一种阻燃辐照交联聚乙烯发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及发泡聚乙烯制品
技术领域
，具体涉及一种阻燃辐照交联聚乙烯发泡材料（IXPE）及其制备方法。背景技术
聚乙烯发泡材料是整体内含有无数微孔的塑料，由于气相的存在，因而具有密度低、隔热保温、吸音、防震等优点，被广泛地用于汽车、航海、建筑、绝热保温、包装和民用等各领域，由于该种材料具有成本低、性能好、用途广等特点，因此市场前景较好。
在聚乙烯发泡材料中加入阻燃剂是提高其阻燃性能最为常用的方法。目前采用的阻燃剂大多数为含卤阻燃剂，在显著提高聚乙烯发泡材料阻燃效果的同时，也带来了材料燃烧时释放毒气，对人体造成二次伤害等问题，因此使用受限。另外，阻燃剂的种类有很多，性能也各异，单一的阻燃剂阻燃效果较差，往往不能满足实际需求，因此对高性能复配阻燃体系的研究近年受到来越来越广泛的关注。
公开号为CN104592554A的中国专利公开了一种氢氧化镁复配阻燃剂交联聚乙烯泡沫塑料复合材料，该方案使用以氢氧化镁为主体的复配阻燃体系，避免了含卤阻燃剂体系在燃烧时产生有毒气体危害人体健康的问题，但该方案并不完美，依旧存在以下两点问题：1. 需要提前制备改性纳米氢氧化镁，工艺流程复杂；2. 未采用辐照交联技术，制备的阻燃交联聚乙烯泡沫塑料的综合性能相较辐照交联产品差，耐高温等级较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种阻燃辐照交联聚乙烯发泡材料及其制备方法，该阻燃辐照交联聚乙烯发泡材料制备工艺简单，得到的产品得到的产品尺寸稳定性、泡孔致密性和均一性好，无毒、无异味、阻燃性能优异。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明提供了一种阻燃辐照交联聚乙烯发泡材料，包括按重量份计的如下组分：
低密度聚乙烯 35～45份
线性低密度聚乙烯 5～15份
高密度聚乙烯 5～15份
聚烯烃弹性体 10～15份
发泡剂 2～10份
发泡助剂 2～10份
交联剂 0.5～5份
十溴二苯乙烷 5～20份
三氧化二锑 1～10份
氢氧化镁 4～8份
滑石粉 1～10份
增容剂 1～5份；
其中，在190℃×2.16kg的条件下，所述低密度聚乙烯的熔融指数为1-3g/10min，所述线性低密度聚乙烯的熔融指数为2-6g/10min，所述高密度聚乙烯的熔融指数为7-22g/10min。
本发明中，为了保证辐照交联聚乙烯发泡材料成型后的拉伸弹性，选择低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯与高密度聚乙烯搭配使用，既可以保障良好的加工性能，又可以维持较好的发泡状态，同时辐照交联聚乙烯发泡材料的品质也更高。
进一步地，所述聚烯烃弹性体（POE）为乙烯与辛烯的共聚物，其中辛烯含量为20-30%，密度为0.865-0.895g/cm3，进一步优选密度为0.870-0.885g/cm3。POE的加入有助于增加材料的弹性，吸收高比例的阻燃剂填充的加入，同时赋予产品更好的压缩永久变形的回复和更宽的产品适用温度范围，有利于保持产品较好的机械性能和良好的加工性。
进一步地，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸二异丙酯或偶氮二异丁腈。优选地，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。根据所需发泡倍率的不同，可以调节发泡剂的含量，发泡倍率越小，发泡剂添加量越少。
进一步地，所述发泡助剂为氧化锌和硬脂酸中的一种或两种的复配物。优选地，所述复配物中，氧化锌与硬脂酸的质量比为1:1-10。
进一步地，所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC）、三聚氰酸三烯丙酯（TAC）和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TMPTMA）中的一种或多种。本发明中，通过加入交联剂，降低了辐照剂量和辐照成本，减少了辐照对材料性能的损伤。
进一步地，所述增容剂为乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐，接枝率为0.8~1.5%，优选为1.2%。增容剂的加入，提高了聚烯烃弹性体、聚乙烯与阻燃剂之间的相容性，提高了发泡材料的性能。
本发明还提供了所述的阻燃辐照交联聚乙烯发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将配方量的低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚烯烃弹性体、发泡剂、发泡助剂、交联剂和增容剂于密炼机中混合均匀，然后加入十溴二苯乙烷、三氧化二锑、氢氧化镁和滑石粉，加热密炼；
S2：将步骤S1中密炼的材料加入挤出机中，挤出得到母片；
S3：将步骤S2中得到的母片按6-14Mrad的辐照剂量进行辐照，得到交联片材；
S4：将步骤S3中得到的交联片材加热发泡，得到所述阻燃辐照交联聚乙烯发泡材料。
进一步地，步骤S1中，所述加热密炼的温度为120~130℃。
进一步地，步骤S4中，所述加热发泡的温度为230~260℃。
本发明的阻燃辐照交联聚乙烯发泡材料，可通过将各原料一步成型制得待交联母片，母片经辐射交联和高温发泡后得到阻燃辐照交联聚乙烯发泡材料成型制品。与现有技术中的辐照交联聚乙烯发泡材料相比，本发明的制备方法无需制备母粒，一步成型得到母片，减化了造粒再挤出工艺，节省了加工成本，提高了生产效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1. 本发明的阻燃辐照交联聚乙烯发泡材料，通过选择熔融指数不同的低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和高密度聚乙烯搭配使用，既可以保障良好的加工性能，又可以维持较好的发泡状态，同时辐照交联聚乙烯发泡材料的品质也更高。
2. 十溴二苯乙烷是一种新型的塑料阻燃剂，其阻燃效果好、热稳定性能高、对阻燃材料物理性能影响小、毒性低，广泛应用于各种热固性、热塑性塑料中。三氧化二锑与十溴二苯乙烷搭配使用，可促进十溴二苯乙烷的分解，促使其放出不易燃气体，并形成气体隔离层，起到阻燃作用。另外，氢氧化镁可以吸收塑料、橡胶等高分子材料燃烧时产生的烟雾及有害气体，进一步提升材料的阻燃抑烟效果。本发明采用十溴二苯乙烷、三氧化二锑和氢氧化镁复配阻燃剂，不仅耐高温，可显著提升产品的阻燃性，且加入量相对较少，对产品其他性能影响小。
3. 本发明的阻燃辐照交联聚乙烯发泡材料，生产工艺简单，得到的产品尺寸稳定性、泡孔致密性和均一性好，无毒、无异味、阻燃性能优异。
附图说明
图1为本发明的阻燃辐照交联聚乙烯发泡材料的制备工艺路线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1~3：制备阻燃辐照交联聚乙烯发泡材料
本实施例提供了一种防静电辐照交联聚乙烯发泡材料及其制备方法，包括以下步骤：
步骤一：混料
按照表1的配方，将低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚烯烃弹性体、发泡剂、发泡助剂、交联剂和增容剂先在密炼机中搅拌1分钟，混合均匀，然后加入十溴二苯乙烷、三氧化二锑、氢氧化镁和滑石粉，加热密炼至120℃。
步骤二：一步成型得到母片
将步骤一中密炼的材料直接放进单螺杆挤出机的主喂料料斗，挤出机端部安装符合要求的模头，挤出母片。
步骤三：辐照交联
将步骤二中得到的母片按12Mrad的辐照剂量进行辐照，得到交联后的片材。
步骤四：高温发泡
将步骤三中得到的交联后的片材在发泡炉中进行高温发泡，发泡倍率为20倍，得到厚度为3mm的阻燃发泡材料成型制品。
表1 实施例1-3的阻燃辐照交联聚乙烯发泡材料的配方
组分
实施例1
实施例2
实施例3
对比例1
对比例2
对比例3
低密度聚乙烯
35
40
45
40
40
40
线性低密度聚乙烯
10
10
15
10
10
10
高密度聚乙烯
10
10
15
10
10
10
聚烯烃弹性体
5
5
8
5
5
5
发泡剂
2
5
8
5
5
5
发泡助剂
4
10
8
10
10
10
交联剂
2.5
2.5
3
2.5
2.5
2.5
十溴二苯乙烷
5
5
8
6
6
0
三氧化二锑
2
3
3
6
0
6
氢氧化镁
2
4
5
0
6
6
滑石粉
6
6
8
6
6
6
增容剂
3
3
3
3
3
3
以上各实施例和对比例中：
实施例1中：
低密度聚乙烯的熔体流动速率MI=1.5g/10min，线性低密度聚乙烯的熔体流动速率MI=2.5g/10min，高密度聚乙烯的熔体流动速率MI=8.6g/10min；发泡助剂为硬脂酸；交联剂为TAIC；增容剂为乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐，接枝率为1.2%。
实施例2中：
低密度聚乙烯的熔体流动速率MI=2.0g/10min，线性低密度聚乙烯的熔体流动速率MI=3.6/10min，高密度聚乙烯的熔体流动速率MI=12.4g/10min；发泡助剂为氧化锌；交联剂为TAC；增容剂为乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐，接枝率为1.2%。
实施例3中：
低密度聚乙烯的熔体流动速率MI=2.3g/10min，线性低密度聚乙烯的熔体流动速率MI=5.2g/10min，高密度聚乙烯的熔体流动速率MI=20.3g/10min；发泡助剂为氧化锌和硬脂酸的混合物，质量比为1:4；交联剂为TMPTMA；增容剂为乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐，接枝率为1.2%。
对比例1-3中：
低密度聚乙烯的熔体流动速率MI=1.5g/10min，线性低密度聚乙烯的熔体流动速率MI=2.5g/10min，高密度聚乙烯的熔体流动速率MI=8.6g/10min；发泡助剂为硬脂酸；交联剂为TAIC；增容剂为乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐，接枝率为1.2%。
性能测试：
对实施例及对比例制备的聚乙烯发泡材料进行性能测试，所得结果如表2所示。
表2 实施例1~3及对比例1~3制备的聚乙烯发泡材料的性能测试结果
测试项目
实施例1
实施例2
实施例3
对比例1
对比例2
对比例3
拉伸强度（MPa）
0.26
0.28
0.26
0.28
0.27
0.26
断裂伸长率（%）
76
96
84
87
88
92
阻燃效果
满足GB8410-2006
满足GB8410-2006
满足GB8410-2006
离火后继续燃烧，火焰烟雾明显
离火后剧烈燃烧，火焰烟雾明显
离火后剧烈燃烧，火焰烟雾较明显
从表2中的结果可以看出，与对比例1-3相比，实施例制备的辐照交联聚乙烯发泡材料在拉伸强度和断裂伸长率上变化不大，但是由于采用十溴二苯乙烷、三氧化二锑和氢氧化镁复配使用，显著提升了发泡材料的阻燃性能，使其满足GB8410-2006；而对比例制备的发泡材料，离火后还会继续燃烧，且烟雾明显。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
