CN105175947A - 一种耐热抑烟聚氯乙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐热抑烟聚氯乙烯材料，包括以下组分：聚氯乙烯树脂100重量份、氯化聚氯乙烯树脂10～20重量份、耐热改性剂3～5重量份、二茂铁类抑烟剂0.3～0.8重量份、镁-锌类复合物2～5重量份、热稳定剂0.8～5重量份、润滑剂0.5～3重量份、钛白粉1～3重量份、增韧剂2～6重量份、丙烯酸酯类0～2重量份、轻质碳酸钙3～25重量份。本发明通过优化配方、复合耐热改性剂，提高材料的耐热性；通过不同抑烟助剂复配技术，提高阻燃消烟剂的分散效果，降低生产成本，进一步提高材料的抑烟性能；同时保持了材料的力学性能，扩大其适用领域。
Description
技术领域
本发明涉及聚氯乙烯复合改性材料领域，尤其涉及一种耐热抑烟聚氯乙烯材料及其制备方法。
背景技术
普通聚氯乙烯(PVC)材料有着自身明显的缺陷：1)热变形温度低，维卡软化点仅为80℃左右，使得它不能应用于工作环境较为苛刻的场合，长期使用温度不能超过60℃；2)虽然PVC属于难燃材料，但一旦发生火灾，PVC制品燃烧又会产生大量烟雾，加大了火灾对人们生命、财产的危害。这些因素都影响到PVC材料的进一步扩大使用领域。
目前的技术主要是采用聚氯乙烯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(PVC/ABS)合金的方式来解决耐热的问题，实际使用过程中存在一定缺陷：1)由于ABS属于一种工程塑料，本身价格较贵，造成改性成本较高；2)PVC的维卡软化点在80℃左右，在保持PVC树脂为主体情况下，两者复合改性物的维卡就只能在80～92度之间，实际改性效果不是很明显。
CN1651505A提到一种耐热抑烟聚氯乙烯组合物，同样是采用PVC/ABS合金方式进行改性，而且聚氯乙烯树脂平均聚合度不大于700，只是适用于注塑领域，而且采用钼系化合物来抑烟，钼系化合物非常昂贵，成本很高，无法大批量应用。
也有采用其他抑烟剂和耐热改性剂对PVC进行改性的产品，但现有产品一般只是着重耐热或者是抑烟单项指标；或者虽然两项指标均有提高，但现有的抑烟剂和耐热改性剂一般对聚氯乙烯的力学性能具有负面影响，其加入将造成力学性能(比如拉伸强度等)普遍不高，甚至会产生明显下降。为了保证PVC的力学性能，需要加入大量的改性助剂，会影响PVC的其他性能，成本也大幅提高。因此，对于不使用ABS改性的PVC材料而言，目前还没有提高耐热抑烟功能的同时保持力学性能的产品，大大限制了其应用范围。
发明内容
本发明针对目前聚氯乙烯材料存在的耐热性差、烟密度高的缺陷进行改性，通过优化配方、复合耐热改性剂，提高材料的耐热性；通过不同抑烟助剂复配技术，提高阻燃消烟剂的分散效果，降低生产成本，进一步提高材料的抑烟性能；同时保持了材料的力学性能，扩大其适用领域。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种耐热抑烟聚氯乙烯材料，包括以下组分：聚氯乙烯树脂100重量份、氯化聚氯乙烯树脂(CPVC)10～20重量份、耐热改性剂3～5重量份、二茂铁类抑烟剂0.3～0.8重量份、镁-锌类复合物2～5重量份、热稳定剂0.8～5重量份、润滑剂1.1～3重量份、钛白粉1～3重量份、增韧剂2～6重量份、丙烯酸酯类聚合物(如丙烯酸类发泡调节剂)0～2重量份、轻质碳酸钙3～25重量份；所述耐热改性剂为N-苯基马来酰亚胺或其共聚物；所述热稳定剂选自有机锡稳定剂、铅盐稳定剂或钙锌稳定剂。
进一步地，上述N-苯基马来酰亚胺的共聚物优选自苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺共聚物、苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺三元共聚物或苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物。上述二茂铁类抑烟剂优选自二茂铁、环戊二烯二茂铁或苯甲酰二茂铁。
进一步地，上述润滑剂优选自金属皂类、硬脂酸、石蜡或聚乙烯蜡(PE蜡)中的一种或几种。
进一步地，上述增韧剂优选自氯化聚乙烯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物或橡胶(如丁苯橡胶)中的一种或几种。
进一步地，所述钛白粉为金红石型钛白粉或锐钛型钛白粉。
本发明还提供上述耐热抑烟聚氯乙烯材料的一种制备方法，包括以下步骤：
(1)先投入一半聚氯乙烯树脂，再加入其他组分，然后再投入剩余的聚氯乙烯树脂；
(2)以800～1000rpm的转速进行搅拌，直至混合物温度达到110～125℃后将混合物移入冷混机；
(3)冷混机的冷混温度设定为45～50℃，以300～500rpm的转速进行搅拌，直至混合物的温度降至设定温度；
(4)将步骤(3)得到混合物加入双螺杆挤出机中熔融混合，挤出造粒，冷却成型即得所述耐热抑烟聚氯乙烯材料。
进一步地，上述方法中，双螺杆挤出机的工艺参数为：机筒挤出温度150～190℃，模具温度160～200℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)不需要用到昂贵的工程塑料，只需要加入少量的特殊耐热改性剂和抑烟剂，即可使聚氯乙烯材料的维卡耐热达到93℃以上、耐热性能达到100℃以上、烟密度降到60％以下；
(2)在不使用ABS改性的基础上，在耐热抑烟性能提高的同时，加入少量其他助剂，即可保持良好的力学性能，拉伸强度达到47MPa以上，扩展了材料的使用领域，延长材料的使用寿命；
(3)材料适用于挤出成型，可以做成各类管道、型材、包装材料；
(4)耐热和抑烟助剂添加量少，对性能影响不大，同时避免使用工程塑料，生产成本明显下降，易于大规模工业化生产。
具体实施方式
本发明实施例按照以下方法制备：
(1)先投入一半聚氯乙烯树脂，再加入其他组分，然后再投入剩余的聚氯乙烯树脂；
(2)以800～1000rpm的转速进行搅拌，直至混合物温度达到110～125℃后将混合物移入冷混机；
(3)冷混机的冷混温度设定为45～50℃，以300～500rpm的转速进行搅拌，直至混合物的温度降至设定温度；
(4)将步骤(3)得到混合物加入双螺杆挤出机中熔融混合，挤出造粒，冷却成型即得聚氯乙烯材料。其中，双螺杆挤出机的工艺参数为：机筒挤出温度150～190℃，模具温度160～200℃。
实施例1：
其中，
聚氯乙烯为新疆天业SG-5，黏数：107-118mL/g，平均聚合度：700～1200；
氯化聚氯乙烯为上海氯碱JC-701，氯含量(％)：67.0±1，平均聚合度≥1000；
耐热改性剂为N-苯基马来酰亚胺；
二茂铁类抑烟剂为济宁华凯树脂有限公司的二茂铁；
镁-锌复合物为GreatLakesSolutions公司的OngardII；
热稳定剂为熊牌钙锌稳定剂123R；
聚乙烯蜡为霍尼韦尔公司的AC-6A；
硬脂酸为马来西亚1801；
氯化聚乙烯为山东瑞丰CPE-135A；
钛白粉为金红石型，牌号为济南裕兴R-818；
碳酸钙为广西金山轻质碳酸钙。
实施例2：
其中，
聚氯乙烯为新疆天业SG-3，黏数：127-135mL/g，平均聚合度：1250～1370；
氯化聚氯乙烯为上海氯碱JC-701，氯含量(％)：67.0±1，平均聚合度≥1000；
耐热改性剂为苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺三元共聚物；
二茂铁类抑烟剂为济宁百川化工有限公司的环戊二烯二茂铁；
镁-锌复合物为GreatLakesSolutions公司的OngardII；
热稳定剂为熊牌复合铅稳定剂318；
石蜡为昆仑半精炼58号石蜡；
橡胶为岳阳巴陵石化丁苯橡胶；
钛白粉为锐钛型，牌号为广西平桂飞碟PGA-110；
丙烯酸酯类发泡调节剂为日科HL-90；
碳酸钙为江西国丰轻质碳酸钙。
实施例3：
其中，
聚氯乙烯为新疆天业SG-5，黏数：107-118mL/g，平均聚合度：700～1200；
氯化聚氯乙烯为上海氯碱JC-701，氯含量(％)：67.0±1，平均聚合度≥1000；
耐热改性剂为苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物；
二茂铁类抑烟剂为济宁百川化工有限公司的苯甲酰二茂铁；
镁-锌复合物为GreatLakesSolutions公司的OngardII；
热稳定剂为有机锡热稳定剂，牌号为阿科玛T-890；
石蜡为昆仑半精炼58号石蜡；
金属皂为硬脂酸钙，牌号为新加坡三益硬脂酸钙SAK-CS-P；
氯化聚乙烯为广西锦盛CPE-135A；
钛白粉为锐钛型，牌号为广西平桂飞碟PGA-110；
丙烯酸酯类发泡调节剂为山东瑞丰LP-90；
碳酸钙为连州裕丰轻质碳酸钙。
实施例4：
其中，
聚氯乙烯为新疆天业SG-5，黏数：107-118mL/g，平均聚合度：700～1200；
氯化聚氯乙烯为上海氯碱JC-701，氯含量(％)：67.0±1，平均聚合度≥1000；
耐热改性剂为苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺共聚物；
二茂铁类抑烟剂为济宁华凯树脂有限公司的二茂铁；
镁-锌复合物为GreatLakesSolutions公司的OngardII；
热稳定剂为有机锡热稳定剂，牌号为阿科玛T-890；
石蜡为昆仑半精炼58号石蜡；
金属皂为山东宝利莱塑料助剂有限公司的硬脂酸铅；
增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，牌号为日本钟渊B56；
钛白粉为锐钛型，牌号为广西平桂飞碟PGA-110；
丙烯酸酯类发泡调节剂为山东瑞丰LP-90；
碳酸钙为连州裕丰轻质碳酸钙。
对比例1：
其中，
聚氯乙烯为新疆天业SG-5，黏数：107-118mL/g，平均聚合度：700～1200；
氯化聚氯乙烯为上海氯碱JC-701，氯含量(％)：67.0±1，平均聚合度≥1000；
耐热改性剂为ABS树脂，牌号为台湾奇美PA-766B；
钼系化合物为江苏琨蒂金属科技有限公司的八钼酸铵；
热稳定剂为熊牌复合铅稳定剂318；
石蜡为昆仑半精炼58号石蜡；
硬脂酸为马来西亚1801；
增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，牌号为日本钟渊B56；
钛白粉为金红石型，牌号为济南裕兴R-818；
丙烯酸酯类化合物为山东瑞丰LP-90；
碳酸钙为连州裕丰轻质碳酸钙。
对比例2：
其中，
聚氯乙烯为新疆天业SG-5，黏数：107-118mL/g，平均聚合度：700～1200；
氯化聚氯乙烯为上海氯碱JC-701，氯含量(％)：67.0±1，平均聚合度≥1000；
耐热改性剂为N-苯基马来酰亚胺；
抑烟剂为佛山市天信多元环保材料有限公司的氢氧化铝；
热稳定剂为有机锡热稳定剂，牌号为阿科玛T-890；
石蜡为昆仑半精炼58号石蜡；
金属皂为山东宝利莱塑料助剂有限公司硬脂酸铅；
增韧剂为氯化聚乙烯，牌号为广西锦盛CPE-135A；；
钛白粉为锐钛型，牌号为广西平桂飞碟PGA-110；
丙烯酸酯类化合物为山东日科HL-90；
碳酸钙为江西国丰轻质碳酸钙。
对比例3：
其中，
聚氯乙烯为新疆天业SG-3，黏数：127-135mL/g，平均聚合度：1250～1370；
耐热改性剂为ABS树脂，牌号为台湾奇美PA-766B；
二茂铁为济宁华凯树脂有限公司的二茂铁；
镁-锌复合物为GreatLakesSolutions公司的OngardII；
热稳定剂为熊牌钙锌稳定剂123R；
聚乙烯蜡为霍尼韦尔公司的AC-6A；
硬脂酸为马来西亚1801；
增韧剂为氯化聚乙烯，牌号为山东瑞丰CPE-135A；；
钛白粉为金红石型，牌号为济南裕兴R-818；
丙烯酸酯类化合物为山东日科HL-90；
碳酸钙为江西国丰轻质碳酸钙。
对比例4：
其中，
聚氯乙烯为新疆天业SG-3，黏数：127-135mL/g，平均聚合度：1250～1370；
磷酸三苯酯为东莞盛美塑化科技有限公司产品；
聚磷酸胺为湖北巨胜科技有限公司产品；
热稳定剂为熊牌复合铅稳定剂318；
聚乙烯蜡为霍尼韦尔公司的AC-6A；
硬脂酸为马来西亚1801；
增韧剂为氯化聚乙烯，牌号为山东瑞丰CPE-135A；
钛白粉为金红石型，牌号为济南裕兴R-818；
丙烯酸酯类化合物为山东日科HL-90；
碳酸钙为江西国丰轻质碳酸钙。
上述实施例和对比例的性能测试结果如表三所示。
表三实施例1～4和对比例1～3性能测试结果
通过实施例和对比例的数据对比可以看出，对比例1和对比例3使用ABS及辅助抑烟剂，拉伸强度虽没明显降低，但成本明显偏高。对比例2和对比例4没有使用ABS树脂，成本明显降低，但是但却造成了力学性能比如拉伸强度等的明显下降。而实施例则能在保证耐热和抑烟性能基础上，拉伸强度有明显提高，实施例4为最优方案，性能较佳而且成本相对便宜，利于工业化生产。
Claims (7)
1.一种耐热抑烟聚氯乙烯材料，其特征在于，包括以下组分：聚氯乙烯树脂100重量份、氯化聚氯乙烯树脂10～20重量份、耐热改性剂3～5重量份、二茂铁类抑烟剂0.3～0.8重量份、镁-锌类复合物2～5重量份、热稳定剂0.8～5重量份、润滑剂1.1～3重量份、钛白粉1～3重量份、增韧剂2～6重量份、丙烯酸酯类聚合物0～2重量份、轻质碳酸钙3～25重量份；所述耐热改性剂为N-苯基马来酰亚胺或其共聚物；所述热稳定剂选自有机锡稳定剂、铅盐稳定剂或钙锌稳定剂。
2.如权利要求1所述的耐热抑烟聚氯乙烯材料，其特征在于，所述N-苯基马来酰亚胺的共聚物选自苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺共聚物、苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺三元共聚物或苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物；所述二茂铁类抑烟剂选自二茂铁、环戊二烯二茂铁或苯甲酰二茂铁。
3.如权利要求1或2所述的耐热抑烟聚氯乙烯材料，其特征在于，所述润滑剂选自金属皂类、硬脂酸、石蜡或聚乙烯蜡中的一种或几种。
4.如权利要求1或2所述的耐热抑烟聚氯乙烯材料，其特征在于，所述增韧剂选自氯化聚乙烯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物或橡胶中的一种或几种。
5.如权利要求1或2所述的耐热抑烟聚氯乙烯材料，其特征在于，所述钛白粉为金红石型钛白粉或锐钛型钛白粉。
6.如权利要求1～5任一所述的耐热抑烟聚氯乙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)先投入一半聚氯乙烯树脂，再加入其他组分，然后再投入剩余的聚氯乙烯树脂；
(2)以800～1000rpm的转速进行搅拌，直至混合物温度达到110～125℃后将混合物移入冷混机；
(3)冷混机的冷混温度设定为45～50℃，以300～500rpm的转速进行搅拌，直至混合物的温度降至设定温度；
(4)将步骤(3)得到混合物加入双螺杆挤出机中熔融混合，挤出造粒，冷却成型即得所述耐热抑烟聚氯乙烯材料。
7.如权利要求6所述的耐热抑烟聚氯乙烯材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的工艺参数为：机筒挤出温度150～190℃，模具温度160～200℃。
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