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CN102643469B - 一种ldpe/eva阻燃复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种ldpe/eva阻燃复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LDPE/EVA阻燃复合材料，它的原料组分及重量份数为：A为基础树脂：LDPE和EVA，100份；B为溴系阻燃剂：十溴二苯乙烷或十溴二苯醚，10~20份；C为无机阻燃剂：改性三氧化二锑M-Sb2O3，3~6份；滑石粉TP，3~6份；硼酸锌ZB，2~8份；水滑石LDHs，2~8份；它的制备方法为原料烘干、原料混匀、加工挤出、注塑成型而得到阻燃复合材料。本发明融合了有机阻燃剂、溴系阻燃剂和无机阻燃剂的优势，降低了无机阻燃剂的用量，提高了阻燃复合材料的极限氧指数，材料在燃烧时直接燃烧成炭，不产生滴落现象，不产生有毒有害气体。

Description

一种LDPE/EVA阻燃复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种LDPE/EVA阻燃复合材料及其制备方法。
背景技术
LDPE因具有优良的物理力学性能、电性能和耐化学腐蚀性能，尤其又有良好的加工性能，所以用途极为广泛。由于LDPE的阻燃性很差(OI=17)，要大幅度地提高其抗氧指数(OI)具有较大的困难，而且LDPE是非极性材料，与极性较强的阻燃剂溶度极参数相差很大，因此必须对此加以改性，改性的方法主要是引进极性基团，如乙烯一醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙稀—丙烯酸乙酯共聚物(EEA)等，目的是增大阻燃的填充量。
乙烯一醋酸乙烯共聚物EVA具有良好的挠曲性、韧性、耐应力开裂性和粘接性能，它的存在有利于LDPE和一些无机水合物的界面结合，改善阻燃材料的综合性能，特别是机械性能。因此选择LDPE/EVA为阻燃材料的基础树脂。
尽管乙烯-醋酸乙烯酯共聚物性能优异，其燃烧热值随乙烯含量增加而增加。随着乙烯（VA）的含量的增加，其阻燃性能有一定地提高，但是仍旧不能满足一些特殊领域的使用要求，其燃烧过程中产生带有毒性气体的黑烟，限制了其在家电、建筑、建材和电缆等方面的应用，因此在LDPE/EVA为阻燃材料的基础树脂的同时加入卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、无机阻燃剂等，以提高其性能。
曾卤系阻燃剂因其用量少，就能达到较好的阻燃效果，且应用范围广，但卤系阻燃剂阻燃的同时也产生大量的腐蚀性和有毒气体，由此引发的二噁英(Dioxin)问题得到人们的广泛关注。随着人们环保意识和社会环保力度的加强，含卤阻燃剂的使用受到了很大的冲击。
磷系阻燃剂本身有毒且发烟量大，在常温下为液态，容易从废料中泄露出去，且在使用过程中存在污染电子元件的可能性，从而降低环氧树脂的耐湿性和可加工性等，红磷阻燃剂成型时还会产生红磷分解气体，对生态环境和人们日常生产生活产生不良影响。
无机阻燃剂通常为阻燃协效剂，无机阻燃剂耐高温，加入超微无机金属氧化物精细加工而组成，耐温可达1700℃，可以使涂料完全透明，在常温和高温下无任何气味，能与物体表面形成互穿网络结构，附着力好，具有一定的隔热、防氧化、防腐、阻燃防火的保护作用，延长基体的使用寿命，节能环保。通常添加于聚合物配方中，具有阻燃、协效阻燃或抑烟功能的无机化合物。无机阻燃剂一般阻燃效能较低，添加量大，但有害性小，抑烟效果好。
中国专利申请号：201110273309.4，专利名称：一种低烟无卤环保阻燃材料及其制备方法的专利申请文件中公开一种低烟无卤环保阻燃材料，主要由如下重量份的原料制备而成：10~50重量份的LLDPE，50~90重量份的EVA，40~80重量份的无机阻燃剂，20~40重量份的磷系或氮系阻燃剂，1.5~2.5重量份的加工助剂，0.1~0.5重量份的交联剂；该发明虽然具有较佳的低烟无卤及环保阻燃性能，制备工艺简捷，加工容易，制备成本价格低廉，但是加入的磷系阻燃剂发烟量大，温温度性欠佳，会降低材料性能。
中国专利申请号：201110114903.9，专利名称：一种具体有高阻燃性能的聚乙烯材料的专利申请文件中公开了一种阻燃聚乙烯材料，其包含以下质量份：高密度聚乙烯(HDPE)20~40份；乙烯~醋酸乙烯醋共聚物(EVA)50-100份；氢氧化镁40-70份；表面活性剂5-15份；红磷8-20份；硅烷交联剂5-20份；润滑剂1-5份；抗氧剂1-3份。该发明制备的聚乙烯材料虽然具有良好阻燃性能，抗张强度和断裂伸长率均较好，但是成型时会产生红磷分解气体，对人体不利。
研发兼具各现有阻燃剂的优势，烟雾量小，挠曲性、韧性、耐应力等性能好而且稳定，在燃烧的时候不产生滴落现象，对环境污染小的新阻燃材料是一种趋势。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有阻燃剂存在毒性大，燃烧产生滴落等问题，而提供一种含LDPE/EVA阻燃复合材料及其制备方法，以LDPE/EVA为基础树脂，加入溴系阻燃剂、无机阻燃剂，融合了这三类阻燃剂的优点的同时，在材料燃烧时不产生滴落现象。
本发明的技术方案：
一种LDPE/EVA阻燃复合材料，其原料组分及重量份数为：
A为基础树脂：LDPE和EVA，100份；
B为溴系阻燃剂：十溴二苯乙烷或十溴二苯醚，10~20份；
C为无机阻燃剂：改性三氧化二锑M-Sb2O3，2~6份；滑石粉TP，3~6份；硼酸锌ZB，2~8份；水滑石LDHs，2~8份。
基础树脂中的LDPE和EVA的重量比为1~3:1。
所述改性三氧化二锑M-Sb2O3是将三氧化二锑在80~100℃下干燥40~80min，然后转移至搅拌机内，按三氧化二锑与偶联剂重量配比为100:2~3的配比量加入偶联剂，在温度为100~120℃，转速为1000~2000rpm/min的条件下，搅拌改性20~60分钟而得到。
所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或铅酸酯偶联剂。改性后三氧化二锑M-Sb2O3与液体石蜡的粘度由240.56mPa·s降低至50.33mPa·s，说明与高分子材料的相容性变强。经改性后的三氧化二锑由亲水性变成疏水性，与高分子材料的相容性增强，添加后对材料的力学性能产生的负面影响较小。
一种LDPE/EVA阻燃复合材料的制备方法：
（1）原料烘干：按配比称取原料，然后将原料放置在鼓风干燥箱内烘1.5~2.5小时，温度控制为80~100℃；
（2）原料混匀：将烘干的原料放置于高速混合机中加热混合均匀，温度控制为30~100℃，转速为2000~10000rpm/min，混合时间5~30min；
（3）加工挤出：将混匀的原料加入双螺杆挤出机中加工挤出，挤出机温度控制为130～150℃，机头140℃，螺杆转速控制在30~50rpm/min，压强1.2~1.5MPa下熔融挤出；
（4）注塑成型：挤出的产品通过注塑机注塑成型，注射压力0.2~0.5MPa，注射筒温150~160℃，模温30~40℃。
本发明中添加的溴系阻燃剂十溴二苯乙烷，其热稳定性好，抗紫外线性能佳，较其他溴系阻燃剂的渗出性低；热裂解或燃烧时不产生有毒的多溴代二苯并二恶烷（DBDO）及多溴代二苯并呋湳（DBDF），对环境不造成危害，用它阻燃的热塑性塑料可以循环使用。
十溴二苯醚是一种高效广谱添加剂阻燃剂。十溴二苯醚是目前使用最广泛、产量最大的重要溴系阻燃剂，其含溴量大，热稳定性好、阻燃效能高，且对皮肤和眼睛基本无刺激性，无致癌性，广泛应用于各个领域的阻燃。
无机阻燃剂的滑石粉：可以增加材料的稳定，增加张力强度，剪切强度，绕曲强度，压力强度，降低变形，伸张率，热膨胀系数，白度高、粒度均匀分散性强等特点。
硼酸锌是最早使用的阻燃剂之一，亦是重要的无机阻燃剂，其特点为热稳定性好，毒性低，消烟，与其它阻燃剂复配效果良好，添加后明显减少材料燃烧烟浓度。
水滑石LDHs：是一类具有层状结构的新型无机功能材料，水滑石在受热时，其结构水合层板羟基及层间离子以水和CO2的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度，阻隔O2的阻燃作用；LDHs的结构水合层板羟基以及层间离子在不同的温度内脱离层板，从而可在较低的范围内（200~800℃）释放阻燃物质。在阻燃过程中，吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温。
本发明的优点：
1、本发明的阻燃复合材料采用的原料易得，资源丰富，价格低廉，无机阻燃剂的用量低，材料的极限氧指数相比于纯LDPE/EVA材料提高了。
2、本发明的阻燃复合材料融合了溴系阻燃剂、无机阻燃剂的优点，在燃烧过程中不产生滴落现象，直接燃烧成炭，不产生有毒有害气体。
3、加入改性三氧化二锑，提高了材料的相容性，对材料的力学性能产生的负面影响较小。
具体实施例
本发明用下列实施例进行说明，但不限制本发明的范围。
实施例1
（1）改性三氧化二锑的制备
将三氧化二锑置于80~90℃的干燥箱内干燥60min，然后转移至搅拌机内，按三氧化二锑与偶联剂重量配比为100:2的配比量加入钛酸酯偶联剂，在温度为100~110℃，转速为1000rpm/min的条件下，搅拌改性40分钟而得到改性三氧化二锑M-Sb2O3。
（2）原料配方：（均采用重量份数）
  原料组份   份数/phr
  低密度聚乙烯（LDPE）   75
  乙烯－醋酸乙烯共聚物（EVA）   25
  十溴二苯乙烷（DBDPE）   15
  滑石粉（TP）   5
  改性三氧化二锑（M-Sb2O3）   5
  硼酸锌（ZB）   2
  水滑石（LDHs）   8
（2）制备方法：
a.原料烘干：按上述配比称取原料，然后将原料放置在鼓风干燥箱内烘2小时，温度控制80~90℃；
b.原料混匀：将烘干的原料放置于高速混合机中加热混合均匀，温度控制：80~90℃，混合时间5min，转速为2000rpm/min；
c.加工挤出：将混匀的原料加入双螺杆挤出机中加工挤出，挤出机温度控制：130～150℃，机头140℃，二区温度为150℃，螺杆转速控制在40rpm/min，压强1.2~1.5MPa下熔融挤出；
d.注塑成型：挤出的产品通过注塑机注塑成型得到本发明的阻燃复合材料，注射压力0.3MPa，注射筒温160℃，模温30℃，合模时间为30s，注射时间10s。
（3）产品验证
产品验证依据国家标准来验证
阻燃性能
Figure BDA00001623052400041
Figure BDA00001623052400051
实施例2
（1）改性三氧化二锑的制备
将三氧化二锑置于90~100℃的干燥箱内干燥80min，然后转移至搅拌机内，按三氧化二锑与偶联剂重量配比为100:3的配比量加入铅酸酯偶联剂，在温度为110~120℃，转速为2000rpm/min的条件下，搅拌改性60分钟而得到改性三氧化二锑M-Sb2O3。
（2）原料配方：（均采用重量份数）
  原料组份   份数/phr
  低密度聚乙烯（LDPE）   50
  乙烯－醋酸乙烯共聚物（EVA）   50
  十溴二苯乙烷（DBDPE）   10
  滑石粉（TP）   6
  改性三氧化二锑（M-Sb2O3）   2
  硼酸锌（ZB）   4
  水滑石（LDHs）   4
（3）制备方法：
a.原料烘干：按上述配比称取原料，然后将原料放置在鼓风干燥箱内烘1.5小时，温度控制90~100℃；
b.原料混匀：将烘干的原料放置于高速混合机中加热混合均匀，温度控制：50~70℃，混合时间10min，转速为10000rpm/min；
c.加工挤出：将混匀的原料加入双螺杆挤出机中加工挤出，挤出机温度控制：130～150℃，机头140℃，二区温度为150℃，螺杆转速控制在30rpm/min，压强1.2~1.5MPa下熔融挤出；
d.注塑成型：挤出的产品通过注塑机注塑成型得到本发明的阻燃复合材料，注射压力0.4MPa，注射筒温160℃，模温30℃，合模时间为30s，注射时间10s。
（3）产品验证
阻燃性能
Figure BDA00001623052400061
实施例3
（1）改性三氧化二锑的制备
将三氧化二锑置于85~95℃的干燥箱内干燥40min，然后转移至搅拌机内，按三氧化二锑与偶联剂重量配比为100:3的配比量加入铅酸酯偶联剂，在温度为105~115℃，转速为1500rpm/min的条件下，搅拌改性30分钟而得到改性三氧化二锑M-Sb2O3。
（2）原料配方：（均采用重量份数）
  原料组份   份数/phr
  低密度聚乙烯（LDPE）   65
  乙烯－醋酸乙烯共聚物（EVA）   35
  十溴二苯乙烷（DBDPE）   20
  滑石粉（TP）   3
  改性三氧化二锑（M-Sb2O3）   4
  硼酸锌（ZB）   8
  水滑石（LDHs）   2
（3）制备方法：
a.原料烘干：按上述配比称取原料，然后将原料放置在鼓风干燥箱内烘2.5小时，温度控制85~95℃；
b.原料混匀：将烘干的原料放置于高速混合机中加热混合均匀，温度控制：60~100℃，混合时间30min，转速为5000rpm/min；
c.加工挤出：将混匀的原料加入双螺杆挤出机中加工挤出，挤出机温度控制：130～150℃，机头140℃，二区温度为150℃，螺杆转速控制在50rpm/min，压强1.2~1.5MPa下熔融挤出；
d.注塑成型：挤出的产品通过注塑机注塑成型得到本发明的阻燃复合材料，注射压力0.5MPa，注射筒温150℃，模温40℃，合模时间为30s，注射时间10s。
（3）产品验证
阻燃性能
实施例4
（1）改性三氧化二锑的制备
将三氧化二锑置于80~100℃的干燥箱内干燥50min，然后转移至搅拌机内，按三氧化二锑与偶联剂重量配比为100:2的配比量加入钛酸酯偶联剂，在温度为100~120℃，转速为1800rpm/min的条件下，搅拌改性50分钟而得到改性三氧化二锑M-Sb2O3。
（2）原料配方：（均采用重量份数）
  原料组份   份数/phr
  低密度聚乙烯（LDPE）   72
  乙烯－醋酸乙烯共聚物（EVA）   28
  十溴二苯乙烷（DBDPE）   12
  滑石粉（TP）   4
  改性三氧化二锑（M-Sb2O3）   6
  硼酸锌（ZB）   6
  水滑石（LDHs）   6
（3）制备方法：
a.原料烘干：按上述配比称取原料，然后将原料放置在鼓风干燥箱内烘2小时，温度控制80~100℃；
b.原料混匀：将烘干的原料放置于高速混合机中加热混合均匀，温度控制：30~50℃，混合时间20min，转速为3000rpm/min；
c.加工挤出：将混匀的原料加入双螺杆挤出机中加工挤出，挤出机温度控制：130～150℃，机头140℃，二区温度为150℃，螺杆转速控制在40rpm/min，压强1.2~1.5MPa下熔融挤出；
d.注塑成型：挤出的产品通过注塑机注塑成型得到本发明的阻燃复合材料，注射压力0.3MPa，注射筒温150℃，模温35℃，合模时间为30s，注射时间10s。
（3）产品验证
阻燃性能
Figure BDA00001623052400081

Claims (4)

1.一种LDPE/EVA阻燃复合材料，其特征在于：原料组分及重量份数为：
A为基础树脂：LDPE和EVA，100份；
B为溴系阻燃剂：十溴二苯乙烷或十溴二苯醚，10~20份；
C为无机阻燃剂：改性三氧化二锑M-Sb2O3，2~6份；滑石粉TP，3~6份；硼酸锌ZB，2~8份；水滑石LDHs，2~8份；
所述改性三氧化二锑M-Sb2O3是将三氧化二锑在80~100℃下干燥40~80min，然后转移至搅拌机内，按三氧化二锑与偶联剂重量配比为100 : 2~3的配比量加入偶联剂，在温度为100~120℃，转速为1000~2000rpm/min的条件下，搅拌改性20~60分钟而得到。
2.根据权利要求1所述的LDPE/EVA阻燃复合材料，其特征在于：LDPE和EVA的重量比为1~3 : 1。
3.根据权利要求1所述的LDPE/EVA阻燃复合材料，其特征在于：所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或铅酸酯偶联剂。
4.一种如权利要求1所述的LDPE/EVA阻燃复合材料的制备方法，其特征在于：
（1）      原料烘干：按配比称取原料，然后将原料放置在鼓风干燥箱内烘1.5~2.5小时，温度控制为80~100℃；
（2）      原料混匀：将烘干的原料放置于高速混合机中加热混合均匀，温度控制为30~100℃，转速为2000~10000rpm/min，混合时间5 ~30min；
（3）      加工挤出：将混匀的原料加入双螺杆挤出机中加工挤出，挤出机温度控制为130～150 ℃，机头140 ℃，螺杆转速控制在30~50 rpm/min，压强1.2~1.5MPa下熔融挤出；
（4）        注塑成型：挤出的产品通过注塑机注塑成型，注射压力0.2~0.5 MPa，注射筒温150~160 ℃，模温30~40 ℃。
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