CN105348646B - 一种改性聚丙烯基低烟无卤电缆料及制备方法 - Google Patents

一种改性聚丙烯基低烟无卤电缆料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性聚丙烯基低烟无卤电缆料及制备方法。由改性聚丙烯、改性复合基础阻燃剂、改性复合协效阻燃剂、复合润滑剂、增容剂、分散剂、偶联剂、复合交联剂、抗氧剂混合后，利用三螺杆挤出机熔融共混挤出得到的产品；所述熔融共混的各组分的质量分数为：改性聚丙烯50~70份、改性复合基础阻燃剂10~30份、改性复合协效阻燃剂5~15份、复合润滑剂3~8份、增容剂1~5份、偶联剂3~8份、复合交联剂1~3份、抗氧剂1~3份。发明产品具有力学性能突出、阻燃等级高、电学性能优异、低烟无卤等优点。

Description

一种改性聚丙烯基低烟无卤电缆料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种低烟无卤聚烯烃电缆料，特别是一种改性聚丙烯基低烟无卤电缆料及其制备方法。
背景技术
目前我国使用的电缆料依旧以聚氯乙烯为主，然而，含卤电缆在发生火灾时产生的有毒气体已严重威胁到火灾受害者的健康，同时也给救援工作带来阻碍。因而，低烟无卤电缆料必将迎来发展机遇。
聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物，是目前所有塑料中最轻的品种之一，具备以下特性：（1） 具有良好的力学性能，除耐冲击性外，其他力学性能均比聚乙烯好，成型加工性能好；（2）具有较高的耐热性，连续使用温度可达到110~120℃；（3）化学性能好，几乎不吸水，与绝大多数化学药品不反应；（4）质地纯净，无毒性；（5）电绝缘性好。POE热塑性弹性体分子结构的特殊性赋予其优异的力学性能、流变性能和耐老化性能。既可用作橡胶，又可用作热塑性弹性体，还可用作塑料的抗冲击改性剂及增韧剂，低温韧性好，性价比高，在许多场合正逐渐替代乙丙橡胶，被广泛用于塑料改性。通过POE热塑性弹性体、三元乙丙橡胶（EPDM）对聚丙烯的改性，不仅可以改善聚丙烯本身所具有的缺陷，而且本身的特性未得到削减。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性聚丙烯基低烟无卤聚烯烃电缆料及其制备方法，以满足日益增长的无卤电缆料的需求。
本发明是通过以下技术方案实现的：改性聚丙烯、改性复合基础阻燃剂、改性复合协效阻燃剂、复合润滑剂、增容剂、分散剂、偶联剂、复合交联剂、抗氧剂混合后，利用三螺杆挤出机熔融共混挤出得到的产品，所述熔融共混的各组分的质量份数为：由改性聚丙烯（聚丙烯（PP）：POE热塑性弹性体：三元乙丙橡胶（EPDM）：过氧化二异丙苯（DCP）=89:5:5:1）50~70份（优选60份）、改性复合基础阻燃剂（氢氧化镁：碳酸钙：生石膏=2:2:1）10~30份（优选20份）、改性复合协效阻燃剂（有机硅：硼酸锌：三聚氰胺 =1:1:1）5~15份（优选10份）、复合润滑剂（聚乙烯蜡：硬脂酸：石蜡=1:1:1）3~8份（优选4份）、增容剂（马来酸酐接枝聚丙烯（PP-MA））2~5份（优选3份）、偶联剂（硅烷偶联剂）3~8份（优选5份）、分散剂（三乙基已基磷酸）3~8份（优选5份）、复合交联剂（过氧化二异丙苯（DCP）：聚三烯丙基异三聚氰酸酯（TAIC）=1:1）1~3份（优选2份）、抗氧剂（双硬脂酰基硫代双丙酸脂（DSTDP））1~3份（优选2份）。
所述的改性聚丙烯制备步骤如下：
（1）按照改性聚丙烯（聚丙烯（PP）：POE热塑性弹性体：三元乙丙橡胶（EPDM）：过氧化二异丙苯（DCP）=89:5:5:1）比例准确称量，在高速混合机内1800~2400r/min（优选1800r/min）共混10~20min（优选10min），混合均匀，其中聚丙烯的熔融指数（MI）为8~15g/10min；
（2）将（1）得到均匀料通过双螺杆挤出机熔融共混得到改性聚丙烯，控制机头温度160~170℃，机头压力1~10MPa，螺杆转速80~100r/min。
所述的改性复合基础阻燃剂为氢氧化镁：碳酸钙：生石膏=2:2:1的比例复合改性得到，其中氢氧化镁粒径为1~3um（优选1um），碳酸钙粒径为1~3um（优选1um），生石膏粒径为1~3um（优选1um）。
所述的改性复合协效阻燃剂为有机硅：硼酸锌：三聚氰胺 =1:1:1复合改性得到，其中有机硅为甲基苯基硅烷，表观粘度为500~1500cs优选（1000cs）；硼酸锌粒径为0.5~1um（优选0.5um）；三聚氰胺为粉状（市场购买）。
上述改性复合阻燃剂的制备包括工艺步骤：
（1） 称量：基础阻燃剂以氢氧化镁：碳酸钙：生石膏=2:2:1的比例称量10~30份，协效阻燃剂以有机硅：硼酸锌：三聚氰胺=1:1:1的比例称量5~15份，分别在高速混合机中1800~2400r/min（优选1800r/min）共混10~20min（优选10min），将混合均匀的复合阻燃剂放入到70~90℃（优选80℃）的恒温烘箱中干燥24~48h（优选36h）；
（2）复合基础阻燃剂改性：将干燥的复合基础阻燃剂10~30份、硅烷偶联剂1~5份、分散剂（三乙基已基磷酸）1~3份、无水乙醇3~8L（优选6L）放入反应釜内，超声处理3~5h（优选4h），待无水乙醇挥发完全，取出改性复合基础阻燃剂放入到50~70℃（优选60℃）的恒温烘箱中干燥12~24h（优选18h），备用；
（3）复合协效阻燃剂改性：将干燥的复合协效阻燃剂5~15份、硅烷偶联剂1~3份、分散剂（三乙基已基磷酸）1~3份、无水乙醇3~8L（优选6L）放入到反应釜内，超声处理3~5h（优选4h），待乙醇挥发完全，取出改性复合基础阻燃剂放入到50~70℃（优选60℃）的恒温烘箱中干燥5~8h（优选7h），备用；
所述的硅烷偶联剂为γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（KH570）。
所述的无水乙醇为分析纯。
所述的复合润滑剂为聚乙烯蜡：硬脂酸：石蜡=1:1:1比例复合得到。
所述的复合交联剂为过氧化二异丙苯（DCP）：聚三烯丙基异三聚氰酸酯（TAIC）=1:1比例复合得到。
所述的增容剂为马来酸酐接枝聚丙烯（PP-MA）。
所述的抗氧剂为双硬脂酰基硫代双丙酸脂（DSTDP）。
上述低烟无卤聚烯烃电缆料的制备方法，包括以下几个工艺步骤：
（1）备料：改性聚丙烯（聚丙烯（PP）：POE热塑性弹性体：三元乙丙橡胶（EPDM）：过氧化二异丙苯（DCP）=89:5:5:1）50~70份、改性复合基础阻燃剂（氢氧化镁：碳酸钙：生石膏=2:2:1）10~30份、改性复合协效阻燃剂（有机硅：硼酸锌：三聚氰胺=1:1:1）5~15份、复合润滑剂（聚乙烯蜡：硬脂酸：石蜡=1:1:1）3~8份、增容剂（马来酸酐接枝聚丙烯（PP-MA）2~5份、复合交联剂（过氧化二异丙苯（DCP）：聚三烯丙基异三聚氰酸酯（TAIC）=1:1）1~3份、抗氧剂（双硬脂酰基硫代双丙酸脂（DSTDP））1~3份，放入到高速混合机中1800~2400r/min（优选1800r/min）共混10~20min（优选10min），使混合均匀；
（2）将（1）中得到均匀料加入到三螺杆挤出机内，控制机头温度160~170℃，机头压力1~10MPa，螺杆转速80~100r/min，熔融共混得力学性能突出、阻燃等级高、电学性能优异的低烟无卤聚烯烃电缆料。
本发明利用聚丙烯优异的力学性能、电学性能、抗氧化性能，通过无卤阻燃剂的复配及改性，通过先进的成型工艺，得到得到力学性能突出、阻燃等级高、电学性能优异的低烟无卤聚烯烃电缆料，可以有效的代替先市场占主流的聚氯乙烯电缆料，同时具备安全环保、性能稳定、使用寿命长等特点。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
（1） 称量：基础阻燃剂以氢氧化镁：碳酸钙：生石膏=2:2:1的比例称量10份，协效阻燃剂以有机硅：硼酸锌：三聚氰胺=1:1:1的比例称量5份，分别在高速混合机中1800~2400r/min（优选1800r/min）共混15min，将混合均匀的复合阻燃剂放入到80℃的恒温烘箱中干燥36h；
（2） 复合基础阻燃剂改性：将干燥的复合基础阻燃剂10份、硅烷偶联剂3份、分散剂（三乙基已基磷酸）2份、无水乙醇6L放入反应釜内，超声处理4h，待无水乙醇挥发完全，取出改性复合基础阻燃剂放入到60℃的恒温烘箱中干燥18h，备用；
（3） 复合协效阻燃剂改性：将干燥的复合协效阻燃剂5份、硅烷偶联剂2份、分散剂（三乙基已基磷酸）2份、无水乙醇6L放入到反应釜内，超声处理4h，待乙醇挥发完全，取出改性复合基础阻燃剂放入到60℃的恒温烘箱中干燥7h，备用；
（4） 按照改性聚丙烯（聚丙烯（PP）：POE热塑性弹性体：三元乙丙橡胶（EPDM）：过氧化二异丙苯（DCP）=89:5:5:1）比例准确称量70份，在高速混合机内1800~2400r/min（优选1800r/min）共混10min，混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混得到改性聚丙烯颗粒，控制机头温度160~170℃，机头压力1~10MPa，螺杆转速80~100r/min。
（5） 备料：改性聚丙烯（聚丙烯（PP）：POE热塑性弹性体：三元乙丙橡胶（EPDM）：过氧化二异丙苯（DCP）=89:5:5:1）70份、改性复合基础阻燃剂（氢氧化镁：碳酸钙：生石膏=2:2:1）10份、改性复合协效阻燃剂（有机硅：硼酸锌：三聚氰胺=1:1:1）5份、复合润滑剂（聚乙烯蜡：硬脂酸：石蜡=1:1:1）3份、增容剂（马来酸酐接枝聚丙烯（PP-MA）2份、复合交联剂（过氧化二异丙苯（DCP）：聚三烯丙基异三聚氰酸酯（TAIC）=1:1）1份、抗氧剂（双硬脂酰基硫代双丙酸脂（DSTDP））1份，放入到高速混合机中1800r/min共混10min，使混合均匀；
（6） 将（5）中得到均匀料加入到三螺杆挤出机内，控制机头温度160~170℃，机头压力5MPa，螺杆转速80~100r/min，熔融共混得力学性能突出、阻燃等级高、电学性能优异的低烟无卤聚烯烃电缆料。
制备出的改性聚丙烯基低烟无卤电缆料的部分指标如下表：
实施例2：
（1） 称量：基础阻燃剂以氢氧化镁：碳酸钙：生石膏=2:2:1的比例称量20份，协效阻燃剂以有机硅：硼酸锌：三聚氰胺=1:1:1的比例称量10份，分别在高速混合机中1800r/min共混10min，将混合均匀的复合阻燃剂放入到80℃的恒温烘箱中干燥36h；
（2） 复合基础阻燃剂改性：将干燥的复合基础阻燃剂20份、硅烷偶联剂3份、分散剂（三乙基已基磷酸）2份、无水乙醇6L放入反应釜内，超声处理4h，待无水乙醇挥发完全，取出改性复合基础阻燃剂放入到60℃的恒温烘箱中干燥18h，备用；
（3） 复合协效阻燃剂改性：将干燥的复合协效阻燃剂10份、硅烷偶联剂2份、分散剂（三乙基已基磷酸）2份、无水乙醇6L放入到反应釜内，超声处理4h，待乙醇挥发完全，取出改性复合基础阻燃剂放入到60℃的恒温烘箱中干燥7h，备用；
（4） 按照改性聚丙烯（聚丙烯（PP）：POE热塑性弹性体：三元乙丙橡胶（EPDM）：过氧化二异丙苯（DCP）=89:5:5:1）比例准确称量60份，在高速混合机内1800r/min共混10min，混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混得到改性聚丙烯颗粒，控制机头温度160~170℃，机头压力5MPa，螺杆转速90r/min。
（5） 备料：改性聚丙烯（聚丙烯（PP）：POE热塑性弹性体：三元乙丙橡胶（EPDM）：过氧化二异丙苯（DCP）=89:5:5:1）60份、改性复合基础阻燃剂（氢氧化镁：碳酸钙：生石膏=2:2:1）20份、改性复合协效阻燃剂（有机硅：硼酸锌：三聚氰胺=1:1:1）10份、复合润滑剂（聚乙烯蜡：硬脂酸：石蜡=1:1:1）5份、增容剂（马来酸酐接枝聚丙烯（PP-MA）3份、复合交联剂（过氧化二异丙苯（DCP）：聚三烯丙基异三聚氰酸酯（TAIC）=1:1）2份、抗氧剂（双硬脂酰基硫代双丙酸脂（DSTDP））2份，放入到高速混合机中1800r/min共混10min，使混合均匀；
（6） 将（5）中得到均匀料加入到三螺杆挤出机内，控制机头温度160~170℃，机头压力5MPa，螺杆转速90r/min，熔融共混得力学性能突出、阻燃等级高、电学性能优异的低烟无卤聚烯烃电缆料。
制备的改性聚丙烯基低烟无卤电缆料部分性能指标如下表：
实施例3：
（1） 称量：基础阻燃剂以氢氧化镁：碳酸钙：生石膏=2:2:1的比例称量30份，协效阻燃剂以有机硅：硼酸锌：三聚氰胺=1:1:1的比例称量15份，分别在高速混合机中1800r/min共混10min，将混合均匀的复合阻燃剂放入到80℃的恒温烘箱中干燥36h；
（2） 复合基础阻燃剂改性：将干燥的复合基础阻燃剂30份、硅烷偶联剂5份、分散剂（三乙基已基磷酸）3份、无水乙醇8L放入反应釜内，超声处理4h，待无水乙醇挥发完全，取出改性复合基础阻燃剂放入到60℃的恒温烘箱中干燥18h，备用；
（3） 复合协效阻燃剂改性：将干燥的复合协效阻燃剂15份、硅烷偶联剂2份、分散剂（三乙基已基磷酸）2份、无水乙醇6L放入到反应釜内，超声处理4h，待乙醇挥发完全，取出改性复合基础阻燃剂放入到60℃的恒温烘箱中干燥7h，备用；
（4） 按照改性聚丙烯（聚丙烯（PP）：POE热塑性弹性体：三元乙丙橡胶（EPDM）：过氧化二异丙苯（DCP）=89:5:5:1）比例准确称量50份，在高速混合机内1800r/min共混10min，混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混得到改性聚丙烯颗粒，控制机头温度160~170℃，机头压力5MPa，螺杆转速80~100r/min。
（5） 备料：改性聚丙烯（聚丙烯（PP）：POE热塑性弹性体：三元乙丙橡胶（EPDM）：过氧化二异丙苯（DCP）=89:5:5:1）50份、改性复合基础阻燃剂（氢氧化镁：碳酸钙：生石膏=2:2:1）30份、改性复合协效阻燃剂（有机硅：硼酸锌：三聚氰胺=1:1:1）15份、复合润滑剂（聚乙烯蜡：硬脂酸：石蜡=1:1:1）8份、增容剂（马来酸酐接枝聚丙烯（PP-MA）5份、复合交联剂（过氧化二异丙苯（DCP）：聚三烯丙基异三聚氰酸酯（TAIC）=1:1）3份、抗氧剂（双硬脂酰基硫代双丙酸脂（DSTDP））3份，放入到高速混合机中1800r/min共混10min，使混合均匀；
（6） 将（5）中得到均匀料加入到三螺杆挤出机内，控制机头温度160~170℃，机头压力5MPa，螺杆转速80~100r/min，熔融共混得力学性能突出、阻燃等级高、电学性能优异的低烟无卤聚烯烃电缆料。
制备的改性聚丙烯基低烟无卤电缆料部分性能指标如下表：

Claims (3)

1.一种改性聚丙烯基低烟无卤电缆料,其特征在于，由改性聚丙烯50～70份、改性复合基础阻燃剂10～30份、改性复合协效阻燃剂5～15份、复合润滑剂3～8份、增容剂2～5份、偶联剂3～8份、分散剂3～8份、复合交联剂1～3份、抗氧剂1～3份，利用高速混合机共混后，通过三螺杆挤出机熔融共混得到的产品；
所述改性聚丙烯各组分质量比为：聚丙烯：POE热塑性弹性体：三元乙丙橡胶：过氧化二异丙苯＝89:5:5:1；
所述改性复合基础阻燃剂各组分质量比为：氢氧化镁：碳酸钙：生石膏＝2:2:1；
改性复合协效阻燃剂各组分质量比为：有机硅：硼酸锌：三聚氰胺＝1:1:1；
复合润滑剂各组分质量比为：聚乙烯蜡：硬脂酸：石蜡＝1:1:1；
所述增容剂为：马来酸酐接枝聚丙烯；
所述偶联剂为硅烷偶联剂；
所述分散剂为三乙基已基磷酸；
所述复合交联剂为过氧化二异丙苯：聚三烯丙基异三聚氰酸酯＝1:1；
所述抗氧剂为双硬脂酰基硫代双丙酸酯。
2.如权利要求1所述的改性聚丙烯基低烟无卤电缆料，其特征在于：所述改性复合基础阻燃剂、改性复合协效阻燃剂的改性包括如下步骤：
(1)称量：基础阻燃剂以氢氧化镁：碳酸钙：生石膏＝2:2:1的比例称量10～30份，协效阻燃剂以有机硅：硼酸锌：三聚氰胺＝1:1:1的比例称量5～15份，分别在高速混合机中1800～2400r/min共混10～20min，将混合均匀的复合阻燃剂放入到70～90℃的恒温烘箱中干燥24～48h；
(2)复合基础阻燃剂改性：将干燥的复合基础阻燃剂10～30份、硅烷偶联剂1～5份、分散剂1～3份、无水乙醇3～8L放入反应釜内，超声处理3～5h，待无水乙醇挥发完全，取出改性复合基础阻燃剂放入到50～70℃的恒温烘箱中干燥12～24h，备用；
(3)复合协效阻燃剂改性：将干燥的复合协效阻燃剂5～15份、硅烷偶联剂1～3份、分散剂1～3份、无水乙醇3～8L放入到反应釜内，超声处理3～5h，待乙醇挥发完全，取出改性复合基础阻燃剂放入到50～70℃的恒温烘箱中干燥5～8h，备用。
3.如权利要求1所述的改性聚丙烯基低烟无卤电缆料的制备方法，其特征在于：其制备包括如下步骤：
(1)聚丙烯改性：聚丙烯：POE热塑性弹性体：三元乙丙橡胶：过氧化二异丙苯＝89:5:5:1的比例准确称量，经过高速混合机1800～2400r/min共混10～20min混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混得到改性聚合物，控制机头温度160～170℃，机头压力1～10MPa，螺杆转速80～100r/min；
(2)备料：将改性聚丙烯50～70份、改性复合基础阻燃剂10～30份、改性复合协效阻燃剂5～15份、复合润滑剂3～8份、增容剂2～5份、复合交联剂1～3份、抗氧剂1～3份，放入到高速混合机中1800～2400r/min共混10～20min，使混合均匀；
(3)将(2)中得到均匀料加入到三螺杆挤出机内，控制机头温度160～170℃，机头压力1～10MPa，螺杆转速80～100r/min，熔融共混得力学性能突出、阻燃等级高、电学性能优异的低烟无卤聚烯烃电缆料。
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