專利名稱：防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用作新型建筑裝飾材料—防火鋁塑板用阻燃聚乙烯芯層材料及其制備方法，特別是無鹵低煙阻燃聚乙烯芯層材料及其制備方法。
解決本發(fā)明技術(shù)問題是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料含有聚乙烯、改性聚乙烯、無鹵阻燃劑、阻燃增效劑、其他助劑等，其組成(重量百分比)為聚乙烯10～40％、改性聚乙烯5～20％、無鹵阻燃劑35～65％、阻燃增效劑0.5～10％、其他助劑2.5～8.5％。
本發(fā)明的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料的制備方法為先制備阻燃聚乙烯專用粒料，然后再制成板材。阻燃聚乙烯專用粒料的制備方法，是先將所選的部分或全部無鹵阻燃劑按一定比例混合復(fù)配，再用部分或全部復(fù)合偶聯(lián)劑在普通的高速混合機(jī)中進(jìn)行預(yù)處理，與其他余下組分一起混合均勻后采用平行雙螺桿擠出熱切造粒工藝制備粒料，但最好采用在密閉式的連續(xù)捏煉機(jī)中進(jìn)行捏煉，塑化均勻后，由錐形雙螺桿喂料機(jī)送入大直徑、小長徑比的單螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)機(jī)頭模面熱切粒，二級旋風(fēng)分離器冷卻后包裝。制備的阻燃聚乙烯專用粒料，采用真空排氣式單螺桿擠板工藝及設(shè)備，擠出后三輥壓光制成無鹵阻燃聚乙烯卷板材。
應(yīng)用該材料復(fù)合生產(chǎn)的防火鋁塑板，燃燒性能分級可達(dá)到難燃材料B1級或不燃性A級，同時其理化性能和加工成型性能可滿足鋁塑復(fù)合板的生產(chǎn)工藝要求。該材料具有無鹵低煙、阻燃阻滴、熱壓粘接強(qiáng)度高和板材可彎曲成卷等特性。
本發(fā)明的材料其制備工藝獨(dú)特，可以采用平行雙螺桿擠出造粒工藝，但最好采用連續(xù)捏煉+擠出+風(fēng)冷熱切粒工藝制備阻燃聚乙烯專用粒料；采用真空排氣式單螺桿擠板工藝及設(shè)備，制備防火鋁塑板專用阻燃聚乙烯板材。所述的制備方法，工藝條件易于控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動化生產(chǎn)。
本發(fā)明的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料中改性聚乙烯為乙烯—甲基丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯—醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、三元乙丙橡膠(EPDM)、和/或聚烯烴與不飽和一元酸或不飽和二元酸或順丁烯二酸酐(MAH)的極性接枝共聚物中的一種或幾種復(fù)配組成，其熔體指數(shù)為0.25～250g/10min。所述的順丁烯二酸酐極性接枝共聚物，其具體組成為(重量份)熱塑性聚烯烴(或彈性體)100極性接枝單體 0.5～5.0過氧化物類引發(fā)劑 0.1～1.0接枝助劑 0.05～0.5本發(fā)明的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料中聚乙烯及改性聚乙烯的存在，構(gòu)成了整個阻燃聚乙烯材料的基體樹脂。這些樹脂顯著改善了阻燃劑充填所引起的材料力學(xué)性能和加工性能的惡化，保證了本發(fā)明的鋁塑板用阻燃聚乙烯芯材優(yōu)良的綜合性能。
本發(fā)明的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料中阻燃劑必須是不含鹵的，最好是無機(jī)礦物類阻燃劑，這些無鹵阻燃劑包括水合氧化鋁、氫氧化鎂、堿式碳酸鎂、堿式硫酸鎂晶須和/或這些化合物的混合復(fù)配物，其粉末粒度為0.1～50μm和/或直徑為0.1～0.5μm、長度小于80μm的晶須。這些阻燃劑在200℃以上開始吸熱分解脫水，降低發(fā)熱量和火焰溫度，稀釋助燃空氣；分解生成的金屬氧化物在材料表面形成一層堅(jiān)固致密的碳化層，起到絕熱防護(hù)和阻滴成碳作用，從而抑制燃燒，降低發(fā)煙量。
本發(fā)明的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料中阻燃增效劑為能增效阻燃劑功能的有機(jī)類或無機(jī)類物質(zhì)，包括紅磷微膠囊母料或無鹵磷酸酯、羥基硅油、硼酸鋅或氧化鋅、二氧化硅或硅微粉、聚磷酸銨和/或這些物質(zhì)的復(fù)配物。這些物質(zhì)的存在可更好地發(fā)揮不同阻燃劑間的協(xié)同效應(yīng)，使阻燃效果更突出，阻燃劑總量降低。
本發(fā)明的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料中其他助劑包括偶聯(lián)劑、分散劑、流變劑、抗氧劑、紫外線吸收劑、交聯(lián)劑或著色劑等。其中偶聯(lián)劑為能有效提高阻燃劑和聚乙烯基材間界面相容性的物質(zhì)，如鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑和/或其中的幾種復(fù)合偶聯(lián)劑，具體包括KR-TTS、DL-411-D、A-174、A-172、A-151等；分散劑與流變劑等是為改善各組分分散性和擠出加工流動性，從而降低混合物粘度的化學(xué)物質(zhì)，具體包括脂肪酸及其酰胺或鹽類、低分子量聚烯烴、有機(jī)硅酮和/或含氟類流變劑等；抗氧劑(如1010)、紫外線吸收劑(如UV-531)、交聯(lián)劑(如DCP)、著色劑(如TiO2或炭黑)等是為有效提高材料抗熱氧老化、光老化、交聯(lián)度及顏色等性能的物質(zhì)。
本發(fā)明的防火鋁塑板用無鹵燃聚乙烯芯層材料制備方法，包括先制備阻燃聚乙烯專用粒料，然后再制成板材。阻燃聚乙烯專用粒料的制備方法是先將所選的部分或全部無鹵阻燃劑按一定比例混合復(fù)配，再用部分或全部復(fù)合偶聯(lián)劑在普通的高速混合機(jī)中進(jìn)行預(yù)處理，與其他余下組分一起混合均勻后采用平行雙螺桿擠出熱切造粒工藝制備粒料，但最好采用在密閉式的連續(xù)捏煉機(jī)中進(jìn)行捏煉，塑化均勻后，由錐形雙螺桿喂料機(jī)送入大直徑、小長徑比的單螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)機(jī)頭模面熱切粒，二級旋風(fēng)分離器冷卻后包裝。將粒料用真空排氣式單螺桿擠出機(jī)擠出后三輥壓光成阻燃聚乙烯卷板材。傳統(tǒng)的造粒工藝方法為開煉或密煉后板式切粒；或用單、雙螺桿混煉擠出水冷拉條切粒，這些方法若用來制備本材料，則不僅勞動強(qiáng)度大，工藝條件不易控制，阻燃劑分散不均，產(chǎn)品質(zhì)量無法保持穩(wěn)定，或因產(chǎn)品吸水切粒后再干燥時，操作繁瑣，耗時耗電。依據(jù)本發(fā)明的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料的特點(diǎn)，本發(fā)明采用高效，潔凈和工藝條件能準(zhǔn)確控制和連續(xù)自動化生產(chǎn)的平行雙螺桿擠出熱切造粒工藝，但最好采用連續(xù)捏煉+擠出+風(fēng)冷熱切造粒工藝及設(shè)備。所制備的無鹵阻燃聚乙烯專用粒料，可以采用投資較大的雙螺桿擠板工藝，更主要的是可采用投資較低的單螺桿擠板工藝及設(shè)備，進(jìn)行板材連續(xù)規(guī)?；a(chǎn)。
本發(fā)明的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料與傳統(tǒng)的含鹵聚合物芯材或鹵/銻阻燃聚乙烯芯材相比，不但完全不含鹵素，熔融不滴落，而且依靠經(jīng)偶聯(lián)活化處理的無機(jī)礦物類阻燃劑在高溫(燃燒)環(huán)境下的吸熱分解反應(yīng)，生成無公害的二氧化碳?xì)怏w和起降溫稀釋作用的水分、以及能覆蓋材料表面起阻隔作用的金屬氧化物。由于配方上采用了如上所述的特殊設(shè)計，本發(fā)明的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料因此具有低成本、無鹵低煙、阻燃、熱壓粘接強(qiáng)度高和板材可彎曲成卷等特性，而且采用本發(fā)明的材料復(fù)合生產(chǎn)防火鋁塑板時，復(fù)合成型工藝性能良好，能滿足鋁塑板標(biāo)準(zhǔn)及連續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)線的工藝要求。
本發(fā)明的具體實(shí)施方案由實(shí)施例給出。
實(shí)施例配方見附表1，其具體操作步驟基本相同，即第一步按配方全部或部分無鹵阻燃劑復(fù)配后用復(fù)合偶聯(lián)劑進(jìn)行表面預(yù)處理，在高速攪拌機(jī)中進(jìn)行。第二步，按配方稱量，與其余組分一起混合均勻用平行雙螺桿擠出熱切粒工藝，但最好是加入到連續(xù)捏煉機(jī)中在給定的工藝溫度和時間下捏煉塑化；第三步，上述捏煉塑化均勻的混合物經(jīng)錐形雙螺桿喂料機(jī)送入擠出造粒機(jī)組，擠出模面熱切粒；第四步，熱切粒經(jīng)二次旋風(fēng)分離器冷卻、振動篩分檢包裝即制成阻燃聚乙烯粒料。所制備的阻燃PE粒料采用螺桿長徑比大于32的真空排氣式單螺桿擠板機(jī)組，經(jīng)三輥壓光成無鹵阻燃PE卷板材。
應(yīng)用本發(fā)明制備方法中的高速攪拌機(jī)混合時間為2-10分鐘，混合溫度為50-70℃；連續(xù)捏煉機(jī)中捏煉時間為5～15分鐘，捏煉溫度為80-160℃，錐雙喂粒機(jī)溫度為110～150℃，擠出造粒溫度為120～190℃，最好為130～185℃。
擠出板材工藝溫度為130～200℃，最好為140～190℃，三輥壓延機(jī)溫度50～100℃，最好為60～95℃，真空度為-0.02MPa以上，螺桿長徑比為32以上，最好不小于35。
本發(fā)明的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料技術(shù)性能指標(biāo)為拉伸強(qiáng)度為7.5～10.5MPa，彎曲強(qiáng)度9.5-28.5MPa，缺口沖擊強(qiáng)度7.0-14.0KJ/m2，維卡軟化溫度為80～86℃，縱向尺寸變化率為18～25％，180°剝離強(qiáng)度5.0～8.5N/mm，氧指數(shù)高達(dá)34％-42％。詳細(xì)的性能參數(shù)見附表2應(yīng)用本發(fā)明的無鹵阻燃聚乙烯芯層材料復(fù)合生產(chǎn)的防火鋁塑板，燃燒性能分級可達(dá)難燃材料B1級或不燃性A級，其中燃燒剩余長度最小值為155-655mm，煙氣溫度為85～125℃，焰尖高度為5-20mm，煙密度等級為5-65。詳細(xì)的燃燒性能指標(biāo)見附表3。
附表1實(shí)施例配方組成

附表2無鹵阻燃聚乙烯芯層材料性能指標(biāo)

附表3防火鋁塑板燃燒性能指標(biāo)

權(quán)利要求
1.一種防火鋁塑板專用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料，含有聚乙烯、改性聚乙烯、無鹵阻燃劑、阻燃增效劑、其他加工助劑，其特征在于其含量組成(重量百分?jǐn)?shù))為聚乙烯10～40％、改性聚乙烯5～20％、無鹵阻燃劑35～65％、阻燃增效劑0.5～10％、其他助劑2.5～8.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料，其特征在于所述的聚乙烯為高壓聚乙烯、高密度聚乙烯和/或線性低密度聚乙烯中的一種或幾種復(fù)配組成，其熔體流動速率為0.15～5g/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料，其特征在于所述的改性聚乙烯為乙烯—甲基丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯—醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、三元乙丙橡膠(EPDM)、和/或聚烯烴與不飽和一元酸或不飽和二元酸或順丁烯二酸酐(MAH)的極性接枝共聚物中的一種或幾種復(fù)配組成，其熔體指數(shù)為0.25～250g/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料，其特征在于所述的順丁烯二酸酐極性接枝共聚物，其具體組成為(重量份)熱塑性聚烯烴(或彈性體) 100極性接枝單體 0.5～5.0過氧化物類引發(fā)劑 0.1～1.0接枝助劑 0.05～0.5
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料，其特征在于所述的無鹵阻燃劑為不含鹵素的無機(jī)礦物類阻燃劑如氫氧化鋁、氫氧化鎂、堿式碳酸鎂、堿式硫酸鎂晶須和/或這些化合物的復(fù)配物，其粉末粒度為0.1～50μm和/或直徑為0.1～0.5μm、長度小于80μm的晶須。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料，其特征在于所述的阻燃增效劑為能增效阻燃劑功能的有機(jī)類或無機(jī)類物質(zhì)，如紅磷微膠囊母料或無鹵磷酸酯、羥基硅油、硼酸鋅或氧化鋅、二氧化硅或硅微粉、聚磷酸銨和/或這些物質(zhì)的復(fù)配物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料，其特征在于所述的其他助劑包括偶聯(lián)劑、分散劑、流變劑、抗氧劑、紫外線吸收劑、交聯(lián)劑、著色劑，其中偶聯(lián)劑為能有效提高阻燃劑和聚乙烯基材間界面相容性的物質(zhì)，如鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑和/或其中的幾種復(fù)合偶聯(lián)劑，具體包括KR-TTS、DL-411-D、A-174、A-172、A-151，分散劑與流變劑是為改善各組分分散性和擠出加工流動性，從而降低混合物粘度的化學(xué)物質(zhì)，具體包括脂肪酸及其酰胺或鹽類、低分子量聚烯烴、有機(jī)硅酮和/或含氟類流變劑，抗氧劑、紫外線吸收劑、交聯(lián)劑、著色劑是為有效提高材料抗熱氧老化、光老化、交聯(lián)度及顏色等性能的物質(zhì)。
8.一種防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料的制備方法，包括先制備阻燃聚乙烯專用粒料，然后再制成板材。其特征在于阻燃聚乙烯專用粒料的制備方法是先將所選的部分或全部無鹵阻燃劑按一定比例混合復(fù)配，再用部分或全部復(fù)合偶聯(lián)劑在普通的高速混合機(jī)中進(jìn)行預(yù)處理，與其他余下組分一起混合均勻后采用平行雙螺桿擠出熱切造粒工藝制備粒料，但最好采用在密閉式的連續(xù)捏煉機(jī)中進(jìn)行捏煉，塑化均勻后，由錐形雙螺桿喂料機(jī)送入大直徑、小長徑比的單螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)機(jī)頭模面熱切粒，二級旋風(fēng)分離器冷卻后包裝。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯專用粒料的制備方法，其特征在于高速混合機(jī)中混合時間為2～10分鐘，混合溫度為50～70℃，連續(xù)捏煉機(jī)中捏煉時間為5～15分鐘，捏煉溫度80～160℃，錐形雙螺桿喂料機(jī)溫度為110～150℃，擠出造粒溫度為120～190℃，最好為130～185℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的防火鋁塑板用無鹵阻燃聚乙烯板材的制備方法，其特征在于對制備的無鹵阻燃聚乙烯粒料，采用真空排氣式單螺桿擠板工藝及設(shè)備，擠出后三輥壓光制成無鹵阻燃聚乙烯卷板材，擠出板材工藝溫度為130～200℃，最好為140～190℃，三輥壓延機(jī)溫度50～100℃，最好為60～95℃，真空度為-0.02MPa以上，螺桿長徑比為32以上，最好不小于35。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種防火鋁塑復(fù)合板用無鹵阻燃聚乙烯芯層材料及其制備方法。該芯層材料包含聚乙烯10～40％、改性聚乙烯5～20％、無鹵阻燃劑35～65％、阻燃增效劑0.5～10％、其他助劑2.5～8.5(重量百分?jǐn)?shù))。本發(fā)明材料的制備方法，包括制備阻燃聚乙烯專用粒料和板材。采用平行雙螺桿擠出熱切造粒工藝及設(shè)備，但最好采用連續(xù)捏煉+擠出+風(fēng)冷熱切工藝及設(shè)備制備阻燃聚乙烯專用粒料；采用真空排氣式單螺桿擠板工藝及設(shè)備，制備阻燃聚乙烯專用板材。所述的制備方法，工藝條件易于控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動化生產(chǎn)。應(yīng)用該材料復(fù)合生產(chǎn)的防火鋁塑板，燃燒性能分級可達(dá)到難燃材料B1級或不燃性A級，同時其理化性能和加工成型性能可滿足生產(chǎn)工藝要求。
文檔編號C08L23/00GK1445273SQ02113998
公開日2003年10月1日 申請日期2002年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月19日
發(fā)明者王小紅, 翦建政, 何斌, 肖順秋 申請人:湖南省塑料研究所