CN109971058B - 一种阻燃聚乙烯材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻燃聚乙烯材料及其制备方法，该阻燃聚乙烯材料由聚乙烯树脂、溴锑阻燃母粒、硅酮母粒、硬脂酸类润滑剂、抗氧剂、相容剂和阻燃协效剂组成。其制备方法十分简单，先将各组分分批充分混匀，再进行挤出、冷却、拉条、切粒即可。本发明的阻燃聚乙烯材料具有良好的阻燃效果，自熄性好，高灼热丝性能，耐化学腐蚀性好，抗冲击性能、刚性和分散性较好，且制备方法简单、生产效率高。

Description

一种阻燃聚乙烯材料及其制备方法

技术领域

本发明属于聚乙烯复合材料技术领域，具体涉及一种阻燃聚乙烯材料及其制备方法。

背景技术

聚乙烯(PE)是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，在工业上也包括乙烯与少量α-烯烃的共聚物。聚乙烯无臭、无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-100～-70℃)，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸)，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性优良。聚乙烯按照聚合方法、分子量高低、链结构的不同，可以分为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯。

高密度聚乙烯(HDPE)为白色粉末或颗粒状产品，无毒、无味，结晶度80％～90％，软化点125～135℃，使用温度可达100℃。高密度聚乙烯的低温抗冲击性好、抗应力开裂性好、耐化学腐蚀性好、耐老化、耐磨性好，但易燃，氧指数只有17，离火后能继续燃烧，限制了HDPE在与电接触方面的应用。

因此，对聚乙烯材料进行改性，开发兼具阻燃和高灼热丝的阻燃材料以满足市场需求具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阻燃聚乙烯材料及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种阻燃聚乙烯材料，由以下质量百分比的组分组成：

聚乙烯树脂：77％～90％；

溴锑阻燃母粒：6％～15％；

硅酮母粒：0.5％～1％；

硬脂酸类润滑剂：0.2％～0.5％；

抗氧剂：0.2％～0.6％；

相容剂：2％～4％；

阻燃协效剂：0～2％。

优选的，一种阻燃聚乙烯材料，由以下质量百分比的组分组成：

聚乙烯树脂：82％～88％；

溴锑阻燃母粒：8％～12％；

硅酮母粒：0.6％～0.8％；

硬脂酸类润滑剂：0.2％～0.5％；

抗氧剂：0.3％～0.5％；

相容剂：2％～4％；

阻燃协效剂：0～2％。

优选的，所述聚乙烯树脂为熔融指数0.01～1g/10min、常温缺口悬臂梁冲击强度≥500J/m的高密度聚乙烯(HDPE)，熔融指数测试条件：190℃/2.16kg。低熔融指数的HDPE的加工可塑性好，适合挤出和吹塑各类产品，价格便宜，同时具有较好的韧性，抗冲击，中等的弯曲模量，耐化学腐蚀性好。

优选的，所述溴锑阻燃母粒以低密度聚乙烯为载体，以十溴二苯乙烷和三氧化二锑为阻燃剂，阻燃剂的添加量大于80wt％。由十溴二苯乙烷和三氧化二锑制成的阻燃母粒，由于十溴二苯乙烷的溴含量高，热稳定性好，搭配三氧化二锑，阻燃效率高且稳定，添加量少，环境污染少，原料无毒，对人体危害性低，阻燃剂不析出。

优选的，所述十溴二苯乙烷、三氧化二锑的质量比为(3～4)：1。

优选的，所述硅酮母粒以低密度聚乙烯为载体，硅酮的添加量为45wt％～55wt％。以LDPE为载体的硅酮母粒和HDPE的相容性好，可以改善融体流动性和脱模性，提高制品的耐磨性及产品表面光洁度、爽滑性和手感，硅酮母粒还可以改善阻燃剂与HDPE的相容性，减少阻燃剂对产品韧性的影响。

优选的，所述硅酮的数均分子量大于10万。高分子量的硅酮可避免塑料在螺杆中打滑，不会迁移到表面，不影响产品的后续工序，脱模更容易，磨擦系数更低，整体性能更好。

优选的，所述硬脂酸类润滑剂为烧失量8％～12％、熔点150～160℃的硬脂酸钙，烧失量测试条件：600℃/2h。硬脂酸钙的热稳定性好，提高了聚乙烯挤出成型的可加工性，提高产品的脱模性能，且硬脂酸钙还可以作为酸中和剂和卤素吸收剂，吸收加工过程中分解出来的酸和卤素，对阻燃聚乙烯的颜色稳定性和防腐蚀性能有直接贡献。

优选的，所述抗氧剂由4,4'-亚丁基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)和双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯按照质量比1:1复配而成。4,4'-亚丁基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)和双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯复配作为抗氧剂，其挥发性低，热稳定性高，不着色，高温加工不分解，适用于白色和浅色产品，加入双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯可以提高耐热持久性，且双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯耐水解性好，适用于潮湿环境。

优选的，所述相容剂为熔融指数0.7～0.9g/10min、接枝率0.6％～0.8％的马来酸酐接枝POE，熔融指数测试条件：190℃/2.16kg。低熔融指数的马来酸酐接枝POE可以提高HDPE与溴锑阻燃剂的相容性，促进阻燃剂的分散，提高产品的阻燃效率，且低熔融指数的相容剂对产品的流动性影响低，POE载体还对产品有一定增韧效果。

优选的，所述阻燃协效剂为烧失量小于5％、白度大于90％的铝镁水滑石，烧失量测试条件：600℃/2h。铝镁水滑石受热分解时会释放出大量的水和二氧化碳，并吸收大量的热，能降低燃烧体系的温度，释放出的水蒸汽和二氧化碳气体能稀释和阻隔可燃性气体，热分解生成的镁铝氧化物与高分子材料燃烧时形成的炭化物，在材料表面形成保护膜，从而阻隔了氧的进一步侵入，起到阻燃效果，水滑石粒子分解后的固体产物具有很大的比表面积及很强的碱性，能及时吸收材料热分解时释放的酸性气体和烟雾并转变成相应的化合物，从而起到抑烟和消烟的作用。

上述阻燃聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将溴锑阻燃母粒、硅酮母粒、硬脂酸类润滑剂、抗氧剂、相容剂和阻燃协效剂加入高速搅拌机，进行预分散，再将加入聚乙烯树脂，混合均匀；

2)将高速搅拌机中的物料转入挤出机，进行挤出、冷却、拉条、切粒，得到阻燃聚乙烯材料。

优选的，步骤1)所述预分散的时间为15～20s。

优选的，步骤1)所述混合的时间为2～5min。

优选的，步骤2)所述挤出机的工作温度为185～200℃，主机转速为350～500rpm。

本发明的有益效果是：

本发明的阻燃聚乙烯材料具有良好的阻燃效果，自熄性好，高灼热丝性能，耐化学腐蚀性好，抗冲击性能、刚性和分散性较好，且制备方法简单、生产效率高。

1)本发明的阻燃聚乙烯材料的阻燃等级为UL94V-2，灼热丝性能达到GWIT 650℃/3.0、GWFI 900℃/3.0；

2)本发明的阻燃聚乙烯材料的常温悬臂梁缺口冲击强度大于400J/m，-35℃冲击强度大于50J/m，低温韧性远远高于PP；

3)本发明的阻燃聚乙烯材料的弯曲模量大于800MPa；

4)本发明的阻燃聚乙烯材料添加各做色粉可以均匀分散，可以生产鲜艳颜色产品；

5)本发明在185～200℃温度下进行挤出，对溴系阻燃剂、润滑剂有较好的保护作用，且减少了抗氧剂在加工过程中的消耗，不影响阻燃聚乙烯材料的长期老化性能；

6)本发明的制备方法简单高效，易于保证阻燃性和材料的颜色，生产效率高。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。

实施例1：

一种阻燃聚乙烯材料，其原料组成如下表所示：

表1一种阻燃聚乙烯材料的原料组成表

上述阻燃聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将溴锑阻燃母粒、硅酮母粒、润滑剂、抗氧剂和相容剂加入高速搅拌机，搅拌分散15s，再将加入高密度聚乙烯树脂，搅拌分散2min；

2)将高速搅拌机中的物料转入挤出机，控制挤出机的工作温度为185～200℃、主机转速为350～500rpm，进行挤出、冷却、拉条、切粒，得到阻燃聚乙烯材料。

实施例2：

一种阻燃聚乙烯材料，其原料组成如下表所示：

表2一种阻燃聚乙烯材料的原料组成表

上述阻燃聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将溴锑阻燃母粒、硅酮母粒、润滑剂、抗氧剂和相容剂加入高速搅拌机，搅拌分散15s，再将加入高密度聚乙烯树脂，搅拌分散2min；

2)将高速搅拌机中的物料转入挤出机，控制挤出机的工作温度为185～200℃、主机转速为350～500rpm，进行挤出、冷却、拉条、切粒，得到阻燃聚乙烯材料。

实施例3：

一种阻燃聚乙烯材料，其原料组成如下表所示：

表3一种阻燃聚乙烯材料的原料组成表

上述阻燃聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将溴锑阻燃母粒、硅酮母粒、润滑剂、抗氧剂、相容剂和阻燃协效剂加入高速搅拌机，搅拌分散15s，再将加入高密度聚乙烯树脂，搅拌分散2min；

2)将高速搅拌机中的物料转入挤出机，控制挤出机的工作温度为185～200℃、主机转速为350～500rpm，进行挤出、冷却、拉条、切粒，得到阻燃聚乙烯材料。

实施例4：

一种阻燃聚乙烯材料，其原料组成如下表所示：

表4一种阻燃聚乙烯材料的原料组成表

上述阻燃聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将溴锑阻燃母粒、硅酮母粒、润滑剂、抗氧剂、相容剂和阻燃协效剂加入高速搅拌机，搅拌分散15s，再将加入高密度聚乙烯树脂，搅拌分散2min；

2)将高速搅拌机中的物料转入挤出机，控制挤出机的工作温度为185～200℃、主机转速为350～500rpm，进行挤出、冷却、拉条、切粒，得到阻燃聚乙烯材料。

对比例1：

一种阻燃聚乙烯材料，其原料组成如下表所示：

表5一种阻燃聚乙烯材料的原料组成表

上述阻燃聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将溴锑阻燃母粒、润滑剂、抗氧剂和相容剂加入高速搅拌机，搅拌分散15s，再将加入高密度聚乙烯树脂，搅拌分散2min；

2)将高速搅拌机中的物料转入挤出机，控制挤出机的工作温度为185～200℃、主机转速为350～500rpm，进行挤出、冷却、拉条、切粒，得到阻燃聚乙烯材料。

对比例2：

一种阻燃聚乙烯材料，其原料组成如下表所示：

表6一种阻燃聚乙烯材料的原料组成表

上述阻燃聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将溴锑阻燃母粒、硅酮母粒、润滑剂、抗氧剂和阻燃协效剂加入高速搅拌机，搅拌分散15s，再将加入高密度聚乙烯树脂，搅拌分散2min；

2)将高速搅拌机中的物料转入挤出机，控制挤出机的工作温度为185～200℃、主机转速为350～500rpm，进行挤出、冷却、拉条、切粒，得到阻燃聚乙烯材料。

注：

实施例1～4和对比例1～2中各原料的各项指标：

HD5502W：熔融指数0.2±0.05g/10min、常温缺口悬臂梁冲击强度≥500J/m，熔融指数测试条件：190℃/2.16kg；

溴锑阻燃母粒：载体为LDPE，阻燃剂由十溴二苯乙烷和三氧化二锑按照质量比3:1组成，阻燃剂的添加量为85wt％；

道康宁MB50-002：载体为LDPE，硅酮的添加量为50wt％，硅酮的数均分子量大于10万；

硬脂酸钙：烧失量10％、熔点150～160℃，烧失量测试条件：600℃/2h；

马来酸酐接枝POE：熔融指数0.8g/10min、接枝率0.6％～0.8％，熔融指数测试条件：190℃/2.16kg；

铝镁水滑石：烧失量小于5％、白度大于90％，烧失量测试条件：600℃/2h。

测试例：

采用CG110E卧式注射机分别对实施例1～4和对比例1～2的阻燃聚乙烯材料进行注射成型(成型工艺条件：注射温度(加料口)185/195/195/200℃(喷嘴)、注射压力65MPa、保压时间8s、冷却时间8s)，制备成标准试样，再进行性能测试，测试结果如下表所示：

表7实施例1～4和对比例1～2的阻燃聚乙烯材料的性能测试结果

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种阻燃聚乙烯材料，其特征在于：由以下质量百分比的组分组成：

聚乙烯树脂：77％～90％；

溴锑阻燃母粒：6％～15％；

硅酮母粒：0.5％～1％；

硬脂酸类润滑剂：0.2％～0.5％；

抗氧剂：0.2％～0.6％；

相容剂：2％～4％；

阻燃协效剂：0～2％；

所述聚乙烯树脂为熔融指数0.01～1g/10min、常温缺口悬臂梁冲击强度≥500J/m的高密度聚乙烯，熔融指数测试条件：190℃/2.16kg；

所述溴锑阻燃母粒以低密度聚乙烯为载体，以十溴二苯乙烷和三氧化二锑为阻燃剂，阻燃剂的添加量大于80wt％；

所述硅酮母粒以低密度聚乙烯为载体，硅酮的添加量为45wt％～55wt％；

所述相容剂为熔融指数0.7～0.9g/10min、接枝率0.6％～0.8％的马来酸酐接枝POE，熔融指数测试条件：190℃/2.16kg；

所述阻燃协效剂为烧失量小于5％、白度大于90％的铝镁水滑石，烧失量测试条件：600℃/2h。

2.根据权利要求1所述的阻燃聚乙烯材料，其特征在于：所述硬脂酸类润滑剂为烧失量8％～12％、熔点150～160℃的硬脂酸钙，烧失量测试条件：600℃/2h。

3.根据权利要求1所述的阻燃聚乙烯材料，其特征在于：所述抗氧剂由4,4'-亚丁基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)和双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯按照质量比1:1复配而成。

4.权利要求1～3中任意一项所述的阻燃聚乙烯材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将溴锑阻燃母粒、硅酮母粒、硬脂酸类润滑剂、抗氧剂、相容剂和阻燃协效剂加入高速搅拌机，进行预分散，再加入聚乙烯树脂，混合均匀；

2)将高速搅拌机中的物料转入挤出机，进行挤出、冷却、拉条、切粒，得到阻燃聚乙烯材料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述挤出机的工作温度为185～200℃，主机转速为350～500rpm。