一種環保添加型聚乙烯阻燃母粒及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種環保添加型聚乙烯阻燃母粒，由以下質量份數的原料組成：載體樹脂10份、氯化聚乙烯15份、十溴二苯乙烷28份、三氧化二銻10份、TBC阻燃劑3~10份、阻燃協效劑12份、MCA阻燃劑5~15份、潤滑劑8份和抗氧劑1份。本發明聚乙烯阻燃母粒環保無毒，清潔衛生，阻燃效果顯著，加工性能優良，用于聚乙烯產品生產時，其添加量小，可大幅度降低聚乙烯材料的生產成本，適于企業發展。
【專利說明】一種環保添加型聚乙烯阻燃母粒及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高分子材料領域，尤其涉及一種環保阻燃聚乙烯母粒，本發明還涉及該環保添加型聚乙烯阻燃母粒的制備方法。
【背景技術】
[0002]聚乙烯(PE)由于性能的優異性，被廣泛運用于化工、農業、建筑和包裝等領域，但其易燃性差，產品存在火災隱患，因此有必要對其阻燃性進行改性研究。為了提高聚乙烯材料的阻燃性，通常人們在生產原料中加入阻燃劑，然而大部分阻燃劑為粉體，加工時粉塵飛揚，操作環境極差，嚴重影響加工人員的健康，且粉體與樹脂基材的體積相差較大，密度差別懸殊，原料難以混合均勻。加之擠出機、注塑機對物料沿軸向心的混勻性有限及設備震動，使得粉體容易下沉而造成與樹脂基材的分離，產生離析現象。再有粉體容易團聚，也使喂料不準，造成組分波動，材料性能不穩定，難以達到預想阻燃效果。現有技術有通過制備阻燃母粒來解決操作環境差的問題的，但是現有技術中的阻燃母粒卻存在產品分散性差、難以加工、有毒、阻燃性能差或價格昂貴的缺點，不能夠滿足客戶的需求。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提出一種環保添加型聚乙烯阻燃母粒，該阻燃母粒具有良好分散性、易于加工、環保無毒、良好阻燃性能和價格低廉等優點。
[0004]為了解決現有技術問題，本發明設計了一種環保添加型聚乙烯阻燃母粒，由以下質量份數的原料組成:載體樹脂10份、氯化聚乙烯15份、十溴二苯乙烷28份、三氧化二銻10份、TBC阻燃劑3~10份、阻燃協效劑12份、MCA阻燃劑5~15份、潤滑劑8份和抗氧劑I份；
其中，所述載體樹脂為線性低密度聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的任一種或兩種的組合；
所述氯化聚乙烯是氯含量為70%的氯化聚乙烯粉體；
所述阻燃協效劑為經過改性處理的含硅、鎂元素的礦物類阻燃協效劑；
所述TBC阻燃劑是熔點為110°C、溴含量為65%的三(2，3- 二溴丙基)異三聚氰酸酯白色粉末；
所述MCA阻燃劑為粒度分布D50為2~4 μ m、D90為4飛μ m和白度> 98%的三聚氰胺
氰尿酸酯。
[0005]所述潤滑劑為硬脂酸、EBS、聚乙烯蠟、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅和硅酮粉中的任一種或幾種的組合。
[0006]所述抗氧化劑為抗氧劑1010和抗氧劑168按重量比1:2的組合得到。
[0007]一種環保添加型聚乙烯阻燃母粒的制備方法，包括以下步驟:
O按配比稱取載體樹脂、氯化聚乙烯、十溴二苯乙烷、三氧化二銻、TBC阻燃劑、阻燃協效劑、MCA阻燃劑、潤滑劑和抗氧劑，采用高速攪拌機對物料攪拌3min ；2)將混合后的物料加入到表面硬度為HRC55。~HRC58。的經氮化處理過的錐形喂料雙螺桿中；
3)將錐形喂料雙螺桿出來的物料加入到雙螺桿擠出機中進行混煉處理，用水冷卻后進行拉條、切粒，振動篩分離，得到環保阻燃聚乙烯母粒；
其中，雙螺桿擠出機的直徑為30~75mm、長徑比為44:1，雙螺桿擠出機溫度控制如下:第一段10(Tll5°C，第二段至第四段14(Tl50°C，第五段155~160°C，機頭150°C。
[0008]本發明采用十溴二苯乙烷、TBC阻燃劑作為主阻燃劑，燃燒過程中不產生有毒的多溴代二苯并二惡烷及多溴代二苯并呋湳，使用三氧化二銻作為輔助阻燃劑，提高了阻燃效率，同時采用廉價的阻燃協效劑、MCA阻燃劑部分替代較貴的三氧化二銻，每生產It的聚乙烯阻燃母粒，至少可以節省8000元，大大的提高了產品的市場競爭力。此外，所述阻燃體系發生的協同效應作用，可大幅度提高聚乙烯阻燃母粒的阻燃效率，還有效降低了燃燒時的煙濃度，在燃燒過程中起到隔熱、隔氧的作用。
[0009]本發明聚乙烯阻燃母粒環保無毒，清潔衛生，阻燃效果顯著，加工性能優良，同時價格低廉，用于聚乙烯產品生產時，其添加量小，可大幅度降低聚乙烯材料的生產成本，適于企業發展。本發明聚乙烯阻燃母粒可作為仿真塑料、波紋管、礦井聚乙烯管、硅烷交聯聚乙烯電纜護套料和流延膜等聚乙烯產品生產過程中的阻燃劑使用，對樹脂的力學性能影響小，添加后不易發生分層、花紋和析出等不良現象。
【具體實施方式】
[0010]本發明揭示了一種環保添加型聚乙烯阻燃母粒，由以下質量份數的原料組成:載體樹脂10份、氯化聚乙烯15份、十溴二苯乙烷28份、三氧化二銻10份、TBC阻燃劑3~10份、阻燃協效劑12份、MCA阻燃劑5~15份、潤滑劑8份和抗氧劑1份。
[0011]本發明阻燃母粒具有良好分散性、易于加工、環保無毒、良好阻燃性能和價格低廉等優點，該阻燃母粒與低密度聚乙烯按1:10~15的比例混合后進行造粒，可得到阻燃性達到UV94 V-2級的聚乙烯阻燃材料，且聚乙烯阻燃材料本身性能不下降，該阻燃母粒與高密度聚乙烯按1:4~6的比例混合后進行造粒，可得到阻燃性達到UV94 V-2級的聚乙烯阻燃材料，且聚乙烯阻燃材料本身性能不下降。
[0012]本發明中，為了能更好的包裹住阻燃劑成分，使阻燃母粒能夠順利擠出拉條和切粒，阻燃母粒以載體樹脂作為樹脂基材，所選用的載體樹脂為線性低密度聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的任一種或兩種的組合。
[0013]本發明中，氯化聚乙烯是氯含量為70%的氯化聚乙烯粉體，可替代部分載體樹脂，提高阻燃母粒各物料之間的相容性，氯化聚乙烯也是一種高效阻燃劑，價格比十溴二苯乙烷便宜，提高阻燃效率的同時也降低了成本。
[0014]本發明以十溴二苯乙烷和TBC阻燃劑作為主阻燃劑，以三氧化二銻作為輔阻燃劑，并與阻燃協效劑、MCA阻燃劑配合使用，該種阻燃體系會發生協同作用，賦予阻燃母粒良好的阻燃性能，同時還具有隔熱、隔氧、降溫、阻止可燃氣體向外逸出的作用。
[0015]上述提及的TBC阻燃劑是一種新型的、高效的、添加型溴系阻燃劑，具有阻燃效果好、揮發性低、相容性好、耐久、耐光、耐水和無毒等特性，與基體樹脂和氯化聚乙烯相容性好，可提高產品的加工流動性，在溴銻阻燃體系中加入TBC阻燃劑，減少了溴銻阻燃劑的添加量，降低了成本，而且有助于阻燃效率的提高，本發明TBC阻燃劑較好的是熔點為110°C、溴含量為65%的三(2，3- 二溴丙基)異三聚氰酸酯白色粉末。
[0016]上述提及MCA阻燃劑為粒度分布D50為2~4 μ m、D90為4~6 μ m和白度> 98%的三聚氰胺氰尿酸酯；阻燃協效劑為經過改性處理的含有硅、鎂元素的礦物類阻燃協效劑，該礦物類阻燃協效劑可以為有機物，也可以為無機物，所述改性加工處理為現有技術，協效阻燃劑在燃燒過程中可捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區的火焰密度下降，最終使燃燒反應速度下降直至終止。阻燃協效劑和MCA阻燃劑價格低廉，在不影響阻燃母粒的阻燃性能的情況下，還可以部分代替價格昂貴的三氧化二銻，降低聚乙烯材料的生產成本。
[0017]為了降低擠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，本發明還添加有潤滑劑，潤滑劑選自硬脂酸、EBS、聚乙烯蠟、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅和硅酮粉，作為本發明的一種【具體實施方式】，所提及的潤滑劑可一種單獨使用，也是幾種組合使用。
[0018]為了提高聚乙烯阻燃母粒的加工穩定性、耐熱性和耐老化性，本發明還添加有抗氧劑，抗氧化劑為 抗氧劑1010和抗氧劑168的組合,具體為抗氧劑1010和抗氧劑168按重量比1:2的組合。
[0019]本發明的另一種目的在于提出一種環保添加型聚乙烯阻燃母粒的制備方法，該制備方法包括步驟:1)按配方比稱取載體樹脂、氯化聚乙烯、十溴二苯乙烷、三氧化二銻、TBC阻燃劑、阻燃協效劑、MCA阻燃劑、潤滑劑和抗氧劑，采用高速攪拌機對物料攪拌3min ；
2)將混合后的物料通過連接管道通入到安裝有攪拌槳的倒錐形料斗中，該倒錐形料斗為不銹鋼下料斗，增加攪拌槳的目的是進一步攪拌混合，使各原料更加均勻，可防止因為粉體多而產生架橋不下料的現象，然后再通入表面硬度為HRC55。~HRC58°的經氮化處理的錐形雙喂料螺桿，用錐形雙喂料螺桿代替普通的平行雙喂料螺桿，可以更好的輸送原料，保證喂料均勻；3)將錐形雙喂料螺桿出來的物料通入雙螺桿擠出機中進行混煉處理，用水冷卻后進行拉條、切粒，振動篩分離，得到環保阻燃聚乙烯母粒；其中，雙螺桿擠出機的直徑為3(T75mm、長徑比為44:1，雙螺桿擠出機溫度控制如下:第一段10(Tll5°C，第二段至第四段14(Tl50°C，第五段155~160°C，機頭150°C，本發明雙螺桿擠出機在較低的溫度下即可實現較好的效果，較低的擠出溫度，既可以加強各物料之間的剪切混煉效果，又可以使擠出機料筒溫度不致過高而引起部分阻燃劑分解。
[0020]以下通過具體實施例對本發明作進一步詳細的描述。
[0021]實施例1為本發明環保添加型聚乙烯阻燃母粒的制備方法，實施例2、3為采用實施例I所得的環保添加型聚乙烯阻燃母粒制備的聚乙烯阻燃材料，對比例1、2為采用粉體阻燃劑制備的聚乙烯阻燃材料。
[0022]實施例1
一種環保添加型聚乙烯阻燃母粒的制備方法，該制備方法包括步驟:1)按配方比稱取載體樹脂10份、氯化聚乙烯15份、十溴二苯乙烷28份、三氧化二銻10份、TBC阻燃劑3~10份、阻燃協效劑12份、MCA阻燃劑5~15份、潤滑劑8份和抗氧劑1份，采用高速攪拌機對物料攪拌3min ；2)將混合后的物料通過連接管道通入到安裝有攪拌槳的倒錐形料斗中，該倒錐形料斗為不銹鋼下料斗，增加攪拌槳的目的是進一步攪拌混合，使各原料更加均勻，防止因為粉體多而產生架橋不下料的現象，然后再通入表面硬度為HRC55° ~HRC58°的經氮化處理的錐形雙喂料螺桿，用錐形雙喂料螺桿代替普通的平行雙喂料螺桿，可以更好的輸送原料，保證喂料均勻；3)將錐形雙喂料螺桿出來的物料通入雙螺桿擠出機中進行混煉處理，用水冷卻后進行拉條、切粒，振動篩分離，得到環保阻燃聚乙烯母粒；其中，雙螺桿擠出機的直徑為3(T75mm、長徑比為44:1，雙螺桿擠出機溫度控制如下:第一段10(Tll5°C，第二段至第四段14(Tl50°C，第五段155~160°C，機頭150。。。
[0023]實施例2
本實施例聚乙烯阻燃材料按以下重量份數配比混合得到:低密度聚乙烯2420H (LDPE2420H) 90.5份、阻燃母粒9份、潤滑劑0.5份。
[0024]實施例3
本實施例聚乙烯阻燃材料按以下重量份數配比混合得到:高密度聚乙烯HMA035(HDPEHMA035)83.5份、阻燃母粒16份、潤滑劑0.5份。
[0025]對比例I
本對比例聚乙烯阻燃材料按以下重量份數配比混合得到:低密度聚乙烯2420H (LDPE2420H) 90.6份、十溴二苯乙烷5.7份、三氧化二銻1.7份、阻燃協效劑1.3份、潤滑劑0.5份、抗氧劑0.2份。
[0026]對比例2
本對比例聚乙烯阻燃材料按以下重量份數配比混合得到:高密度聚乙烯HMA035(HDPEHMA035)81.8份、十溴二苯乙烷12份、三氧化二銻3.5份、阻燃協效劑2份、潤滑劑0.5份、抗氧劑0.2份。
[0027]對上述實施例2、3和對比例1、2所得聚乙烯阻燃材料的性能進行檢測，采用CGllOE臥式注射機注射成型標準試樣，成型工藝條件:注射溫度(加料口 ) 150/155/165/170°C (噴嘴)，注射壓力50MPa，保壓時間12s ;冷卻時間8s。測試結果如表1所示，并采用如下方法進行測試:
拉伸強度及斷裂伸長率:按照ASTM D-638標準進行。
[0028]缺口沖擊性能:按照ASTM D-256標準進行。
[0029]熔融指數:按ASTM D-1238標準進行。
[0030]阻燃性:垂直燃燒性能，按UL94垂直燃燒標準進行測試，樣條厚度為1.6mm和
3.2mmο
[0031]表1阻燃聚乙烯材料的性能對比
【權利要求】
1.一種環保添加型聚乙烯阻燃母粒，由以下質量份數的原料組成:載體樹脂10份、氯化聚乙烯15份、十溴二苯乙烷28份、三氧化二銻10份、TBC阻燃劑3~10份、阻燃協效劑12份、MCA阻燃劑5~15份、潤滑劑8份和抗氧劑1份； 其中，所述載體樹脂為線性低密度聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的任一種或兩種的組合； 所述氯化聚乙烯是氯含量為70%的氯化聚乙烯粉體； 所述阻燃協效劑為經過改性處理的含硅、鎂元素的礦物類阻燃協效劑； 所述TBC阻燃劑是熔點為110°C、溴含量為65%的三(2，3-二溴丙基)異三聚氰酸酯白色粉末； 所述MCA阻燃劑為粒度分布D50為2~4 μ m、D90為4飛μ m和白度> 98%的三聚氰胺氰尿酸酯。
2.根據權利要求1所述的環保添加型聚乙烯阻燃母粒，其特征在于:所述潤滑劑為硬脂酸、EBS、聚乙烯蠟、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅和硅酮粉中的任一種或幾種的組合。
3.根據權利要求1所述的環保添加型聚乙烯阻燃母粒，其特征在于:所述抗氧化劑為抗氧劑1010和抗氧劑168按重量比1:2的組合得到。
4.一種根據權利要求1至3中任一項所述的環保添加型聚乙烯阻燃母粒的制備方法，包括以下步驟:
I)按配比稱取載體樹脂、氯化聚乙烯、十溴二苯乙烷、三氧化二銻、TBC阻燃劑、阻燃協效劑、MCA阻燃劑、潤滑劑和`抗氧劑，采用高速攪拌機對物料攪拌3min ； 2)將混合后的物料加入到表面硬度為HRC55。~HRC58。的經氮化處理過的錐形喂料雙螺桿中； 3)將錐形喂料雙螺桿出來的物料加入到雙螺桿擠出機中進行混煉處理，用水冷卻后進行拉條、切粒，振動篩分離，得到環保阻燃聚乙烯母粒； 其中，雙螺桿擠出機的直徑為3(T75mm、長徑比為44:1，雙螺桿擠出機溫度控制如下:第一段10(Tll5°C，第二段至第四段14(Tl50°C，第五段155~160°C，機頭150°C。
【文檔編號】C08J3/22GK103509263SQ201310472843
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月11日 優先權日:2013年10月11日
【發明者】沈旭渠, 張翼翔, 梁發雄, 沈寒知, 姚杏梅 申請人:廣東聚石化學股份有限公司