本发明涉及PVC电缆料
技术领域：
，具体涉及一种基于纳米复合插层技术制备的PVC电缆料阻燃剂。
背景技术：
：：电线电缆行业是我国经济建设的重要配套产业，广泛应用于国民经济各个领域，占据着中国电工行业1/4的产业，是机械工业中仅次于汽车行业的第二大产业。PVC电缆料是以聚氯乙烯为基础树脂，添加无机填料、稳定剂、增塑剂、阻燃剂、增韧剂、润滑剂等助剂，经混配、捏合、挤出制成粒子，进而将粒子加工成电缆。PVC树脂燃烧时会产生大量的烟雾和有毒的腐蚀性气体，烟雾是火灾中致人死命的首要危险因素，也严重延误抢救人民生命财产的时机。为了减少烟雾对人体的伤害，一般会加入阻燃剂。传统阻燃剂广泛采用含卤聚合物，一旦燃烧，生烟量更大，并会产生氯化氢等卤素气体。因此，除了阻燃效率高外，低烟低卤也是阻燃剂必不可少的指标。但是，目前市面上还没有一种能够同时满足阻燃效率高和低烟低卤要求的电缆产品。技术实现要素：：本发明所要解决的技术问题在于提供一种阻燃性能优异且环保性强的基于纳米复合插层技术制备的PVC电缆料阻燃剂。本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：基于纳米复合插层技术制备的PVC电缆料阻燃剂，由如下重量份数的原料制成：高岭土25-35份、二甲基丙烯酸锌5-10份、双丙酮丙烯酰胺1-5份、纳米氮化硅5-10份、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚1-5份、异氰尿酸三缩水甘油酯0.5-2份、钛酸酯偶联剂0.1-1份、引发剂0.05-0.5份、95％乙醇50-100份、去离子水50-100份。其制备方法包括如下步骤：(1)高岭土的预处理：将高岭土先加热至150-200℃保温煅烧0.5-2h，再加热至450-500℃保温煅烧1-3h，自然冷却至70℃以下时取出；(2)高岭土的插层聚合：向95％乙醇中加入二甲基丙烯酸锌、双丙酮丙烯酰胺和引发剂，并加热至回流状态保温搅拌10-30min，再加入经预处理后的高岭土，继续回流保温搅拌2-5h，离心过滤，所得滤渣用无水乙醇洗涤2次，最后于55-60℃烘箱中干燥至恒重，即得插层改性高岭土；(3)纳米氮化硅的预处理：将纳米氮化硅加热至500-550℃保温煅烧1-3h，自然冷却至100℃以下时取出；(4)纳米氮化硅的表面改性：将经预处理后的纳米氮化硅和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚充分混合，并以5-10℃/min的升温速度加热至115-125℃保温搅拌0.5-2h，再加入异氰尿酸三缩水甘油酯，继续于115-125℃保温搅拌0.5-2h，然后以5-10℃/min的降温速度冷却至0-5℃保温静置0.5-1h，所得混合物经超微粉碎机制成微粉，即得表面改性氮化硅；(5)阻燃剂的制备：向去离子水中加入插层改性高岭土、表面改性氮化硅和钛酸酯偶联剂，并加热至回流状态保温搅拌0.5-2h，所得混合物送入喷雾干燥机中，干燥所得颗粒经超微粉碎机制成微粉，即得阻燃剂。所述高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，Fe2O3低于1.0％重量，K2O和Na2O的总和低于0.5％重量。所述纳米氮化硅的平均粒度在25nm，比表面积在50m2/g。所述钛酸酯偶联剂选自异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯、异丙基三(磷酸二辛酯)钛酸酯、异丙基三(焦磷酸二辛酯)钛酸酯中的一种。所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈中的一种。本发明的有益效果是：本发明利用插层聚合法在高岭土层间经聚合生成阻燃型丙烯酸树脂，从而显著提高高岭土的阻燃性能；并利用表面改性法对纳米氮化硅进行表面改性，进而增强纳米氮化硅的阻燃性能；再利用钛酸酯偶联剂将插层改性高岭土、表面改性氮化硅融合生成阻燃剂，所制阻燃剂属于低烟无卤阻燃剂，其阻燃性能优于目前常用阻燃剂硼酸锌、氢氧化铝、氧化锑，同时保证加工所制电缆的力学性能，防止阻燃剂的大量添加降低电缆的力学性能。具体实施方式：为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。实施例1(1)高岭土的预处理：将25g高岭土先加热至150-200℃保温煅烧2h，再加热至450-500℃保温煅烧2h，自然冷却至70℃以下时取出；(2)高岭土的插层聚合：向100g95％乙醇中加入5g二甲基丙烯酸锌、3g双丙酮丙烯酰胺和0.3g引发剂偶氮二异丁腈，并加热至回流状态保温搅拌10min，再加入经预处理后的高岭土，继续回流保温搅拌2h，离心过滤，所得滤渣用无水乙醇洗涤2次，最后于55-60℃烘箱中干燥至恒重，即得插层改性高岭土；(3)纳米氮化硅的预处理：将5g纳米氮化硅加热至500-550℃保温煅烧1h，自然冷却至100℃以下时取出；(4)纳米氮化硅的表面改性：将经预处理后的纳米氮化硅和1g三羟甲基丙烷三缩水甘油醚充分混合，并以5-10℃/min的升温速度加热至115-125℃保温搅拌0.5h，再加入0.5g异氰尿酸三缩水甘油酯，继续于115-125℃保温搅拌1h，然后以5-10℃/min的降温速度冷却至0-5℃保温静置0.5h，所得混合物经超微粉碎机制成微粉，即得表面改性氮化硅；(5)阻燃剂的制备：向100g去离子水中加入插层改性高岭土、表面改性氮化硅和0.5g钛酸酯偶联剂异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯，并加热至回流状态保温搅拌1h，所得混合物送入喷雾干燥机中，干燥所得颗粒经超微粉碎机制成微粉，即得阻燃剂。其中，高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，Fe2O3低于1.0％重量，K2O和Na2O的总和低于0.5％重量；纳米氮化硅的平均粒度在25nm，比表面积在50m2/g。实施例2(1)高岭土的预处理：将30g高岭土先加热至150-200℃保温煅烧2h，再加热至450-500℃保温煅烧2h，自然冷却至70℃以下时取出；(2)高岭土的插层聚合：向100g95％乙醇中加入8g二甲基丙烯酸锌、3g双丙酮丙烯酰胺和0.5g引发剂偶氮二异丁腈，并加热至回流状态保温搅拌15min，再加入经预处理后的高岭土，继续回流保温搅拌3h，离心过滤，所得滤渣用无水乙醇洗涤2次，最后于55-60℃烘箱中干燥至恒重，即得插层改性高岭土；(3)纳米氮化硅的预处理：将10g纳米氮化硅加热至500-550℃保温煅烧2h，自然冷却至100℃以下时取出；(4)纳米氮化硅的表面改性：将经预处理后的纳米氮化硅和2g三羟甲基丙烷三缩水甘油醚充分混合，并以5-10℃/min的升温速度加热至115-125℃保温搅拌0.5h，再加入1g异氰尿酸三缩水甘油酯，继续于115-125℃保温搅拌2h，然后以5-10℃/min的降温速度冷却至0-5℃保温静置0.5h，所得混合物经超微粉碎机制成微粉，即得表面改性氮化硅；(5)阻燃剂的制备：向100g去离子水中加入插层改性高岭土、表面改性氮化硅和0.5g钛酸酯偶联剂异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯，并加热至回流状态保温搅拌1h，所得混合物送入喷雾干燥机中，干燥所得颗粒经超微粉碎机制成微粉，即得阻燃剂。其中，高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，Fe2O3低于1.0％重量，K2O和Na2O的总和低于0.5％重量；纳米氮化硅的平均粒度在25nm，比表面积在50m2/g。实施例3(1)高岭土的预处理：将35g高岭土先加热至150-200℃保温煅烧2h，再加热至450-500℃保温煅烧2h，自然冷却至70℃以下时取出；(2)高岭土的插层聚合：向100g95％乙醇中加入10g二甲基丙烯酸锌、3g双丙酮丙烯酰胺和0.5g引发剂偶氮二异丁腈，并加热至回流状态保温搅拌15min，再加入经预处理后的高岭土，继续回流保温搅拌3h，离心过滤，所得滤渣用无水乙醇洗涤2次，最后于55-60℃烘箱中干燥至恒重，即得插层改性高岭土；(3)纳米氮化硅的预处理：将10g纳米氮化硅加热至500-550℃保温煅烧2h，自然冷却至100℃以下时取出；(4)纳米氮化硅的表面改性：将经预处理后的纳米氮化硅和2g三羟甲基丙烷三缩水甘油醚充分混合，并以5-10℃/min的升温速度加热至115-125℃保温搅拌0.5h，再加入1g异氰尿酸三缩水甘油酯，继续于115-125℃保温搅拌2h，然后以5-10℃/min的降温速度冷却至0-5℃保温静置0.5h，所得混合物经超微粉碎机制成微粉，即得表面改性氮化硅；(5)阻燃剂的制备：向100g去离子水中加入插层改性高岭土、表面改性氮化硅和0.5g钛酸酯偶联剂异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯，并加热至回流状态保温搅拌1h，所得混合物送入喷雾干燥机中，干燥所得颗粒经超微粉碎机制成微粉，即得阻燃剂。其中，高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，Fe2O3低于1.0％重量，K2O和Na2O的总和低于0.5％重量；纳米氮化硅的平均粒度在25nm，比表面积在50m2/g。对照例1(1)高岭土的预处理：将35g高岭土先加热至150-200℃保温煅烧2h，再加热至450-500℃保温煅烧2h，自然冷却至70℃以下时取出；(2)高岭土的插层聚合：向100g95％乙醇中加入10g二甲基丙烯酸锌、3g双丙酮丙烯酰胺和0.5g引发剂偶氮二异丁腈，并加热至回流状态保温搅拌15min，再加入经预处理后的高岭土，继续回流保温搅拌3h，离心过滤，所得滤渣用无水乙醇洗涤2次，最后于55-60℃烘箱中干燥至恒重，即得插层改性高岭土；(3)纳米氮化硅的预处理：将10g纳米氮化硅加热至500-550℃保温煅烧2h，自然冷却至100℃以下时取出；(4)纳米氮化硅的表面改性：将经预处理后的纳米氮化硅和2g三羟甲基丙烷三缩水甘油醚充分混合，并以5-10℃/min的升温速度加热至115-125℃保温搅拌0.5h，再加入1g异氰尿酸三缩水甘油酯，继续于115-125℃保温搅拌2h，然后以5-10℃/min的降温速度冷却至0-5℃保温静置0.5h，所得混合物经超微粉碎机制成微粉，即得表面改性氮化硅；(5)阻燃剂的制备：向100g去离子水中加入插层改性高岭土、表面改性氮化硅，并加热至回流状态保温搅拌1h，所得混合物送入喷雾干燥机中，干燥所得颗粒经超微粉碎机制成微粉，即得阻燃剂。其中，高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，Fe2O3低于1.0％重量，K2O和Na2O的总和低于0.5％重量；纳米氮化硅的平均粒度在25nm，比表面积在50m2/g。对照例2(1)高岭土的预处理：将35g高岭土先加热至150-200℃保温煅烧2h，再加热至450-500℃保温煅烧2h，自然冷却至70℃以下时取出；(2)高岭土的插层聚合：向100g95％乙醇中加入10g二甲基丙烯酸锌、3g双丙酮丙烯酰胺和0.5g引发剂偶氮二异丁腈，并加热至回流状态保温搅拌15min，再加入经预处理后的高岭土，继续回流保温搅拌3h，离心过滤，所得滤渣用无水乙醇洗涤2次，最后于55-60℃烘箱中干燥至恒重，即得插层改性高岭土；(3)纳米氮化硅的预处理：将10g纳米氮化硅加热至500-550℃保温煅烧2h，自然冷却至100℃以下时取出；(4)纳米氮化硅的表面改性：将经预处理后的纳米氮化硅和2g三羟甲基丙烷三缩水甘油醚充分混合，并以5-10℃/min的升温速度加热至115-125℃保温搅拌2.5h，然后以5-10℃/min的降温速度冷却至0-5℃保温静置0.5h，所得混合物经超微粉碎机制成微粉，即得表面改性氮化硅；(5)阻燃剂的制备：向100g去离子水中加入插层改性高岭土、表面改性氮化硅和0.5g钛酸酯偶联剂异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯，并加热至回流状态保温搅拌1h，所得混合物送入喷雾干燥机中，干燥所得颗粒经超微粉碎机制成微粉，即得阻燃剂。其中，高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，Fe2O3低于1.0％重量，K2O和Na2O的总和低于0.5％重量；纳米氮化硅的平均粒度在25nm，比表面积在50m2/g。对照例3(1)高岭土的预处理：将35g高岭土先加热至150-200℃保温煅烧2h，再加热至450-500℃保温煅烧2h，自然冷却至70℃以下时取出；(2)高岭土的插层聚合：向100g95％乙醇中加入10g二甲基丙烯酸锌、3g双丙酮丙烯酰胺和0.5g引发剂偶氮二异丁腈，并加热至回流状态保温搅拌15min，再加入经预处理后的高岭土，继续回流保温搅拌3h，离心过滤，所得滤渣用无水乙醇洗涤2次，最后于55-60℃烘箱中干燥至恒重，即得插层改性高岭土；(3)纳米氮化硅的预处理：将10g纳米氮化硅加热至500-550℃保温煅烧2h，自然冷却至100℃以下时取出；(4)纳米氮化硅的表面改性：将经预处理后的纳米氮化硅，并以5-10℃/min的升温速度加热至115-125℃保温搅拌0.5h，再加入1g异氰尿酸三缩水甘油酯，继续于115-125℃保温搅拌2h，然后以5-10℃/min的降温速度冷却至0-5℃保温静置0.5h，所得混合物经超微粉碎机制成微粉，即得表面改性氮化硅；(5)阻燃剂的制备：向100g去离子水中加入插层改性高岭土、表面改性氮化硅和0.5g钛酸酯偶联剂异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯，并加热至回流状态保温搅拌1h，所得混合物送入喷雾干燥机中，干燥所得颗粒经超微粉碎机制成微粉，即得阻燃剂。其中，高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，Fe2O3低于1.0％重量，K2O和Na2O的总和低于0.5％重量；纳米氮化硅的平均粒度在25nm，比表面积在50m2/g。对照例4(1)高岭土的预处理：将35g高岭土先加热至150-200℃保温煅烧2h，再加热至450-500℃保温煅烧2h，自然冷却至70℃以下时取出；(2)高岭土的插层聚合：向100g95％乙醇中加入10g二甲基丙烯酸锌、3g双丙酮丙烯酰胺和0.5g引发剂偶氮二异丁腈，并加热至回流状态保温搅拌15min，再加入经预处理后的高岭土，继续回流保温搅拌3h，离心过滤，所得滤渣用无水乙醇洗涤2次，最后于55-60℃烘箱中干燥至恒重，即得插层改性高岭土；(3)纳米氮化硅的预处理：将10g纳米氮化硅加热至500-550℃保温煅烧2h，自然冷却至100℃以下时取出；(4)阻燃剂的制备：向100g去离子水中加入插层改性高岭土、经预处理后的纳米氮化硅和0.5g钛酸酯偶联剂异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯，并加热至回流状态保温搅拌1h，所得混合物送入喷雾干燥机中，干燥所得颗粒经超微粉碎机制成微粉，即得阻燃剂。其中，高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，Fe2O3低于1.0％重量，K2O和Na2O的总和低于0.5％重量；纳米氮化硅的平均粒度在25nm，比表面积在50m2/g。对照例5(1)高岭土的预处理：将35g高岭土先加热至150-200℃保温煅烧2h，再加热至450-500℃保温煅烧2h，自然冷却至70℃以下时取出；(2)纳米氮化硅的预处理：将10g纳米氮化硅加热至500-550℃保温煅烧2h，自然冷却至100℃以下时取出；(3)纳米氮化硅的表面改性：将经预处理后的纳米氮化硅和2g三羟甲基丙烷三缩水甘油醚充分混合，并以5-10℃/min的升温速度加热至115-125℃保温搅拌0.5h，再加入1g异氰尿酸三缩水甘油酯，继续于115-125℃保温搅拌2h，然后以5-10℃/min的降温速度冷却至0-5℃保温静置0.5h，所得混合物经超微粉碎机制成微粉，即得表面改性氮化硅；(4)阻燃剂的制备：向100g去离子水中加入经预处理后的高岭土、表面改性氮化硅和0.5g钛酸酯偶联剂异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯，并加热至回流状态保温搅拌1h，所得混合物送入喷雾干燥机中，干燥所得颗粒经超微粉碎机制成微粉，即得阻燃剂。其中，高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，Fe2O3低于1.0％重量，K2O和Na2O的总和低于0.5％重量；纳米氮化硅的平均粒度在25nm，比表面积在50m2/g。实施例4阻燃剂制备：分别利用实施例1-3、对照例1-5制备阻燃剂，并设置分别以硼酸锌、氢氧化铝、氧化锑作为阻燃剂的对照例6、对照例7、对照例8。电缆料制备：按照表1配料，将所有原料充分混合后送入双螺杆挤出机中，挤出机温度设置为一区150-160℃、二区160-170℃、三区160-180℃、四区160-180℃，机头温度170℃、转速30r/min，成型得片材。测定所制电缆料的使用性能，测定结果如表2所示。表1电缆原料配方原料用量/g原料用量/g聚合度1300～3000PVC树脂55氯化石蜡5邻苯二甲酸二异壬酯12阻燃剂5空心玻璃微粉10硬脂酸钡1.5活性碳酸钙5钙锌稳定剂1环氧大豆油5UV-5310.5表2电缆使用性能测定结果组别抗拉强度/MPa断裂伸长率/％氧指数/％烟密度(无焰)实施例12822152243实施例23222853238实施例33022555227对照例12721950251对照例22521248262对照例32220344283对照例41818739305对照例51516136336对照例62218443294对照例72517541287对照例82117841275以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。当前第1页1 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