[发明专利]一种有机无卤阻燃硅烷交联聚乙烯及其制备方法和组合物

说明书

技术领域

本发明涉及阻燃聚乙烯塑料领域，具体是一种有机无卤阻燃硅烷交联聚乙烯及其制备方法和组合物。

背景技术

聚乙烯由于具有优异的绝缘和介电性能，已经逐渐取代聚氯乙烯成为用于制造电线电缆护套的主要材料。但聚乙烯作为电缆材料存在的明显问题是耐热性能不佳和容易燃烧。自上世纪60年代起，电缆制造厂家就开始对聚乙烯进行交联改性，将聚乙烯分子链相互连结，形成三维网络结构，从而大大提高其耐高温及耐蠕变等性能。交联方法主要有过氧化物交联、辐照交联和硅烷交联。过氧化物交联较难控制制品质量、辐照交联技术复杂且投资大，而硅烷交联简单易行且能较好保证制品的综合性能，所以硅烷交联方法已成为国内外中低压电缆制造的主要生产工艺。

聚乙烯的氧指数仅为17左右，通过硅烷交联的聚乙烯氧指数也只有19～20，完全达不到电缆料的氧指数在25以上的要求，也难以达到UL94V-0阻燃级别。这在一定程度上限制了硅烷交联聚乙烯的应用。为了赋予硅烷交联聚乙烯优良的阻燃性能，专利CN 1345893A与CN 1223628C分别公开了一种硅烷交联阻燃聚乙烯电缆料的制备方法。前者在对聚乙烯进行硅烷接枝改性的同时与氢氧化镁、红磷、膨胀石墨等无机阻燃剂共混获得无卤阻燃电缆料。虽然简便易行，但无机阻燃剂与有机高分子体系相容性不高，同时阻燃剂的引入也会对介电性能造成不良影响。而后者则采用两步法，制备硅烷接枝母料和含溴阻燃母料，再将两者混合加工。利用此法能获得阻燃性能较好的硅烷交联聚乙烯，但属于有卤阻燃的范畴。专利CN 102304254A和CN 101880417A，均采用金属氧化物或金属氢氧化物为主阻燃剂、有机磷类为辅阻燃剂，制备阻燃硅烷交联聚乙烯。由于有机组分的引入起到一定程度的润滑作用，改善了无机阻燃剂与有机高分子之间的相容性，所制得的硅烷交联聚乙烯电缆料综合性能有所提高，但仍然没有解决添加型阻燃剂造成材料综合性能下降的难题。为此，将非卤阻燃元素引入分子链中，赋予高分子材料持久阻燃功能(即本征阻燃性)已成为一种有效解决途径。但目前为获得一定阻燃效果，主要依靠提高单一阻燃元素用量，导致引入过多化学弱键，造成材料耐热等性能的明显下降。因此，必须设法降低阻燃元素构成的化学弱键含量才有可能减小其对材料耐热等性能造成的负面影响，相关的途径主要包括：发挥多种阻燃元素协同阻燃功能、赋予阻燃元素和(或)树脂特殊化学结构。

发明内容

本发明的目的之一是提供制备有机无卤阻燃硅烷交联聚乙烯的组合物。

本发明另一目的是提供一种有机无卤阻燃硅烷交联聚乙烯的制备方法，通过将含羟基有机无卤阻燃剂引入到聚乙烯分子结构中，实现硅烷交联聚乙烯的有机本征无卤阻燃。

本发明的再一目的是提供上述方法制备的有机无卤阻燃硅烷交联聚乙烯。利用该方法所制备的电缆或管材在力学、绝缘、耐热性能得到保持的同时，能够获得较优良的阻燃性能。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种制备有机无卤阻燃硅烷交联聚乙烯的组合物，包括硅烷接枝料A料和催化剂母料B料，所述B料中的阻燃剂为含羟基有机无卤阻燃剂，该阻燃剂为下述结构中的一种或两种以上：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇为C1~C13的纯烃基或含苯环、羟基、硝基、醚键、环己基、萘基或呋喃结构的烃基。

优选地，上述R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇为

中的任意一种。

优选地，所述B料的制备过程：按质量份数计，将聚乙烯树脂5～20份、助剂载体0.5～25份、含羟基有机无卤阻燃剂1～25份、交联催化剂0.01～5份、产水剂0.5～15份、抗氧剂0.01～3份，在高速混合机中充分混合，在120～180℃下混炼、造粒，干燥，即制得B料。

优选地，所述A料的制备过程：按质量份数计，将80～95份聚乙烯树脂干燥预处理至水分在600ppm以下，然后与硅烷偶联剂0.5～5份、过氧化物引发剂0.01～0.5份充分混合，在120～230℃下混炼、造粒，干燥，即制得A料。