一种高氧指数低烟无卤电缆料及其制备方法与流程

专利2022-05-09 72

本发明涉及低烟无卤阻燃聚烯烃电缆材料技术领域，具体涉及一种高氧指数低烟无卤电缆料及其制备方法。

背景技术：

低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料通常由聚烯烃共混树脂加阻燃填充剂氢氧化铝、氢氧化镁和一些助剂组合而成，其阻燃机理为，燃烧时，阻燃填充剂氢氧化铝、氢氧化镁会释放出结晶水，吸收大量热量，与此同时，脱水反应会产生大量水蒸气，它可以稀释可燃性气体，从而阻止燃烧。另外在材料表面形成一层不熔不燃的氧化物硬壳，阻断高聚物与外界热氧反应的通道，最终达到材料阻燃、自熄的目的。

氧指数是指在规定的条件下，材料在氧氮混合气体中进行有焰燃烧所需的最低氧浓度，可以通过氧指数快速判断物质的可燃程度，氧指数越高表明阻燃性能越好。目前市面上低烟无卤料用的阻燃剂一般为氢氧化镁、氢氧化铝类无机阻燃剂，此类阻燃剂虽有价格低、燃烧时不会产生腐蚀性气体、抑烟效果好、不产生有害物质等优点，但是此类阻燃剂成碳结壳慢阻燃效果一般，添加质量分数为60％时氧指数才可做到37/38，仍满足不了氧指数大于40以上高阻燃产品的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供一种高氧指数低烟无卤电缆料及其制备方法，该高氧指数低烟无卤电缆料氧指数高，阻燃效果更好。

为此，本发明提供了一种高氧指数低烟无卤电缆料，包括以下质量分数计组分：

优选的，氧指数协效剂包括有机次膦酸盐、氮系化合物和有机硅化合物，有机次膦酸盐的质量百分含量为5～90％，氮系化合物的质量百分含量为10～95％，有机硅化合物的质量百分含量为0～5％。

优选的，有机次膦酸盐为二甲基次膦酸铝、甲基乙基次膦酸铝、二乙基次膦酸铝、二乙基次膦酸锌、二丙基次膦酸铝、二乙基次膦酸化氨基三亚甲基膦酸铝、二乙基次膦酸化乙二胺四亚甲基膦酸铝、二乙基次膦酸化二乙烯三胺五亚甲基膦酸铝中的至少一种；

其中二甲基次膦酸铝的结构式为：

甲基乙基次膦酸铝的结构式为：

二丙基次膦酸铝的结构式为：

二乙基次膦酸化氨基三亚甲基膦酸铝的结构式为：

二乙基次膦酸化乙二胺四亚甲基膦酸铝的结构式为：

二乙基次膦酸化二乙烯三胺五亚甲基膦酸铝的结构式为：

优选的，氮系化合物为三聚氰胺正磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺氰尿酸盐、多聚磷酸铵中的至少一种。

优选的，有机硅化合物为聚二甲基硅氧烷、甲基硅树脂、乙基硅树脂、苯基硅树脂、丙烯酸接枝硅树脂、聚氨酯接枝硅树脂中的至少一种。

优选的，乙烯-醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯(va)含量在5％～40％。

优选的，聚乙烯树脂为超低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、中密度聚乙烯或高密度聚乙烯中的至少一种。

优选的，无机阻燃剂为氢氧化铝；抗氧化剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。

一种高氧指数低烟无卤电缆料的制备方法，包括以下步骤：

(1)氧指数协效剂的制备：

将有机次膦酸盐、氮系化合物和有机硅化合物分别按照质量百分含量5～90％、10～95％、0～5％的比例加入高速搅拌机中，搅拌均匀后备用；

(2)原料的准备：

按照质量百分比组成称量以下原料，乙烯-醋酸乙烯共聚物：10％～40％、聚乙烯树脂：5％～30％、无机阻燃剂：50％～60％、氧指数协效剂0.5％～10％、有机硅化合物1％～2％、抗氧化剂1％～2％；

(3)原料的混合：

将步骤(2)准备好的乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯树脂、无机阻燃剂、氧指数协效剂、有机硅化合物和抗氧化剂混合并倒入混料锅内搅拌均匀，得到混合材料；

(4)混合材料挤出：将步骤(3)中的混合材料加入双螺杆挤出机中进行熔融输送并挤出，挤出温度为130～150℃；

(5)冷却制粒：对步骤(4)中挤出的熔融输出物进行冷却，制成粒料，即为高氧指数低烟无卤电缆料。

本发明提供一种高氧指数低烟无卤电缆料及其制备方法，具有如下有益效果：

本发明所使用的氧指数协效剂包含有机次磷酸盐、氮系化合物和有机硅化合物。有机次膦酸盐在燃烧时具有猝灭火焰区自由基的作用，氮系化合物在燃烧分解时能够产生不燃气体，与氢氧化铝燃烧分解释放的水蒸气共同稀释空气中的氧气，提升电缆料的氧指数；而有机硅化合物可以使电缆料在燃烧时，热释放速度降低，从而达到提升电缆料氧指数的目的。而且，有机硅化合物受热能够快速形成一层硅膜，隔绝空气，硅膜还可以被其它阻燃剂、阻燃协效剂以及基材分解时产生的各种气体鼓胀，起到隔绝空气、快速阻燃的目的。有机次磷酸盐、氮系化合物和有机硅化合物有效结合成氧指数协效剂，氧指数协效剂与氢氧化铝无机阻燃剂协同作用，有效提升电缆料的氧指数，并且在电缆料燃烧的过程中加速了电缆料成碳结壳的效率，有效提升了低烟无卤料的阻燃性。

本发明所使用的氧指数协效剂在加入氢氧化铝阻燃剂阻燃体系时，仅添加1％氧指数协效剂，电缆料的氧指数即可达到44，添加5％氧指数协效剂，电缆料的氧指数可以迅速提高至50以上，因其添加比例小，对产品的成本、力学性能及加工性影响非常小，市场应用前景广阔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。本发明中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的方法；所使用的原料如：二乙基次膦酸铝、二乙基次膦酸锌、二乙基次膦酸化氨基三亚甲基膦酸铝、二乙基次膦酸化乙二胺四亚甲基膦酸铝、二乙基次膦酸化二乙烯三胺五亚甲基膦酸铝均为威海海润新材料科技有限公司生产产品。其中二乙基次膦酸化氨基三亚甲基膦酸铝、二乙基次膦酸化乙二胺四亚甲基膦酸铝、二乙基次膦酸化二乙烯三胺五亚甲基膦酸铝为发明专利202010273225.x产品，硅系阻燃剂为硅酮。其他原料和装置，如无特殊规定，均为常规的市售产品。

实施例1

将有机次膦酸盐、氮系化合物和有机硅化合物按照表1中实施例1的比例加入高速搅拌机中，搅拌均匀后得到氧指数协效剂。

实施例2

将有机次膦酸盐、氮系化合物和有机硅化合物按照表1中实施例2的比例加入高速搅拌机中，搅拌均匀后得到氧指数协效剂。

实施例3

将有机次膦酸盐、氮系化合物和有机硅化合物按照表1中实施例3的比例加入高速搅拌机中，搅拌均匀后得到氧指数协效剂。

实施例4

将有机次膦酸盐、氮系化合物和有机硅化合物按照表1中实施例4的比例加入高速搅拌机中，搅拌均匀后得到氧指数协效剂。

实施例5

将有机次膦酸盐、氮系化合物和有机硅化合物按照表1中实施例5的比例加入高速搅拌机中，搅拌均匀后得到氧指数协效剂。

实施例6

将双螺杆挤出机升高温度到150℃，并保温30分钟使得双螺杆挤出机各个区段温度在设定温度上稳定。

将原料乙烯醋酸乙烯共聚物、聚乙烯树脂、无机氢氧化铝阻燃剂、有机硅化合物、实施例4制得的氧指数协效剂、抗氧化剂按照表2中实施例6的比例投入混料锅中混合均匀。