自由氯化鋅、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、氫氧化錫酸鋅、無水錫酸鋅、磷酸鋅、及磷酸鋯，所組成的材料群組的至少其中之一；其中，所述阻燃添加劑及所述成碳添加劑於所述組成物中的一總添加量不大於3重量份”的技術方案，以使得所述聚氯乙烯押出管材具有低的阻燃劑添加量、高的阻燃能力、及低的發煙量。再者，所述聚氯乙烯押出管材具有低成本及優良機械性質等優勢。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

Claims (7)

  1. 一種高阻燃低發煙聚氯乙烯押出管材的組成物，其包括：一聚氯乙烯樹脂材料，其用量是介於10重量份(PHR)至90重量份之間；一阻燃添加劑，其用量是介於0.5重量份至2.0重量份之間；其中，所述阻燃添加劑為經由一改質劑修飾的一含磷阻燃劑；其中，所述改質劑為氧化鋅，並且所述含磷阻燃劑為三聚氰胺磷酸鹽類阻燃劑；以及一成碳添加劑，其用量是介於0.2重量份至1.0重量份之間；其中，所述成碳添加劑是選自由氯化鋅(zinc chloride)、硬脂酸鋅(zinc stearate)、硬脂酸鈣(calcium stearate)、氫氧化錫酸鋅(hydroxide zinc stannate)、無水錫酸鋅(anhydrous zinc stannate)、磷酸鋅(zinc phosphate)、及磷酸鋯(zirconium phosphate)，所組成的材料群組的至少其中之一；其中，所述阻燃添加劑及所述成碳添加劑於所述組成物中的一總添加量是介於1.2重量份至2重量份。
  2. 如請求項1所述的聚氯乙烯押出管材的組成物，其中，所述阻燃添加劑的用量是介於所述成碳添加劑的用量的10倍至0.5倍之間。
  3. 如請求項1所述的聚氯乙烯押出管材的組成物，進一步包括：一氯化聚氯乙烯樹脂材料；其中，所述聚氯乙烯樹脂材料的一第一數量平均聚合度(DPn)是介於1,000至1,800之間，並且所述氯化聚氯乙烯樹脂材料的一第二數量平均聚合度是介於800至1,350之間。
  4. 如請求項3所述的聚氯乙烯押出管材的組成物，其中，所述聚氯乙烯樹脂材料為具有高氯含量的聚氯乙烯樹脂，並且所 述聚氯乙烯樹脂材料具有不小於55%的氯含量；其中，所述聚氯乙烯樹脂材料的用量是介於所述氯化聚氯乙烯樹脂材料的用量的9倍至1/9倍之間。
  5. 如請求項1所述的聚氯乙烯押出管材的組成物，進一步包括：一熱安定添加劑、一增韌添加劑、一滑劑、及一抗氧化添加劑。
  6. 如請求項5所述的聚氯乙烯押出管材的組成物，其中，所述熱安定添加劑的用量範圍是介於1重量份至5重量份之間，所述增韌添加劑的用量範圍是介於1重量份至10重量份之間，所述滑劑的用量範圍是介於1重量份至3重量份之間，並且所述抗氧化添加劑的用量範圍是介於0.1重量份至2重量份之間。
  7. 一種高阻燃低發煙聚氯乙烯押出管材的製造方法，其包括：將如請求項1至請求項6中任一項所述的聚氯乙烯押出管材的組成物加入一熱拌混合機中，並於一高速攪拌條件下及介於100℃至120℃之間的一加熱溫度下進行混合，以形成一第一混合物；將所述第一混合物降溫至介於35℃至50℃之間的一冷卻溫度下進行冷卻，以形成一第二混合物；以及將所述第二混合物通過一押出成型機、在介於170℃至200℃之間的一熔融溫度下熔融，接著經過擠出、成型、冷卻，以得到一聚氯乙烯押出管材。
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