CN103509263B - 一种环保添加型聚乙烯阻燃母粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保添加型聚乙烯阻燃母粒，由以下质量份数的原料组成：载体树脂10份、氯化聚乙烯15份、十溴二苯乙烷28份、三氧化二锑10份、TBC阻燃剂3~10份、阻燃协效剂12份、MCA阻燃剂5~15份、润滑剂8份和抗氧剂1份。本发明聚乙烯阻燃母粒环保无毒，清洁卫生，阻燃效果显著，加工性能优良，用于聚乙烯产品生产时，其添加量小，可大幅度降低聚乙烯材料的生产成本，适于企业发展。

Description

一种环保添加型聚乙烯阻燃母粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种环保阻燃聚乙烯母粒，本发明还涉及该环保添加型聚乙烯阻燃母粒的制备方法。

背景技术

聚乙烯（PE）由于性能的优异性，被广泛运用于化工、农业、建筑和包装等领域，但其易燃性差，产品存在火灾隐患，因此有必要对其阻燃性进行改性研究。为了提高聚乙烯材料的阻燃性，通常人们在生产原料中加入阻燃剂，然而大部分阻燃剂为粉体，加工时粉尘飞扬，操作环境极差，严重影响加工人员的健康，且粉体与树脂基材的体积相差较大，密度差别悬殊，原料难以混合均匀。加之挤出机、注塑机对物料沿轴向心的混匀性有限及设备震动，使得粉体容易下沉而造成与树脂基材的分离，产生离析现象。再有粉体容易团聚，也使喂料不准，造成组分波动，材料性能不稳定，难以达到预想阻燃效果。现有技术有通过制备阻燃母粒来解决操作环境差的问题的，但是现有技术中的阻燃母粒却存在产品分散性差、难以加工、有毒、阻燃性能差或价格昂贵的缺点，不能够满足客户的需求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种环保添加型聚乙烯阻燃母粒，该阻燃母粒具有良好分散性、易于加工、环保无毒、良好阻燃性能和价格低廉等优点。

为了解决现有技术问题，本发明设计了一种环保添加型聚乙烯阻燃母粒，由以下质量份数的原料组成：载体树脂10份、氯化聚乙烯15份、十溴二苯乙烷28份、三氧化二锑10份、TBC阻燃剂3~10份、阻燃协效剂12份、MCA阻燃剂5~15份、润滑剂8份和抗氧剂1份；

其中，所述载体树脂为线性低密度聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的任一种或两种的组合；

所述氯化聚乙烯是氯含量为70%的氯化聚乙烯粉体；

所述阻燃协效剂为经过改性处理的含硅、镁元素的矿物类阻燃协效剂；

所述TBC阻燃剂是熔点为110℃、溴含量为65%的三（2，3-二溴丙基）异三聚氰酸酯白色粉末；

所述MCA阻燃剂为粒度分布D50为2~4μm、D90为4~6μm和白度＞98％的三聚氰胺氰尿酸酯。

所述润滑剂为硬脂酸、EBS、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌和硅酮粉中的任一种或几种的组合。

所述抗氧化剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按重量比1：2的组合得到。

一种环保添加型聚乙烯阻燃母粒的制备方法，包括以下步骤：

    1）按配比称取载体树脂、氯化聚乙烯、十溴二苯乙烷、三氧化二锑、TBC阻燃剂、阻燃协效剂、MCA阻燃剂、润滑剂和抗氧剂，采用高速搅拌机对物料搅拌3min；

2）将混合后的物料加入到表面硬度为HRC55°~HRC58°的经氮化处理过的锥形喂料双螺杆中；

3）将锥形喂料双螺杆出来的物料加入到双螺杆挤出机中进行混炼处理，用水冷却后进行拉条、切粒，振动筛分离，得到环保阻燃聚乙烯母粒；

其中，双螺杆挤出机的直径为30~75mm、长径比为44：1，双螺杆挤出机温度控制如下：第一段100~115℃，第二段至第四段140~150℃，第五段155~160℃，机头150℃。

本发明采用十溴二苯乙烷、TBC阻燃剂作为主阻燃剂，燃烧过程中不产生有毒的多溴代二苯并二恶烷及多溴代二苯并呋湳，使用三氧化二锑作为辅助阻燃剂，提高了阻燃效率，同时采用廉价的阻燃协效剂、MCA阻燃剂部分替代较贵的三氧化二锑，每生产1t的聚乙烯阻燃母粒，至少可以节省8000元，大大的提高了产品的市场竞争力。此外，所述阻燃体系发生的协同效应作用，可大幅度提高聚乙烯阻燃母粒的阻燃效率，还有效降低了燃烧时的烟浓度，在燃烧过程中起到隔热、隔氧的作用。

本发明聚乙烯阻燃母粒环保无毒，清洁卫生，阻燃效果显著，加工性能优良，同时价格低廉，用于聚乙烯产品生产时，其添加量小，可大幅度降低聚乙烯材料的生产成本，适于企业发展。本发明聚乙烯阻燃母粒可作为仿真塑料、波纹管、矿井聚乙烯管、硅烷交联聚乙烯电缆护套料和流延膜等聚乙烯产品生产过程中的阻燃剂使用，对树脂的力学性能影响小，添加后不易发生分层、花纹和析出等不良现象。

具体实施方式

本发明揭示了一种环保添加型聚乙烯阻燃母粒，由以下质量份数的原料组成：载体树脂10份、氯化聚乙烯15份、十溴二苯乙烷28份、三氧化二锑10份、TBC阻燃剂3~10份、阻燃协效剂12份、MCA阻燃剂5~15份、润滑剂8份和抗氧剂1份。

本发明阻燃母粒具有良好分散性、易于加工、环保无毒、良好阻燃性能和价格低廉等优点，该阻燃母粒与低密度聚乙烯按1:10～15的比例混合后进行造粒，可得到阻燃性达到UV94 V-2级的聚乙烯阻燃材料，且聚乙烯阻燃材料本身性能不下降，该阻燃母粒与高密度聚乙烯按1:4～6的比例混合后进行造粒，可得到阻燃性达到UV94 V-2级的聚乙烯阻燃材料，且聚乙烯阻燃材料本身性能不下降。

本发明中，为了能更好的包裹住阻燃剂成分，使阻燃母粒能够顺利挤出拉条和切粒，阻燃母粒以载体树脂作为树脂基材，所选用的载体树脂为线性低密度聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的任一种或两种的组合。

本发明中，氯化聚乙烯是氯含量为70%的氯化聚乙烯粉体，可替代部分载体树脂，提高阻燃母粒各物料之间的相容性，氯化聚乙烯也是一种高效阻燃剂，价格比十溴二苯乙烷便宜，提高阻燃效率的同时也降低了成本。

本发明以十溴二苯乙烷和TBC阻燃剂作为主阻燃剂，以三氧化二锑作为辅阻燃剂，并与阻燃协效剂、MCA阻燃剂配合使用，该种阻燃体系会发生协同作用，赋予阻燃母粒良好的阻燃性能，同时还具有隔热、隔氧、降温、阻止可燃气体向外逸出的作用。

上述提及的TBC阻燃剂是一种新型的、高效的、添加型溴系阻燃剂，具有阻燃效果好、挥发性低、相容性好、耐久、耐光、耐水和无毒等特性，与基体树脂和氯化聚乙烯相容性好，可提高产品的加工流动性，在溴锑阻燃体系中加入TBC阻燃剂，减少了溴锑阻燃剂的添加量，降低了成本，而且有助于阻燃效率的提高，本发明TBC阻燃剂较好的是熔点为110℃、溴含量为65%的三（2，3-二溴丙基）异三聚氰酸酯白色粉末。

上述提及MCA阻燃剂为粒度分布D50为2~4μm、D90为4~6μm和白度＞98％的三聚氰胺氰尿酸酯；阻燃协效剂为经过改性处理的含有硅、镁元素的矿物类阻燃协效剂，该矿物类阻燃协效剂可以为有机物，也可以为无机物，所述改性加工处理为现有技术，协效阻燃剂在燃烧过程中可捕捉燃烧反应中的自由基，从而阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止。阻燃协效剂和MCA阻燃剂价格低廉，在不影响阻燃母粒的阻燃性能的情况下，还可以部分代替价格昂贵的三氧化二锑，降低聚乙烯材料的生产成本。

为了降低挤出的聚乙烯阻燃母粒的表面粗糙度，提高母粒的分散性和加工性，本发明还添加有润滑剂，润滑剂选自硬脂酸、EBS、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌和硅酮粉，作为本发明的一种具体实施方式，所提及的润滑剂可一种单独使用，也是几种组合使用。

为了提高聚乙烯阻燃母粒的加工稳定性、耐热性和耐老化性，本发明还添加有抗氧剂，抗氧化剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的组合，具体为抗氧剂1010和抗氧剂168按重量比1：2的组合。

本发明的另一种目的在于提出一种环保添加型聚乙烯阻燃母粒的制备方法，该制备方法包括步骤：1）按配方比称取载体树脂、氯化聚乙烯、十溴二苯乙烷、三氧化二锑、TBC阻燃剂、阻燃协效剂、MCA阻燃剂、润滑剂和抗氧剂，采用高速搅拌机对物料搅拌3min；2）将混合后的物料通过连接管道通入到安装有搅拌桨的倒锥形料斗中，该倒锥形料斗为不锈钢下料斗，增加搅拌桨的目的是进一步搅拌混合，使各原料更加均匀，可防止因为粉体多而产生架桥不下料的现象，然后再通入表面硬度为HRC55°~HRC58°的经氮化处理的锥形双喂料螺杆，用锥形双喂料螺杆代替普通的平行双喂料螺杆，可以更好的输送原料，保证喂料均匀；3）将锥形双喂料螺杆出来的物料通入双螺杆挤出机中进行混炼处理，用水冷却后进行拉条、切粒，振动筛分离，得到环保阻燃聚乙烯母粒；其中，双螺杆挤出机的直径为30~75mm、长径比为44：1，双螺杆挤出机温度控制如下：第一段100~115℃，第二段至第四段140~150℃，第五段155~160℃，机头150℃，本发明双螺杆挤出机在较低的温度下即可实现较好的效果，较低的挤出温度，既可以加强各物料之间的剪切混炼效果，又可以使挤出机料筒温度不致过高而引起部分阻燃剂分解。

以下通过具体实施例对本发明作进一步详细的描述。

实施例1为本发明环保添加型聚乙烯阻燃母粒的制备方法，实施例2、3为采用实施例1所得的环保添加型聚乙烯阻燃母粒制备的聚乙烯阻燃材料，对比例1、2为采用粉体阻燃剂制备的聚乙烯阻燃材料。

实施例1

一种环保添加型聚乙烯阻燃母粒的制备方法，该制备方法包括步骤：1）按配方比称取载体树脂10份、氯化聚乙烯15份、十溴二苯乙烷28份、三氧化二锑10份、TBC阻燃剂3~10份、阻燃协效剂12份、MCA阻燃剂5~15份、润滑剂8份和抗氧剂1份，采用高速搅拌机对物料搅拌3min；2）将混合后的物料通过连接管道通入到安装有搅拌桨的倒锥形料斗中，该倒锥形料斗为不锈钢下料斗，增加搅拌桨的目的是进一步搅拌混合，使各原料更加均匀，防止因为粉体多而产生架桥不下料的现象，然后再通入表面硬度为HRC55°~HRC58°的经氮化处理的锥形双喂料螺杆，用锥形双喂料螺杆代替普通的平行双喂料螺杆，可以更好的输送原料，保证喂料均匀；3）将锥形双喂料螺杆出来的物料通入双螺杆挤出机中进行混炼处理，用水冷却后进行拉条、切粒，振动筛分离，得到环保阻燃聚乙烯母粒；其中，双螺杆挤出机的直径为30~75mm、长径比为44：1，双螺杆挤出机温度控制如下：第一段100~115℃，第二段至第四段140~150℃，第五段155~160℃，机头150℃。

实施例2

本实施例聚乙烯阻燃材料按以下重量份数配比混合得到：低密度聚乙烯2420H（LDPE 2420H）90.5份、阻燃母粒9份、润滑剂0.5份。

实施例3

本实施例聚乙烯阻燃材料按以下重量份数配比混合得到：高密度聚乙烯HMA035(HDPE HMA035)83.5份、阻燃母粒16份、润滑剂0.5份。

对比例1

本对比例聚乙烯阻燃材料按以下重量份数配比混合得到：低密度聚乙烯2420H（LDPE 2420H）90.6份、十溴二苯乙烷5.7份、三氧化二锑1.7份、阻燃协效剂1.3份、润滑剂0.5份、抗氧剂0.2份。

对比例2

本对比例聚乙烯阻燃材料按以下重量份数配比混合得到：高密度聚乙烯HMA035(HDPE HMA035)81.8份、十溴二苯乙烷12份、三氧化二锑3.5份、阻燃协效剂2份、润滑剂0.5份、抗氧剂0.2份。

对上述实施例2、3和对比例1、2所得聚乙烯阻燃材料的性能进行检测，采用CG110E卧式注射机注射成型标准试样，成型工艺条件：注射温度(加料口)150/155/165/170℃(喷嘴)，注射压力50MPa，保压时间12s；冷却时间8s。测试结果如表1所示，并采用如下方法进行测试：

拉伸强度及断裂伸长率：按照ASTM D-638标准进行。

缺口冲击性能：按照ASTM D-256标准进行。

熔融指数：按ASTM D-1238标准进行。

阻燃性：垂直燃烧性能，按UL94垂直燃烧标准进行测试，样条厚度为1.6mm和3.2mm。

表1 阻燃聚乙烯材料的性能对比

由表1可知，达到同样的阻燃效果（包括延燃时间），添加的阻燃母粒的量比添加阻燃剂略低，而且母粒中的实际阻燃剂的比例比添加粉体阻燃剂低很多，表面阻燃母粒的阻燃效果好，生产同样产量的聚乙烯阻燃材料时，所需的阻燃母粒量少，大大降低了生产成本，而且性能保持性好，生产过程不易造成环境污染。

根据以上说明书中的阐述，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，上述实施例中提到的内容并非是对本发明的限定，在不脱离本发明的发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种环保添加型聚乙烯阻燃母粒，由以下质量份数的原料组成：载体树脂10份、氯化聚乙烯15份、十溴二苯乙烷28份、三氧化二锑10份、TBC阻燃剂3~10份、阻燃协效剂12份、MCA阻燃剂5~15份、润滑剂8份和抗氧剂1份；

其中，所述载体树脂为线性低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯与乙烯-乙酸乙烯酯共聚物两种的组合；

所述氯化聚乙烯是氯含量为70%的氯化聚乙烯粉体；

所述阻燃协效剂为经过改性处理的含硅、镁元素的矿物类阻燃协效剂；

所述TBC阻燃剂是熔点为110℃、溴含量为65%的三（2，3-二溴丙基）异三聚氰酸酯白色粉末；

所述MCA阻燃剂为粒度分布D50为2~4μm、D90为4~6μm和白度＞98％的三聚氰胺氰尿酸酯；

所述润滑剂为硬脂酸、EBS、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌和硅酮粉中的任一种或几种的组合；

所述抗氧化剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按重量比1：2的组合得到；

所述的环保添加型聚乙烯阻燃母粒的制备方法，包括以下步骤：

1）按配比称取载体树脂、氯化聚乙烯、十溴二苯乙烷、三氧化二锑、TBC阻燃剂、阻燃协效剂、MCA阻燃剂、润滑剂和抗氧剂，采用高速搅拌机对物料搅拌3min；

2）将混合后的物料加入到表面硬度为洛氏硬度HRC55~HRC58度的经氮化处理过的锥形喂料双螺杆中；

3）将锥形喂料双螺杆出来的物料加入到双螺杆挤出机中进行混炼处理，用水冷却后进行拉条、切粒，振动筛分离，得到环保阻燃聚乙烯母粒；

其中，双螺杆挤出机的直径为30~75mm、长径比为44：1，双螺杆挤出机温度控制如下：第一段100~115℃，第二段至第四段140~150℃，第五段155~160℃，机头150℃。