CN102898715A - 一种对温度极其敏感的电缆用无卤低烟阻燃塑料合金及其制备方法 - Google Patents
一种对温度极其敏感的电缆用无卤低烟阻燃塑料合金及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种对温度极其敏感的电缆用无卤低烟阻燃塑料合金及其制备。本发明的对温度极其敏感的电缆用无卤低烟阻燃塑料合金，其原料包括乙烯－丙烯－已烯共聚物、聚乙烯、丙烯－乙烯－辛烯共聚物、超高分子量聚二甲基硅氧烷、过氧化二异丙苯、相容剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、抗氧剂、加工润滑剂和抗紫外线母料。本发明不含有卤素，是一种环保型电缆用塑料。该材料在80-110℃下，具有较好的抗热变形性能，在90℃×1kg×6h条件下，热变形不大于20％，在大于140℃下具有很好的流动性，挤出时出胶量大。从140℃开始，随着温度的增加，材料的流动性和挤出出胶量变化的幅度很大，适合于制备各种规格电缆的无卤护套。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料，尤其涉及一种对温度极其敏感的电缆用无卤低烟阻燃塑料合金及其制备方法。
背景技术
随着世界各国环保和安全意识的提高，无卤低烟阻燃聚烯烃电缆得到了广泛应用并具有很大的发展潜力。电缆用的无卤塑料也得到了很大程度的开发，种类越来越多，性能也越来越好。一般的电缆用无卤低烟阻燃塑料主要是通过添加无机氢氧化物(如氢氧化铝和氢氧化镁)来提高材料的阻燃性。为了使材料具有很好的阻燃性能，无机氢氧化物就必须添加很多，这不但会降低材料的机械性能，而且还会使材料的流动性能和挤出性能变差。
有些特别类型的无卤电缆在材料要求方面也非常苛刻，既要求机械性能和阻燃性能好，又要求在挤制大规格电缆时，材料的挤出性能佳。为了提高材料的阻燃性能而又使材料具有良好的流动性，一般采取的措施是一方面降低无机氢氧化物的添加量而使用其他类别的阻燃剂(如磷氮类阻燃剂)，另一方面就是采用流动性好的基材树脂。但是这种方法有很大的不足，其一是这种方法所制备的材料机械性能一般不理想，其二材料的高温热变形性能不好，另外材料的制造成本也较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对温度极其敏感的电缆用无卤低烟阻燃塑料合金，以克服现有技术的不足。本发明不含有卤元素，是一种环保型电缆用塑料。这种材料在80-110℃下，具有较好的热变形性能，热变形不大于20％；在大于140℃下具有很好的流动性，挤出时，出胶量大；从140℃开始，随着温度的增加，材料的流动性和挤出出胶量变化的幅度很大。
本发明的一种对温度极其敏感的电缆用无卤低烟阻燃塑料合金，其原料包括如下重量份数的组分：
乙烯-丙烯-己烯共聚物 30-60份；
聚乙烯 10-20份；
丙烯-乙烯-辛烯共聚物 20-60份；
超高分子量聚二甲基硅氧烷 5-15份；优选为10-15份；
过氧化二异丙苯 0.05-0.15份；优选为0.1-0.15份；
相容剂 10-20份；优选为10-15份；
无机阻燃剂 60-100份；优选为75-90份；
阻燃协效剂 10-30份；优选为10-20份；
消烟剂 10-20份；
抗氧剂 0.2-0.5份；优选为0.3-0.4份；
加工润滑剂 1.5-2份；
抗紫外线母料 2.5-3份。
所述乙烯-丙烯-己烯共聚物是以乙烯链段为主链，熔融指数(190℃×2.16kg)为20-50g/10min，其熔点为100-120℃，其软化点大于90℃，其拉伸断裂强度大于40MPa。
所述聚乙烯PE，熔融指数(190℃×2.16kg)为30-80g/10min，其熔点大于110℃，其软化点大于90℃，其强度大于25MPa，其断裂伸长率大于800％。
所述丙烯-乙烯-辛烯共聚物是以丙烯链段为主链，熔融指数(190℃×2.16kg)为100-200g/10min，其熔点为大于100℃，其软化点大于90℃。
所述超高分子量聚二甲基硅氧烷的分子量大于100万。
所述相容剂为PE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯和乙烯-丙烯-己烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的组合。
较佳的，所述相容剂中PE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯和乙烯-丙烯-己烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的重量比例为1∶3-1∶8；进一步的，两者的重量比优选为1∶3-1∶4。
所述的无机阻燃剂为经过硅烷偶联剂处理的氢氧化铝和经过硬脂酸处理的氢氧化镁的组合；
较佳的，所述无机阻燃剂中经过硅烷偶联剂处理的氢氧化铝和经过硬脂酸处理的氢氧化镁的重量比例为1∶3-1∶1。氢氧化铝和氢氧化镁的粒径均小于1μm。
硅烷偶联剂处理氢氧化铝的方法：如，将硅烷偶联剂KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)配成水解溶液，对粒径为0.8-1.0μm的氢氧化铝进行喷涂处理。硬脂酸处理氢氧化镁的方法：如，用硬脂酸对粒径为0.8-1.0μm的氢氧化铝进行包覆处理。
所述的阻燃协效剂为三氧化二锑、硼酸锌和水滑石中的一种或多种的组合。
所述的消烟剂包括钼酸钙、钼酸锌、八钼酸铵和氧化钼中的一种或多种的组合。
所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯的组合。
较佳的，所述抗氧剂中四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯的重量比为1∶1～1∶4；进一步的，两者的重量比优选为1∶1～1∶2。
所述的加工润滑剂为硬脂酸、硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钙和石蜡中一种或多种的组合。
所述的抗紫外线母料中炭黑的重量百分含量为45-48％，载体为本发明所述的聚乙烯PE，所述抗紫外线母料为将炭黑和PE经过密炼机混合均匀所得。
本发明的对温度极其敏感的电缆用无卤低烟阻燃塑料合金中不含有卤元素。
本发明的对温度极其敏感的电缆用无卤低烟阻燃塑料合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)将超高分子量聚二甲基硅氧烷先在密炼机中充分混炼后，加入过氧化二异丙苯再混炼；较佳的，所述密炼机中混炼的温度为130℃；加入过氧化二异丙苯后混炼的时间为2min。
(2)将其他原料组分按照配比经高速混合机混合均匀；
较佳的，所述高速混合机的转速控制为400～800rpm。
(3)将步骤(1)所得的混炼料和步骤(2)所得的混和料按照配比放入双螺杆机中挤出造粒，得到所述对温度极其敏感的电缆用无卤低烟阻燃塑料合金。
较佳的，双螺杆挤出机的温度设置为：机筒一区120-130℃，机筒二区150-160℃，机筒三区170-175℃，机筒四区180-185℃，机筒五区190-195℃，机头和模具185-190℃。
本发明的对温度极其敏感的电缆用无卤低烟阻燃塑料合金可用于制备对温度极其敏感的各种规格电缆的无卤护套。
本发明的对温度极其敏感的电缆用无卤低烟阻燃塑料合金在80-110℃下，具有较好的抗热变形性能，在90℃×1kg×6h条件下，热变形不大于20％，在大于140℃下具有很好的流动性，挤出时出胶量大。从140℃开始，随着温度的增加，该无卤低烟阻燃塑料合金材料的流动性和出胶量变化的幅度很大。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
对温度极其敏感的电缆用无卤塑料合金的原料为：乙烯-丙烯-己烯共聚物、聚乙烯、丙烯-乙烯-辛烯共聚物、超高分子量聚二甲基硅氧烷、过氧化二异丙苯、相容剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、抗氧剂、加工润滑剂和抗紫外线母料。其具体配方如表1所示，所得的对温度极其敏感的电缆用无卤塑料合金的性能如表2所示。
其制备方法为：(1)将超高分子量聚二甲基硅氧烷先在密炼机中以130℃充分混炼后，加入过氧化二异丙苯再混炼2min；(2)将其他原料组分按照配比经高速混合机(转速为400～800rpm)混合均匀；(3)将步骤(1)所得的混炼料和步骤(2)所得的混和料按照配比放入双螺杆机中挤出造粒，其中，双螺杆挤出机的温度设置为：机筒一区120-130℃，机筒二区150-160℃，机筒三区170-175℃，机筒四区180-185℃，机筒五区190-195℃，机头和模具185-190℃，得到对温度极其敏感的电缆用无卤塑料合金。
实施例2
对温度极其敏感的电缆用无卤塑料合金的原料为：乙烯-丙烯-己烯共聚物、聚乙烯、丙烯-乙烯-辛烯共聚物、超高分子量聚二甲基硅氧烷、过氧化二异丙苯、相容剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、抗氧剂、加工润滑剂和抗紫外线母料。其具体配方如表1所示，所得的对温度极其敏感的电缆用无卤塑料合金的性能如表2所示。
其制备方法与实施例1相同。
实施例3
对温度极其敏感的电缆用无卤塑料合金的原料为：乙烯-丙烯-己烯共聚物、聚乙烯、丙烯-乙烯-辛烯共聚物、超高分子量聚二甲基硅氧烷、过氧化二异丙苯、相容剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、抗氧剂、加工润滑剂和抗紫外线母料。其具体配方如表1所示，所得的对温度极其敏感的电缆用无卤塑料合金的性能如表2所示。
其制备方法与实施例1相同。
实施例4
对温度极其敏感的电缆用无卤塑料合金的原料为：乙烯-丙烯-己烯共聚物、聚乙烯、丙烯-乙烯-辛烯共聚物、超高分子量聚二甲基硅氧烷、过氧化二异丙苯、相容剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、抗氧剂、加工润滑剂和抗紫外线母料。其具体配方如表1所示，所得的对温度极其敏感的电缆用无卤塑料合金的性能如表2所示。
其制备方法与实施例1相同。
表1
*：硅烷偶联剂处理氢氧化铝方法：用硅烷偶联剂KH550对粒径为0.8-1.0μm的氢氧化铝喷涂处理。硬脂酸处理氢氧化镁方法：硬脂酸对粒径为0.8-1.0μm的氢氧化铝包覆处理。
表1中抗氧剂1010为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；抗氧剂168为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。表1中乙烯-丙烯-己烯共聚物，其熔点为117℃，其软化点大于90℃，为95℃，其拉伸断裂强度大于40MPa，为42MPa；聚乙烯PE，其熔点为120℃，其软化点大于90℃，为105℃，其强度大于25MPa，为29MPa，其断裂伸长率大于800％，为950％；丙烯-乙烯-辛烯共聚物，其熔点为大于100℃，为113℃，其软化点大于90℃，为93℃。
表2
| 性能 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 拉伸强度(MPa) | 12.3 | 12.8 | 11.9 | 12.5 |
| 断裂伸长率(％) | 257 | 265 | 249 | 235 |
| 氧指数(％) | 35 | 34 | 35 | 34 |
| 热变形(90×1kg×6h) | 2.0％ | 2.5％ | 2.2％ | 3.5％ |
| 体积电阻率(Ω·m) | 3.5×1013 | 2.7×1013 | 1.5×1013 | 1.9×1013 |
| 熔融指数(90℃×21.6kg)g/10min | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 熔融指数(150℃×21.6kg)g/10min | 92.6 | 98.6 | 92.5 | 102.4 |
| 熔融指数(190℃×21.6kg)g/10min | 284.8 | 304.5 | 296.4 | 325.6 |
| 熔融指数(200℃×21.6kg)g/10min | 328.6 | 367.9 | 342.1 | 395.2 |
| 烟密度(有焰法) | 34 | 32 | 46 | 43 |
| 烟密度(无焰法) | 156 | 144 | 168 | 157 |
表2中，以上各项性能是按照ASTM标准进行测试所得的。从表2中可知：本发明的对温度极其敏感的电缆用无卤塑料合金在80-110℃下，具有较好的抗热变形性能，在90℃×1kg×6h条件下，热变形不大于20％，在大于140℃下具有很好的流动性，挤出时出胶量大。从140℃开始，随着温度的增加，该无卤塑料合金材料的流动性和出胶量变化的幅度很大。
实施例5
对温度极其敏感的电缆用无卤塑料合金的原料为：乙烯-丙烯-己烯共聚物、聚乙烯、丙烯-乙烯-辛烯共聚物、超高分子量聚二甲基硅氧烷、过氧化二异丙苯、相容剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、抗氧剂、加工润滑剂和抗紫外线母料。其具体配方如表3所示。
其制备方法与实施例1相同。
实施例6
对温度极其敏感的电缆用无卤塑料合金的原料为：乙烯-丙烯-己烯共聚物、聚乙烯、丙烯-乙烯-辛烯共聚物、超高分子量聚二甲基硅氧烷、过氧化二异丙苯、相容剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、抗氧剂、加工润滑剂和抗紫外线母料。其具体配方如表3。
其制备方法与实施例1相同。
实施例7
对温度极其敏感的电缆用无卤塑料合金的原料为：乙烯-丙烯-己烯共聚物、聚乙烯、丙烯-乙烯-辛烯共聚物、超高分子量聚二甲基硅氧烷、过氧化二异丙苯、相容剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、抗氧剂、加工润滑剂和抗紫外线母料。其具体配方如表3。
其制备方法与实施例1相同。
实施例8
对温度极其敏感的电缆用无卤塑料合金的原料为：乙烯-丙烯-己烯共聚物、聚乙烯、丙烯-乙烯-辛烯共聚物、超高分子量聚二甲基硅氧烷、过氧化二异丙苯、相容剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、抗氧剂、加工润滑剂和抗紫外线母料。其具体配方如表3。
其制备方法与实施例1相同。
表3
*：硅烷偶联剂处理氢氧化铝方法：用硅烷偶联剂KH550对粒径为0.8-1.0μm的氢氧化铝喷涂处理。硬脂酸处理氢氧化镁方法：硬脂酸对粒径为0.8-1.0μm的氢氧化铝包覆处理。
表3中乙烯-丙烯-己烯共聚物，其熔点为117℃，其软化点大于90℃，为95℃，其拉伸断裂强度大于40MPa，为42MPa。聚乙烯PE，其熔点大于110℃，为120℃，其软化点大于90℃，为105℃，其强度大于25MPa，为29MPa，如，其断裂伸长率大于800％，为950％。丙烯-乙烯-辛烯共聚物，其熔点为大于100℃，为113℃，其软化点大于90℃，为93℃。表3中抗氧剂1010为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；抗氧剂168为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
表4
| 性能 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 |
| 拉伸强度(MPa) | 12.8 | 13.5 | 12.9 | 12.9 |
| 断裂伸长率(％) | 296 | 305 | 293 | 265 |
| 氧指数(％) | 36 | 35 | 34 | 35 |
| 热变形(90×1kg×6h) | 1.3％ | 2.2％ | 2.0％ | 2.8％ |
| 体积电阻率(Ω·m) | 8.5×1013 | 6.3×1013 | 5.6×1013 | 5.8×1013 |
| 熔融指数(90℃×21.6kg)g/10min | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 熔融指数(150℃×21.6kg)g/10min | 90.4 | 96.6 | 89.5 | 95.5 |
| 熔融指数(190℃×21.6kg)g/10min | 280.2 | 294.5 | 286.4 | 315.8 |
| 熔融指数(200℃×21.6kg)g/10min | 326.3 | 363.5 | 335.2 | 372.5 |
| 烟密度(有焰法) | 46 | 41 | 53 | 65 |
| 烟密度(无焰法) | 165 | 154 | 178 | 168 |
分别对实施例5-8所得的对温度极其敏感的电缆用无卤塑料合金按照ASTM标准进行测试，如表4所示可知：本发明的对温度极其敏感的电缆用无卤塑料合金在80-110℃下，具有较好的抗热变形性能，在90℃×1kg×6h条件下，热变形不大于20％，在大于140℃下具有很好的流动性，挤出时出胶量大。从140℃开始，随着温度的增加，该无卤塑料合金材料的流动性和出胶量变化的幅度很大。
Claims (9)
1.一种对温度敏感的无卤低烟阻燃塑料合金，其原料包括如下重量份数的组分：
乙烯-丙烯-己烯共聚物 30-60份；
聚乙烯 10-20份；
丙烯-乙烯-辛烯共聚物 20-60份；
超高分子量聚二甲基硅氧烷 5-15份；
过氧化二异丙苯 0.05-0.15份；
相容剂 10-20份；
无机阻燃剂 60-100份；
阻燃协效剂 10-30份；
消烟剂 10-20份；
抗氧剂 0.2-0.5份；
加工润滑剂 1.5-2份；
抗紫外线母料 2.5-3份。
2.如权利要求1所述的对温度敏感的无卤低烟阻燃塑料合金，其特征在于，
所述乙烯-丙烯-己烯共聚物是以乙烯链段为主链，其熔融指数(190℃×2.16kg)为20-50g/10min，其熔点为100-120℃，其软化点大于90℃，其拉伸断裂强度大于40MPa；
所述聚乙烯PE，熔融指数(190℃×2.16kg)为30-80g/10min，其熔点大于110℃，其软化点大于90℃，其强度大于25MPa，其断裂伸长率大于800％；
所述丙烯-乙烯-辛烯共聚物是以丙烯链段为主链，熔融指数(190℃×2.16kg)为100-200g/10min，其熔点为大于100℃，其软化点大于90℃。
3.如权利要求1所述的对温度敏感的无卤低烟阻燃塑料合金，其特征在于，所述超高分子量聚二甲基硅氧烷的分子量大于100万。
4.如权利要求1所述的对温度敏感的无卤低烟阻燃塑料合金，其特征在于，所述相容剂为PE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯和乙烯-丙烯-己烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的组合；所述的无机阻燃剂为经过硅烷偶联剂处理的氢氧化铝和经过硬脂酸处理的氢氧 化镁的组合；所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯的组合。
5.如权利要求4所述的对温度敏感的无卤低烟阻燃塑料合金，其特征在于，所述相容剂中PE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯和乙烯-丙烯-己烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的重量比例为1∶3-1∶8；所述无机阻燃剂中经过硅烷偶联剂处理的氢氧化铝和经过硬脂酸处理的氢氧化镁的重量比例为1∶3-1∶1，且氢氧化铝和氢氧化镁的粒径均小于1um；所述抗氧剂中四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯的重量比为1∶1～1∶4。
6.如权利要求6所述的对温度敏感的无卤低烟阻燃塑料合金，其特征在于，所述的阻燃协效剂为三氧化二锑、硼酸锌和水滑石中的一种或多种的组合；所述的消烟剂选自钼酸钙、钼酸锌、八钼酸铵和氧化钼中的一种或多种的组合；所述的加工润滑剂为硬脂酸、硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钙和石蜡中一种或多种的组合；所述的抗紫外线母料由炭黑和所述聚乙烯组成，且抗紫外线母料中炭黑的重量百分含量为45-48％。
7.如权利要求1-6任一所述的对温度敏感的无卤低烟阻燃塑料合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)将超高分子量聚二甲基硅氧烷先在密炼机中充分混炼后，加入过氧化二异丙苯后再混炼；
(2)将其他原料组分按照配比经高速混合机混合均匀；
(3)将步骤(1)所得的混炼料和步骤(2)所得的混和料按照配比放入双螺杆机中挤出造粒，得到所述对温度敏感的无卤低烟阻燃塑料合金。
8.如权利要求7所述的对温度敏感的无卤低烟阻燃塑料合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述密炼机中混炼的温度为130℃；加入过氧化二异丙苯后混炼的时间为2min。
9.如权利要求7所述的对温度敏感的无卤低烟阻燃塑料合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述高速混合机的转速控制为400～800rpm。
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