一种溶胶凝胶法改性阻燃乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的方法技术

技术编号:19355659 阅读:46 留言:0更新日期:2018-11-07 19:03
本发明专利技术涉及一种溶胶凝胶法改性阻燃乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物的方法,属于阻燃材料技术领域。该方法通过溶胶凝胶法反应挤出制备乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物/二氧化硅母粒,再将乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物、相容剂、无机阻燃剂、乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物/二氧化硅母粒和加工助剂等原料在双螺杆挤出机中熔融挤出,经切粒注塑后,最后制得乙烯‑乙酸乙烯酯纳米阻燃复合材料。本发明专利技术乙烯‑乙酸乙烯酯纳米阻燃复合材料避免了添加气相二氧化硅带来的加工困难问题、健康问题,并且阻燃剂在材料中分散良好,复合材料的热释放速率、烟释放量较小,能更加有效地促进凝聚相成炭,阻燃性能得到有效改善,具有很好的推广应用价值。

A modified sol-gel method for flame retardant ethylene vinyl acetate copolymer

The invention relates to a method for modifying flame retardant ethylene vinyl acetate copolymer by sol-gel method, which belongs to the technical field of flame retardant materials. The ethylene vinyl acetate copolymer / SiO2 master batch was prepared by reactive extrusion with sol-gel method, and ethylene vinyl acetate copolymer, compatibilizer, inorganic flame retardant, ethylene vinyl acetate copolymer / silica master batch and processing aid were extruded and extruded in a twin-screw extruder. After injection, ethylene vinyl acetate nanocomposite was prepared. The ethylene-vinyl acetate nano-flame-retardant composite material avoids the processing difficulties and health problems caused by adding fumed silica, and the flame retardant is well dispersed in the material, the heat release rate and smoke release amount of the composite material are small, which can more effectively promote the carbon formation of the condensed phase, and the flame retardant performance is effective. The improvement has good popularization and application value.

【技术实现步骤摘要】
一种溶胶凝胶法改性阻燃乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的方法
本专利技术涉及一种溶胶凝胶法改性阻燃乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的方法,属于阻燃材料

技术介绍
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)由乙烯和乙酸乙烯酯共聚生成,将乙酸乙烯酯引入分子结构中以达到降低结晶度的目的,使EVA具有优良的弹性、耐候性、与填料和色母料的相容性,并且更易于进行成型加工,因此被广泛应用于农业、汽车产业、电线电缆等领域。但EVA易燃且燃烧时产生熔融滴落以及大量烟雾的特点,限制了其多方面的应用。在全世界范围内,虽然卤素阻燃剂在阻燃聚合物材料时表现出优异的性能,但是由于卤系阻燃剂在燃烧过程中会产生大量有毒的气体,会给人本身和环境带来危害,因此,无卤阻燃剂的发展不仅是为应对更高的环保要求,更是阻燃产业顺应历史的选择。二氧化硅(SiO2)基纳米复合材料因为类陶瓷颗粒在聚合物表面聚集,起到催化成炭的作用,不仅能降低热释放速率和质量损失速率,也能减少在燃烧过程中的烟释放,因而能起到较好的阻燃效果。但是气相二氧化硅堆积密度低,在高填充聚合物中添加困难,存在难以实现双螺杆挤出加工、颗粒难实现均匀分布和纳米分散以及粉末飘散引起的健康和安全等问题。期刊论文《无机纳米粒子原位复合聚氨酯研究》中对比了SiO2的不同添加方法对聚氨酯性能影响,发现常温直接混合不利于SiO2分散,改性效果较差。目前广泛使用的是在二氧化硅颗粒进行表面改性的方法,但是效果有限。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述技术问题,提供一种溶胶凝胶法改性阻燃乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的方法。本专利技术的目的是通过上述技术问题实现的。一种溶胶凝胶法改性阻燃乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的方法,具体步骤如下:一、溶胶制备:将正硅酸乙酯与蒸馏水按1:2~1:6比例混合后,在搅拌条件下加入共溶剂乙醇,加入催化剂调节pH为3~7,搅拌得到稳定透明的体系,即得溶胶。二、溶胶凝胶法反应挤出乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/二氧化硅母粒的制备:乙烯-乙酸乙烯酯共聚物在烘箱中60~100℃烘干2~6h后,将乙烯-乙酸乙烯酯共聚物在双螺杆挤出机中熔融挤出,在挤出过程中通过料斗向熔体中加入步骤一制得的溶胶,得到溶胶凝胶法反应挤出乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/二氧化硅母粒。三、将乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、步骤二制得的改性溶胶凝胶法反应挤出乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/二氧化硅母粒、相容剂、无机阻燃剂和加工助剂先分别在烘箱中60~100℃烘2~6h后,再将它们放在高混机中混合15~30min,最后在双螺杆挤出机中进行熔融挤出,得到溶胶凝胶法反应挤出制备改性阻燃乙烯-乙酸乙烯酯共聚物;以溶胶凝胶法反应挤出制备改性阻燃乙烯-乙酸乙烯酯共聚物总质量为百分之百记,所述的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、步骤二制得的溶胶凝胶法反应挤出乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/二氧化硅母粒、相容剂、无机阻燃剂、加工助剂添加量分别为:30~50%、3~8%、3~8%、40~55%、0.2~1%。步骤一所述催化剂包括氢氟酸HF、盐酸HCl、氢碘酸HI、硝酸HNO3、硫酸H2SO4、氯化钙CaCl2或一水合氨NH4OH中的一种。步骤二所述双螺杆挤出机的温度为100℃~140℃,喂料频率8~12rpm,主机频率为18~22rpm所述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的乙酸乙烯酯VA含量为18%、28%、33%以及46%中的一种或两种。步骤三所述的相容剂包括低密度聚乙烯LDPE、线性低密度聚乙烯LLDPE、乙烯-丙烯酸乙酯EEA、马来酸酐接枝改性聚乙烯g-PE、马来酸酐接枝改性聚丙烯g-PP、乙烯-辛烯共聚物POE、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性乙烯-辛烯共聚物POE-g-GMA中的一种或两种。相容剂能有效提高乙烯-乙酸乙烯酯共聚物与无机阻燃剂以及其他协效剂间的相容性,从而改善阻燃剂在乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的分散性,达到改善复合材料的力学性能,提高其拉伸、冲击强度,实现高填充,改善加工流变性,减少树脂的用量,降低生产成本的目的。所述无机阻燃剂包括:金属氢氧化物如氢氧化铝ATH、氢氧化镁MH;无机磷阻燃剂如红磷、聚磷酸铵APP和次磷酸铝AlHP;无机盐类阻燃剂如三聚氰胺聚磷酸盐MPP、三聚氰胺氰尿酸盐MCA和硼酸锌ZB;无机矿物如蒙脱土、海泡石、坡缕石、勃姆石、水滑石、水镁石、水菱镁石、蛭石、硅灰石、埃洛石和碳酸钙镁石。其中的一种或几种的混合物作为阻燃剂。所述的加工助剂为抗氧剂、流动剂和偶联剂;所述的加工助剂为抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂中一种或多种;流动剂包括硅酮类的流动改性剂、聚乙烯蜡流动剂、硬脂酸锌以及硬脂酸钙;偶联剂包括铬络合物、硅烷类和钛酸酯类;有益效果1、本专利技术使用溶胶凝胶法在EVA加工过程中在聚合物熔体内部原位生成二氧化硅颗粒,一方面利用原位生成二氧化硅在聚合物材料中实现纳米分散,使其具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应来增强界面作用,增强与无机阻燃剂的协同效应,显著提高阻燃效率,另一方面解决了添加气相二氧化硅时EVA加工困难以及带来的健康安全问题。2、本专利技术通过无机阻燃剂/相容剂/溶胶凝胶法原位生成乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的纳米二氧化硅母粒的复配使用,使乙烯-乙酸乙烯酯共聚物阻燃性能得到了显著改善,同时降低阻燃乙烯-乙酸乙烯酯共聚物复合材料的成本。具体实施方式以下对比例和实施例中所述垂直燃烧测试依据ANSI/UL94-2010标准;氧指数测试依据GB/T2406.2-2009标准;力学性能依据GB/T1040.2-2006,采用上海登杰机器设备有限公司DXLL-5000电子拉力试验机;锥形量热仪测试方法采用标准ASTME1354的方法,热辐射通量为35kW/m2。实施例1一种溶胶凝胶法改性阻燃乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的方法,各组分及质量百分含量如下表所示:(以总质量百分比为100%计)具体步骤如下:(1)将正硅酸乙酯与蒸馏水按1:3比例混合后,在搅拌条件下加入共溶剂乙醇,加入盐酸调节pH为3.5,搅拌得到稳定透明的体系,即得溶胶。(2)乙烯-乙酸乙烯酯共聚物在烘箱中烘干4h后,将乙烯-乙酸乙烯酯共聚物在双螺杆挤出机中熔融挤出,在挤出过程中通过料斗向熔体中加入溶胶,双螺杆挤出机的温度为100℃~140℃,喂料频率10rpm,主机频率为20rpm;挤出熔体经过风冷后,再通过造粒机造粒得到溶胶凝胶法反应挤出乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/二氧化硅母粒。(3)将乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、溶胶凝胶法反应挤出乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/二氧化硅母粒、相容剂、氢氧化铝、加工助剂先分别在烘箱中80℃烘4h后,再将它们放在高混机中混合15min,将混合后的原料送入双螺杆挤出机喂料机中,双螺杆挤出机的温度为190℃~200℃,喂料频率10rpm,主机频率为20rpm;挤出熔体经过风冷后,再通过造粒机造粒;(4)将粒料在60℃烘干3小时,再通过注塑机注塑成型,注塑机成型时各区段温度范围应为180℃~190℃。测试结果:垂直燃烧V-1级别,第一次续燃时间t1和第二次续燃时间t2分别为0s和13.0s。锥形量热仪测试结果显示,热释放速率的峰值为117.1kW/m2,总烟释放速率为163.0m2/m2。实施例2以所述复合材料的总质量为100%计,各组分及质量百分含量如下:乙烯-乙酸乙烯酯共聚物阻燃复合材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种溶胶凝胶法改性阻燃乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物的方法,其特征在于:具体步骤如下:步骤一、溶胶制备:将正硅酸乙酯与蒸馏水按1:2~1:6比例混合后,在搅拌条件下加入共溶剂乙醇,加入催化剂调节pH为3~7,搅拌得到稳定透明的体系,即得溶胶;步骤二、溶胶凝胶法反应挤出乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物/二氧化硅母粒:乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物在烘箱中60~100℃烘干2~6h后,将乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物在双螺杆挤出机中熔融挤出,挤出物为熔体;在挤出过程中通过料斗向熔体中加入步骤一制得的溶胶,得到溶胶凝胶法反应挤出乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物/二氧化硅母粒;步骤三、将乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物、步骤二制得的乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物/二氧化硅母粒、相容剂、无机阻燃剂和加工助剂先分别在60~100℃的烘箱中烘2~6h后,再将它们放在高混机中混合15~30min,最后在双螺杆挤出机中进行熔融挤出,得到溶胶凝胶法反应挤出制备改性阻燃乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物;以溶胶凝胶法反应挤出制备改性阻燃乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物总质量为百分之百记,所述的乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物、步骤二制得的溶胶凝胶法反应挤出乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物/二氧化硅母粒、相容剂、无机阻燃剂、加工助剂添加量分别为:30~50%、3~8%、3~8%、40~55%、0.2~1%。...

【技术特征摘要】
1.一种溶胶凝胶法改性阻燃乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的方法,其特征在于:具体步骤如下:步骤一、溶胶制备:将正硅酸乙酯与蒸馏水按1:2~1:6比例混合后,在搅拌条件下加入共溶剂乙醇,加入催化剂调节pH为3~7,搅拌得到稳定透明的体系,即得溶胶;步骤二、溶胶凝胶法反应挤出乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/二氧化硅母粒:乙烯-乙酸乙烯酯共聚物在烘箱中60~100℃烘干2~6h后,将乙烯-乙酸乙烯酯共聚物在双螺杆挤出机中熔融挤出,挤出物为熔体;在挤出过程中通过料斗向熔体中加入步骤一制得的溶胶,得到溶胶凝胶法反应挤出乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/二氧化硅母粒;步骤三、将乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、步骤二制得的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/二氧化硅母粒、相容剂、无机阻燃剂和加工助剂先分别在60~100℃的烘箱中烘2~6h后,再将它们放在高混机中混合15~30min,最后在双螺杆挤出机中进行熔融挤出,得到溶胶凝胶法反应挤出制备改性阻燃乙烯-乙酸乙烯酯共聚物;以溶胶凝胶法反应挤出制备改性阻燃乙烯-乙酸乙烯酯共聚物总质量为百分之百记,所述的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、步骤二制得的溶胶凝胶法反应挤出乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/二氧化硅母粒、相容剂、无机阻燃剂、加工助剂添加量分别为:30~50%、3~8%、3~8%、40~55%、0.2~1%。2.如权利要求1所述的一种溶胶凝胶法改性阻燃乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的方法,其特征在于:步骤一所述催化剂包括氢氟酸HF、盐酸HCl、氢碘酸HI、硝酸HNO3、硫酸H2SO4、氯化钙CaCl2或一水合氨NH4OH中的一种。3.如权利要求1所述的一种溶胶凝胶法改性阻燃乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的方法,其特征在于:步骤二所述双螺杆挤出机的温度为100℃~140℃,喂料频率8~12rpm,主机频率为18~22rpm。4.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员:李定华杨荣杰吴凡程博阿尔贝托·弗拉舍乔万尼·卡米诺
申请(专利权)人:北京理工大学意大利都灵理工大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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