一种环保阻燃PVCPE复合材料及其制备方法与流程

一种环保阻燃pvc/pe复合材料及其制备方法
技术领域
1.本发明属于高分子的技术领域，具体涉及一种环保阻燃pvc/pe复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.作为世界上用量最大的合成树脂，聚乙烯(pe)具有无毒、无味、质轻，吸水性小等特点，同时拥有优异的低温韧性、电绝缘性、化学稳定性和加工性，因此在化工、电气、机械、食品、包装、农业等领域得到了广泛的应用。然而聚乙烯仅含碳、氢两种元素，氧指数仅为17～18，在氧和热的作用下极易燃烧，且燃烧速度快、放热多，并伴有发烟、滴落现象，存在较大的安全隐患。因此，若要获得符合特殊要求的、安全可靠的聚乙烯产品，就需要对其进行阻燃改性处理。
3.聚乙烯燃烧是一个复杂的热氧化反应过程：材料受热后，热量会传入内部，引起聚合物熔化；继续加热，聚合物温度持续升高，会发生降解反应，产生各种单体易燃烃等气相可燃物；足够多的可燃物在氧和高温作用下发生燃烧；燃烧部分所产生的热量通过传导、辐射和对流等方式传递给相邻固体部分，从而引起持续燃烧。因此，对聚乙烯进行阻燃改性的重点在于如何有效干扰维持燃烧的三要素(氧、热量和可燃物)。与其它无机阻燃剂相比，卤系阻燃剂因与聚乙烯相容性好、阻燃效率高，在热解过程中，能分解出捕获传递燃烧自由基的hx，可稀释聚乙烯裂解时产生的可燃气体，具有良好的气相阻燃效果，早期备受青睐。然而2008年欧盟等国因环保问题对十溴二苯醚、四溴双酚a(八溴醚)等卤素阻燃剂实施禁止条例，同时作为十溴二苯醚环保替代品的十溴二苯乙烷虽然具有较好的阻燃效果，但也存在价格昂贵的问题。
4.聚氯乙烯(pvc)具有力学性能优越、阻燃性佳、应用范围广等特点，如果将pvc与pe进行共混制备合金，则可以在性质上得到互补，使制品获得良好的阻燃性。同时pvc价格低廉，若能用其替代十溴二苯乙烷等昂贵的阻燃剂，可大大降低产品的成本。但pe、pvc为不相容聚合物，成型过程中pvc相易发生自身团聚，两相界面容易产生空隙从而影响pe/pvc共混物的力学性能，在加工过程中易存在缺陷。因此，如何改善pe与pvc的相容性，制备力学性能优异、阻燃性能好的复合材料仍是一大难点。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的pe阻燃材料添加量高、价格昂贵，pe/pvc复合材料力学性能差、pe/pvc相容性差、pvc易团聚、加工性不好等问题，本发明提供一种环保阻燃pvc/pe复合材料及其制备方法，以解决上述问题。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种环保阻燃pvc/pe复合材料，包括重量份的以下组分：聚乙烯55～75份；聚氯乙烯25～45份；润滑剂0.2～1份；相容剂2～5份；稳定剂0.6～3份；增塑剂2～6份；抗氧剂10100.1～0.3份；阻燃填料1～10份；氯化聚乙烯2～10份；acr树脂0～1份。
8.优选的，所述聚乙烯为高密度聚乙烯(hdpe)、低密度聚乙烯(ldpe)、线性低密度聚乙烯(lldpe)中的一种。
9.优选的，所述聚氯乙烯的平均聚合度为650～750。聚合度会影响塑化性能及流动性，聚合度高，加工温度高，流动性差，目前我国生产的pvc树脂以通用型号为主，超低聚合度pvc树脂牌号较少，因此选择聚合度为650～750的pvc树脂。
10.优选的，所述润滑剂为硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡(pe蜡)、氧化聚乙烯蜡(ope蜡)、乙撑双硬脂酰胺(ebs)、单甘脂、多元醇脂肪酸脂中的至少一种。
11.优选的，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯(pe-g-mah)、马来酸酐接枝乙烯－醋酸乙烯酯共聚物(eva-g-mah)、乙烯－醋酸乙烯酯共聚物(eva)中的至少一种。
12.优选的，其中所述增塑剂为：氧化石墨烯/氯代甲氧基脂肪酸酯混合物。将氧化石墨烯置于乙醇中超声分散后，加入一定量的3-氯丙基三甲氧基硅烷，加热搅拌回流反应10小时，清洗抽滤干燥后得到活化的氧化石墨烯。将其球磨、超声分散在氯代甲氧基脂肪酸酯中得到氧化石墨烯/氯代甲氧基脂肪酸酯混合物。氯代甲氧基脂肪酸酯不仅能够削弱pvc树脂长链分子之间的作用力，提升pvc塑性、柔韧性、加工性，而且含氯元素具有一定的阻燃作用。氧化石墨烯对pvc分子链产生片层阻隔，可有效延缓氯化氢析出及pvc降解，此外氧化石墨烯含有大量的含氧集团对pvc分子链中的不稳定氯原子有一定的稳定作用，与其它环保增塑剂相比，氧化石墨烯/氯代甲氧基脂肪酸酯混合物在一定程度上提高pvc的塑性、柔韧性、加工性、稳定性及阻燃性。
13.优选的，所述阻燃填料为氢氧化铝、三氧化二锑、氢氧化镁、高岭土、硼酸锌中的一种或多种。
14.优选的，所述稳定剂为钙锌复合稳定剂、有机锡稳定剂、稀土稳定剂、环氧大豆油中的一种或多种。
15.本发明还提供了上述一种pvc/pe环保阻燃复合材料的制备方法，具体步骤如下：
16.(1)将pvc、稳定剂、润滑剂、氧化石墨烯/氯代甲氧基脂肪酸酯混合物、cpe、acr在高速混合机中混合，待物料冷却后进行挤出造粒，得到pvc预制颗粒料。其中挤出温度：145～180℃；
17.(2)将pe树脂、pvc预制颗粒料、相容剂、抗氧剂1010及阻燃填料置于密炼机中密炼3～5min，其中，密炼温度：150～180℃；
18.(3)将密炼完成的物料在150℃～180℃的温度、5～25mpa的压力下5～10min成型。
19.本发明的有益效果为：
20.(1)与传统阻燃方法相比，本发明使用pvc阻燃pe，原材料成本低，综合经济性价比高，且材料的阻燃性能满足市场需求。
21.(2)为了获得优异的阻燃性能，现有技术中无机阻燃剂的添加量很高，但这会造成材料力学性能严重损失。本发明使用pvc阻燃pe，pe与pvc呈“海一岛”结构，分散相粒子分散于连续相中，氧化石墨烯/pvc复合有效阻隔了火焰，提高了产品的阻燃性能。
22.(3)pe/pvc共混物在热力学上是不相容的，两相粘着力差，因此直接混合存在相容性差、pvc相塑化差的问题，导致产品力学性能的损失。本发明使用氧化石墨烯/氯代甲氧基脂肪酸酯混合物处理pvc，pvc预先塑化，降低了pvc加工温度，提高了pvc流动性，pvc的预先塑化解决了pvc在pe体系中初级粒子团聚、难塑化、产品不密实等问题。平衡了力学性能、阻
燃性能之间的关系。
具体实施方式
23.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
24.实施例1
25.一种pvc/pe环保阻燃复合材料的制备方法，具体步骤如下：
26.(1)将聚氯乙烯(s58)25份，ope蜡0.2份，多元醇脂肪酸脂0.6份，有机锡稳定剂0.5份，氧化石墨烯/氯代甲氧基脂肪酸酯混合物2份，cpe 3份，acr 0.5份的比例称取物料。将pvc、稳定剂、润滑剂、氧化石墨烯/氯代甲氧基脂肪酸酯混合物、cpe、acr在高速混合机中混合，待物料冷却后进行挤出造粒，得到pvc预制颗粒料。其中挤出温度为145～180℃。
27.(2)将聚乙烯(hdpe)75份，氢氧化铝3份，三氧化二锑2份，pe-g-mah 2份，抗氧剂1010 0.3份，pvc预制料31.8份物料，置于170℃的密炼机中密炼3～5min。
28.(3)将密炼完成的物料在180℃的温度下，20mpa的压力下模压7min成型。
29.实施例2
30.一种pvc/pe环保阻燃复合材料的制备方法，具体步骤如下：
31.(1)将聚氯乙烯(sg-8)35份，硬脂酸0.1份，多元醇脂肪酸脂：0.5份，pe蜡0.1份，有机锡稳定剂：0.7份，环氧大豆油0.5份，氧化石墨烯/氯代甲氧基脂肪酸酯混合物5份，cpe 2份，acr 0.2份的比例称取物料，并置于高速混合机中混合5～15min，待物料冷却后使用双螺杆挤出机进行挤出造粒，得到pvc预制颗粒料。其中挤出温度为145～180℃。
32.(2)将聚乙烯(hdpe)65份，氢氧化铝3份，三氧化二锑1份，硼酸锌2份，pe-g-mah 3份，抗氧剂1010 0.2份，pvc预制料44.1份物料，置于170℃的密炼机中密炼3～5min。
33.(3)将密炼完成的物料在180℃的温度下，15mpa的压力下模压5min成型。
34.实施例3
35.一种pvc/pe环保阻燃复合材料的制备方法，具体步骤如下：
36.(1)将聚氯乙烯(s700)30份，石蜡0.1份，多元醇脂肪酸脂：0.4份，pe蜡0.1份，有机锡稳定剂0.6份，环氧大豆油0.5份，硬脂酸钙0.4份，氧化石墨烯/氯代甲氧基脂肪酸酯混合物3份，cpe 4份，acr 0.4份的比例称取物料，并置于高速混合机中混合10～15min，待物料冷却后使用双螺杆挤出机进行挤出造粒，得到pvc预制颗粒料。其中挤出温度为145～180℃。
37.(2)将聚乙烯(ldpe)70份，氢氧化铝1份，三氧化二锑3份，硼酸锌1份，eva-g-mah 3份，抗氧剂1010 0.1份，pvc预制料39.5份物料，置于175℃的密炼机中密炼3～5min。
38.(3)将密炼完成的物料在180℃的温度下，20mpa的压力下模压8min成型。
39.实施例4
40.一种pvc/pe环保阻燃复合材料的制备方法，具体步骤如下：
41.(1)将聚氯乙烯(sg-8)40份，ope蜡0.2份，pe蜡0.1份，硬脂酸0.5份，有机锡稳定剂1份，钙锌稳定剂1份，氧化石墨烯/氯代甲氧基脂肪酸酯混合物6份，cpe 8份，acr 0.7份的
比例称取物料，并置于高速混合机中混合10～15min，待物料冷却后使用双螺杆挤出机进行挤出造粒，得到pvc预制颗粒料。其中挤出温度为145～180℃。
42.(2)将聚乙烯(ldpe)60份，氢氧化铝2份，三氧化二锑2份，eva 3份，抗氧剂1010 0.3份，pvc预制料57.5份物料，置于170℃的密炼机中密炼3～5min。
43.(3)将密炼完成的物料在180℃的温度下，20mpa的压力下模压8min成型。
44.对比例1
45.一种pvc/pe复合材料的制备方法，具体步骤如下：
46.(1)聚氯乙烯(s700)50份，pe蜡0.1份，硬脂酸0.1份，石蜡0.2份，钙锌稳定剂：2份，环氧大豆油0.5份，氯代甲氧基脂肪酸酯0.5份，cpe 3份，acr 0.7份，聚乙烯(lldpe)50份，氢氧化铝1份，三氧化二锑3份，硼酸锌3份，pe-g-mah 2份，抗氧剂1010 0.2份的比例称取物料，并置于高速混合机中混合10～15min，随后倒入175℃的密炼机中密炼3～5min。
47.(2)将密炼完成的物料在180℃的温度下，20mpa的压力下模压5min成型。
48.对比例2
49.一种pvc/pe复合材料的制备方法，具体步骤如下：
50.(1)聚氯乙烯(sg-8)15份，pe蜡0.1份，多元醇脂肪酸脂0.2份，石蜡0.1份，钙锌稳定剂2份，环氧大豆油0.5份，氯代甲氧基脂肪酸酯0.5份，cpe 3份，acr 0.2份，称取物料，并置于高速混合机中混合10～15min，双螺杆挤出机温度设置为：145～180℃，待物料冷却后使用双螺杆挤出机进行挤出造粒，得到pvc预制颗粒料。
51.(2)将聚乙烯(hdpe)85份，氢氧化铝4份，三氧化二锑1份，硼酸锌3份，pe-g-mah 0.5份，抗氧剂1010 0.3份，pvc预制颗粒21.6份的比例称取物料，随后倒入170℃的密炼机中密炼3～5min。
52.(2)将密炼完成的物料在180℃的温度下，20mpa的压力下模压5min成型。
53.测试例
54.对上述实施例1～3以及对比例1～2，按照以下标准进行材料的性能检测，其结果见表1：
55.(1)阻燃性执行标准：ul-94。
56.(2)拉伸强度执行标准：gb/t 1040.3-2006；
57.(3)冲击强度执行标准：astmd6110-10；
58.表1-检测结果
[0059][0060]
由表1检测结果可以看出，本发明公开的制备方法制备的复合材料，其阻燃性均达到v0(对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰在10秒内熄灭，不能有燃烧物掉下)，为阻燃性最高等级。实施例1～4与对比例1、2相比，有着较好的阻燃性能和力学性能。
[0061]
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领
域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

技术特征：
1.一种环保阻燃pvc/pe复合材料，其特征在于，包括重量份的以下组分：聚乙烯55～75份；聚氯乙烯25～45份；润滑剂0.2～1份；相容剂2～5份；稳定剂0.6～3份；增塑剂2～6份；抗氧剂1010 0.1～0.3份；阻燃填料1～10份；氯化聚乙烯2～10份；acr树脂0～1份。2.如权利要求1所述的环保阻燃pvc/pe复合材料，其特征在于，所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯中的一种。3.如权利要求2所述的环保阻燃pvc/pe复合材料，其特征在于，所述聚氯乙烯的平均聚合度为650～750。4.如权利要求1所述的环保阻燃pvc/pe复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺、单甘脂或多元醇脂肪酸脂中的至少一种。5.如权利要求1所述的环保阻燃pvc/pe复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯－醋酸乙烯酯共聚物、乙烯－醋酸乙烯酯共聚物中的至少一种。6.如权利要求1所述的环保阻燃pvc/pe复合材料，其特征在于，其中所述增塑剂为：氧化石墨烯/氯代甲氧基脂肪酸酯混合物。7.如权利要求6所述的环保阻燃pvc/pe复合材料，其特征在于，所述氧化石墨烯/氯代甲氧基脂肪酸酯混合物为：将氧化石墨烯置于乙醇中超声分散后，加入一定量的3-氯丙基三甲氧基硅烷，加热搅拌回流反应10小时，清洗抽滤干燥后得到活化的氧化石墨烯；然后将其球磨、超声分散在氯代甲氧基脂肪酸酯中得到氧化石墨烯/氯代甲氧基脂肪酸酯混合物。8.如权利要求1所述的环保阻燃pvc/pe复合材料，其特征在于，所述阻燃填料为氢氧化铝、三氧化二锑、氢氧化镁、高岭土或硼酸锌中的一种或多种。9.如权利要求1所述的环保阻燃pvc/pe复合材料，其特征在于，所述稳定剂为钙锌复合稳定剂、有机锡稳定剂、稀土稳定剂或环氧大豆油中的一种或多种。10.一种如权利要求1所述的环保阻燃pvc/pe复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将pvc、稳定剂、润滑剂、氧化石墨烯/氯代甲氧基脂肪酸酯混合物、cpe、acr在高速混合机中混合，待物料冷却后进行挤出造粒，得到pvc预制颗粒料；其中挤出温度：145～180℃；(2)将pe树脂、pvc预制颗粒料、相容剂、抗氧剂1010及阻燃填料置于密炼机中密炼3～5min，其中，密炼温度：150～180℃；(3)将密炼完成的物料在150℃～180℃的温度、5～25mpa的压力下5～10min成型。

技术总结
本发明涉及一种环保阻燃PVC/PE复合材料及其制备方法，属于高分子的技术领域。具体包括重量份的以下组分：聚乙烯55～75份；聚氯乙烯25～45份；润滑剂0.2～1份；相容剂2～5份；稳定剂0.6～3份；增塑剂2～6份；抗氧剂1010 0.1～0.3份；阻燃填料1～10份；氯化聚乙烯2～10份；ACR树脂0～1份。本发明使用PVC阻燃PE，原材料成本低，综合经济性价比高，且材料的阻燃性能满足市场需求。能满足市场需求。


技术研发人员：从宪玲 李其建 高虎 任仰省 刘宏旭 栾晓波
受保护的技术使用者：山东鲁泰控股集团有限公司
技术研发日：2022.04.07
技术公布日：2022/5/25