專利名稱：一種阻燃發(fā)泡聚乙烯材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種阻燃發(fā)泡聚乙烯材料及其制
備方法。
背景技術(shù)：
發(fā)泡聚乙烯，是一種多功能塑料，有質(zhì)輕、隔熱、消音、抗震及防潮等許多特點，廣泛應(yīng)用于包裝、管道的隔熱保溫、建筑工程、體育用品、農(nóng)業(yè)以及交通運輸領(lǐng)域。泡沫塑料的燃燒性能是指泡沫塑料的易燃性、發(fā)火溫度、發(fā)熱量、發(fā)煙性、熱分解與燃燒后生成氣體的種類等，這些均與泡沫塑料的組成、發(fā)泡倍率及氣泡結(jié)構(gòu)有關(guān)。聚乙烯(PE)泡沫塑料分子鏈中只有碳、氫兩種元素，所以極容易燃燒，且燃燒時滴落嚴(yán)重，火焰上端呈黃色、下端呈藍(lán)色，有石蠟氣味，其氧指數(shù)僅為17，因而限制了其在制冷、空調(diào)風(fēng)管、采暖保溫等領(lǐng)域作為建筑內(nèi)飾材料的使用。目前發(fā)泡聚乙烯的阻燃主要是通過添加阻燃劑來實現(xiàn)，常用的是鹵系阻燃劑如 Sb2O3/氯化石蠟、Sb2O3/十溴聯(lián)苯醚等，其阻燃效果顯著，還有磷-鹵協(xié)效體系，中國專利 CN1631957A公開了一種阻燃性低密度聚乙烯發(fā)泡樹脂的制造方法，采用銻氧化物作為阻燃劑，阻燃效果良好。中國專利CN101475716A公開了發(fā)泡低煙無鹵阻燃鋁塑板復(fù)合板芯材專用料及其制備方法，采用聚烯烴材料為基體樹脂，加入阻燃劑氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅、 包膜紅磷、聚磷酸銨或磷酸三甲酯中的一種或2種以上復(fù)配物，采用阻燃協(xié)效劑三氧化二銻、銻酸鈉等復(fù)配后對體系進(jìn)行阻燃。據(jù)文獻(xiàn)(聚乙烯泡沫塑料阻燃性能的研究，塑料2004， 33 (4):47-49)報道，采用氫氧化鎂/有機(jī)硅/紅磷復(fù)合阻燃劑對低密度聚乙烯泡沫塑料具有較好的阻燃效果，在低密度聚乙烯/氫氧化鎂以60/40混合的基礎(chǔ)上，加入有機(jī)硅、紅磷， 硬脂酸鎂各5份，體系的氧指數(shù)達(dá)到33。同時，體系的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率也保持了較高的水平。據(jù)文獻(xiàn)資料介紹，利用磷-鹵協(xié)效體系擬％聚乙烯、8%磷酸三(三溴新戊)酯以及發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、炭黑顏料等混合，可制得有良好可塑性、抗拉強(qiáng)度以及阻燃性的發(fā)泡聚乙烯材料。國內(nèi)外還有許多文獻(xiàn)都提及到利用氫氧化鋁和鹵化物聯(lián)用的阻燃方法，提高發(fā)泡聚乙烯的阻燃、減煙性。但由于這類阻燃劑燃燒時產(chǎn)生大量腐蝕性氣體，給人們的生命安全和環(huán)境帶來危害，其使用量正在逐漸減少。金屬氫氧化物類阻燃劑的阻燃效率相對較低，加入量大，會明顯影響基體材料的使用和加工性能。清潔、無鹵、高效阻燃劑是阻燃劑的發(fā)展方向。膨脹型阻燃劑(IFR)具有無毒、低煙、與聚合物相容性較好、低密度等優(yōu)點，而且膨脹型阻燃聚乙烯體系燃燒時可膨脹成炭，隔絕氧氣，防止熔滴，對火災(zāi)蔓延起到很大的延緩作用。目前，世界上商品化的IFR應(yīng)用于聚乙烯的較少，據(jù)文獻(xiàn)(Synergistic Effect of the Charring Agent on the Thermal and Flame Retardant Properties of Polyethylene. Macromolecular Materials and Engineering2004, 289(2) : 208—212)采用三嗪類的成炭劑與聚磷酸銨進(jìn)行復(fù)配組成的膨脹型阻燃劑對聚乙烯進(jìn)行阻燃，在IFR含量為30%時，體系的氧指數(shù)達(dá)到31. 2，垂直燃燒級別為V-O級。三羥乙基異氰脲酸酯是一種具有優(yōu)異作用的成炭劑。
IFR 一般由酸源、氣源和炭源三部分組成。聚磷酸銨是最常用的酸源和氣源，季戊四醇類多羥基化合物是最常用的炭源。IFR的阻燃機(jī)理是當(dāng)被加熱到200°C以上時，酸源分解產(chǎn)生酸性物質(zhì)與多羥基化合物成酯最后脫磷成炭，同時催化聚合物脫氫與IFR相互作用而成炭。氣源分解后產(chǎn)生的氣體使產(chǎn)生的炭層發(fā)泡，形成的膨脹炭層起到隔熱隔氧和抑制聚合物分解后產(chǎn)生的可燃性液體流動到聚合物表面的作用，從而實現(xiàn)阻燃。蛭石是一種可膨脹的、層間含有水分子和可交換性陽離子的二八面體和三八面體層狀硅酸鹽礦物。蛭石被突然加熱到300°C左右時，其間水分子受到高溫灼燒，會使蛭石沿其晶體的c軸產(chǎn)生蟲似的剝落，同時體積增大6-15倍。膨脹剝分后的蛭石密度小、隔熱隔音性能突出、吸附性能強(qiáng)，使其在輕質(zhì)材料、防火、隔熱隔音和吸附劑等方面得以廣泛的應(yīng)用。目前蛭石用于防火材料時主要是經(jīng)膨脹處理后與其它無機(jī)材料如水泥等一起復(fù)合制備防火磚，防火板，防火墻等。中國專利CN1216007C公開了將蛭石與無機(jī)復(fù)合凝膠材料、空心漂珠、粉煤灰等復(fù)合制作非承重墻，耐火極限達(dá)3小時。中國專利CN101200380A公開了膨脹蛭石與無機(jī)防火纖維，硅酸鹽水泥等復(fù)合制成隧道輕質(zhì)無機(jī)防火復(fù)合材料，耐火時間可達(dá)3 小時。文獻(xiàn)(PE-HD/膨脹型阻燃劑(IFR) /蛭石(OVMT)阻燃復(fù)合材料的制備與性能研究.中國塑料2008，22(09): 22-27)采用有機(jī)蛭石與聚磷酸蜜胺及季戊四醇組成的膨脹型阻燃劑對PE-HD進(jìn)行協(xié)同阻燃，在PE-HD/IFR/0VMT=70/^8/2時，體系的極限氧指數(shù)為 28. 6，垂直燃燒等級(UL-94)達(dá)到V-I級。膨脹蛭石結(jié)構(gòu)比IFR膨脹炭層強(qiáng)度更高，更耐熱，可以起到提高IFR膨脹炭層質(zhì)量的作用，提高其阻燃效果。利用膨脹蛭石與IFR協(xié)同阻燃發(fā)泡聚乙烯，來提高阻燃效果。同時，我們的研究結(jié)果(Ren Q, Zhang Y, Li J, Li JC. Synergistic effect of vermiculite on the intumescent flame retardance of polypropylene. Journal of Applied Polymer Science. 2011; 120 ) : 1225-1233)也表明膨脹蛭石中過渡金屬鐵元素的含量較高，可以起到促進(jìn)行IFR和聚合物氧化脫氫成炭的作用。同時，膨脹蛭石屬天然礦物，成本低廉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用膨脹型阻燃劑與膨脹蛭石協(xié)同來提高發(fā)泡聚乙烯的阻燃性能，提供一種阻燃性能良好，力學(xué)性能可滿足使用要求，成本較低的無鹵阻燃發(fā)泡聚乙烯材料。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種阻燃發(fā)泡聚乙烯材料，該材料由如下組份和重量份數(shù)的物質(zhì)組成
低密度聚乙烯(LDPE) 100份，
乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA) 25-35份，
交聯(lián)劑0. 5-1. 5份，
發(fā)泡劑4-6份，
助發(fā)泡劑3-7. 5份，
膨脹型阻燃劑(IFR) 28. 6-41. 6份，
膨脹蛭石0-13份，其中所述交聯(lián)劑為過氧化二異丙苯， 其中所述發(fā)泡劑為偶氮二甲酰胺，
其中所述助發(fā)泡劑為氧化鋅和硬脂酸按質(zhì)量比2:1復(fù)配而成的混合物， 其中所述膨脹型阻燃劑為磷氮膨脹型阻燃劑，其由三羥乙基異氰脲酸酯與聚磷酸銨按照質(zhì)量比1:3復(fù)配而成的混合物。本發(fā)明阻燃發(fā)泡聚乙烯材料的制備方法，按照下述步驟進(jìn)行
(1)按照上述份數(shù)稱取原料；
(2)將步驟(1)所稱取的原料在雙輥開煉機(jī)上高溫混煉，將輥溫保持在110°C左右，輥距2-3mm，待料混合分散均勻后，以0. 5mm輥距反復(fù)打薄通3次，最后得到片狀阻燃聚乙烯材料；
(3)將步驟(2)制得的片狀材料置于預(yù)熱的模具中，于平板硫化機(jī)上170°C下加壓至 8MPa，保壓15min，然后置于5MPa的壓力下冷卻，去壓發(fā)泡，得到阻燃發(fā)泡聚乙烯材料。本發(fā)明采用阻燃效率高的磷氮阻燃劑與阻燃協(xié)效劑膨脹蛭石協(xié)同阻燃來提高材料的阻燃性能，效果良好，力學(xué)性能優(yōu)良。且制備工藝簡單，無需添加復(fù)雜設(shè)備，符合無鹵環(huán)保阻燃的要求。


圖1為對比例圖2為對比例圖3為對比例圖4為對比例具體實施方式
下面的實施實例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。以下實施例所采用的低密度聚乙烯為大慶石化生產(chǎn)的，牌號為18D，其熔融指數(shù) 1.10-1. 90g/10min,
乙烯醋酸乙烯酯為北京化工廠生產(chǎn)的含醋酸乙烯(VA) ，熔融指數(shù)為4g/10min，
膨脹型阻燃劑由聚磷酸銨與三羥乙基異氰脲酸酯按3 1重量比復(fù)配而成，
聚磷酸銨為德國克萊恩生產(chǎn)的，牌號為AP422，
三羥乙基異氰脲酸酯為揚州三得利化工有集團(tuán)生產(chǎn)的工業(yè)級試劑，
膨脹蛭石為靈壽縣中科礦業(yè)公司的325目未膨脹蛭石粉經(jīng)過高溫處理得到的膨脹蛭
石，
所用的雙輥開煉機(jī)為BL-6175雙輥開煉機(jī)，所使用的平板硫化機(jī)為25t平板硫化機(jī)型號QLB- 350 X !350X2，上海橡膠機(jī)械廠。實施例1-6
(1)將LDPE IOOg, EVA 30g、DCP lg、發(fā)泡劑5. 5g、助發(fā)泡劑4. 5g，膨脹蛭石2. 6g與不同含量的膨脹型阻燃劑進(jìn)行復(fù)配，配方見表1。其中，膨脹型阻燃劑是三羥乙基異氰脲酸酯與聚磷酸銨按照1:3復(fù)配而成，研究不同膨脹型阻燃劑含量對發(fā)泡聚乙烯體系的阻燃性能和力學(xué)性能的影響。其中，對比例為不加膨脹型阻燃劑和膨脹蛭石的發(fā)泡聚乙烯材料配方。
，實施例1，實施例7，實施例8的熱釋放速率(HRR)圖。 ，實施例1，實施例7，實施例8的總熱釋放量(THR)圖。 ，實施例1，實施例7，實施例8的總煙釋放量(TSR)圖。 ，實施例1，實施例7，實施例8的煙釋放速率(SPR)圖。
按配方將各組份在雙輥開煉機(jī)上高溫混煉，將輥溫保持在110°C左右，輥距 2-3mm,待料混合分散均勻后，以0. 5mm輥距反復(fù)打薄通3次，得到片狀阻燃聚乙烯材料，將片狀材料置于預(yù)熱的模具中，于平板硫化機(jī)上170°C下加壓至8MPa，保壓15min，然后置于 5MPa的壓力下冷卻，去壓發(fā)泡，得到不同膨脹型阻燃劑含量的膨脹阻燃發(fā)泡聚乙烯材料。其中，實施例1制備得到的樣品在膨脹型阻燃劑含量為36. 4g，膨脹蛭石為2. 6g時，發(fā)泡聚乙烯的阻燃性能最佳氧指數(shù)為27，垂直燃燒級別達(dá)到V-O級。表1不同含量的膨脹型阻燃劑阻燃發(fā)泡聚乙烯材料配方
權(quán)利要求
1.一種阻燃發(fā)泡聚乙烯材料，其特征在于該材料由如下組份和重量份數(shù)的物質(zhì)組成 低密度聚乙烯100份，乙烯醋酸乙烯酯共聚物25-35份， 交聯(lián)劑0. 5-1. 5份， 發(fā)泡劑4-6份， 助發(fā)泡劑3-7. 5份， 膨脹型阻燃劑18. 6-41. 6份， 膨脹蛭石0-13份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻燃發(fā)泡聚乙烯材料，其特征在于其中所述交聯(lián)劑為過氧化二異丙苯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻燃發(fā)泡聚乙烯材料，其特征在于其中所述發(fā)泡劑為偶氮二甲酰胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻燃發(fā)泡聚乙烯材料，其特征在于其中所述助發(fā)泡劑為氧化鋅和硬脂酸按質(zhì)量比2:1復(fù)配而成的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻燃發(fā)泡聚乙烯材料，其特征在于其中所述膨脹型阻燃劑為磷氮膨脹型阻燃劑，其由三羥乙基異氰脲酸酯與聚磷酸銨按照質(zhì)量比1:3復(fù)配而成的混合物。
6.權(quán)利要求1所述的一種阻燃發(fā)泡聚乙烯材料的制備方法，其特征在于按照下述步驟進(jìn)行(1)按照上述份數(shù)稱取原料；(2)將步驟(1)所稱取的原料在雙輥開煉機(jī)上高溫混煉，將輥溫保持在110°C左右，輥距2-3mm，待料混合分散均勻后，以0. 5mm輥距反復(fù)打薄通3次，最后得到片狀阻燃聚乙烯材料；(3)將步驟(2)制得的片狀材料置于預(yù)熱的模具中，于平板硫化機(jī)上170°C下加壓至 8MPa，保壓15min，然后置于5MPa的壓力下冷卻，去壓發(fā)泡，得到阻燃發(fā)泡聚乙烯材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了阻燃發(fā)泡聚乙烯材料及其制備方法，涉及高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。由如下組份和重量份數(shù)的材料組成低密度聚乙烯100份，乙烯醋酸乙烯酯25-35份，交聯(lián)劑0.5-1.5份，發(fā)泡劑4-6份，助發(fā)泡劑3-7.5份，膨脹型阻燃劑28.6-41.6份，膨脹蛭石0-13份。所述膨脹型阻燃劑由三羥乙基異氰脲酸酯與聚磷酸銨按照質(zhì)量比1:3復(fù)配而成，并與阻燃協(xié)效劑膨脹蛭石協(xié)同阻燃。本發(fā)明采用效果高的磷氮阻燃劑與阻燃協(xié)效劑膨脹蛭石復(fù)配，提高材料的阻燃性能，具有比單獨使用同量的膨脹型阻燃劑更高的阻燃性能，氧指數(shù)最高可達(dá)27，垂直燃燒級別(UL-94)達(dá)到V-0級，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，成本更加低廉。
文檔編號C08K3/32GK102174223SQ20111006085
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者亓云霞, 任強(qiáng), 劉棟亮, 李堅, 李錦春, 鐘鳴, 陶麗 申請人:常州大學(xué), 揚州三得利化工有限公司