一种防火型聚氯乙烯材料及其制备方法和电缆护管与流程

本技术涉及电路输送设备的，更具体地说，它涉及一种防火型聚氯乙烯材料及其制备方法和电缆护管。

背景技术：

1、随着全球经济的迅猛发展及人类环保意识的增强，各领域对电线电缆的质量和性能的要求也越来越高，特别是线缆的安全问题越来越受到人们关注。

2、其中，由于线缆需要安装在户外，因此，线缆需要长时间受到阳光的照射，从而引起线缆发生老化降解，从而导致线缆表面容易产业开裂。另外，随着火灾事故的频繁发生，人们对电线电缆防火性能的要求也越来越高。

3、因此，目前亟需一种兼具优良的耐老化性能及阻燃性能的聚氯乙烯电缆护管。

技术实现思路

1、为了改善聚氯乙烯电缆护管难以兼具优良的耐老化性能及阻燃性能的缺陷，本技术提供一种防火型聚氯乙烯材料及其制备方法和电缆护管。

2、第一方面，本技术提供一种防火型聚氯乙烯材料，采用如下的技术方案：

3、一种防火型聚氯乙烯材料，包括以下重量份的原料：90-110份聚氯乙烯、10-20份相容剂、8-15份聚磷酸铵及5-8份抗紫外老化添加剂，所述抗紫外老化添加剂为n,n"-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺与金属氢氧化物的混合物。

4、聚磷酸铵是一种酸源、碳源及气源并用的膨胀型阻燃剂，其具有无毒、无味，不产生腐蚀性气体、吸湿性小、热稳定性高等特点。

5、聚磷酸铵的阻燃机理在于，聚磷酸铵受热脱水后生成聚磷酸强脱水剂，聚磷酸强脱水剂促使有机物表面脱水生成碳化物，加之生成的非挥发性磷的氧化物及聚磷酸对基材表面进行覆盖，从而通过隔绝空气的方式达到阻燃效果。

6、另外，由于聚磷酸铵中还含有氮元素，从而促使聚磷酸铵受热分解可以放出n2、nh3等气体，这些气体不易燃烧，阻断了氧的供应，实现了阻燃增效和协同效应的目的。同时它的增效和协同作用使该阻燃剂不仅具有良好的阻燃性能，而且还具有发烟量少，不产生有毒气体及具有自熄性等特点。

7、但是，由于聚磷酸铵具有一定的弱酸性，而n,n"-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺属于受阻酚型抗紫外老化剂，而受阻酚型抗紫外老化剂的效能在酸性环境下极易恶化，从而导致防火型聚氯乙烯材料的耐紫外线老化性能明显下降。

8、而由于金属氢氧化物中含有氢氧根，从而当抗紫外老化添加剂中添加有金属氢氧化物时，金属氢氧化物中的氢氧根可以对多余的酸根离子进行中和，有效改善酸性环境对n,n"-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺抗紫外老化性能的影响。

9、另外，金属氢氧化物中的金属阳离子可以促进聚磷酸交联形成隔热性能更好的炭层机构，同时金属阳离子还可以提高聚氯乙烯材料的热稳定性，降低聚氯乙烯材料的最大热释放速率。而且金属氢氧化物的燃烧可以释放不可燃的水蒸气，从而冷却固相并发挥阻燃作用。

10、优选的，所述金属氢氧化物中含有二氧化钛纳米管、锌离子、镁离子、铝离子、碳酸根中的几种。

11、优选的，所述金属氢氧化物中含有二氧化钛纳米管、锌离子、镁离子、铝离子、碳酸根。

12、二氧化钛纳米管具有高折光性和高光活性，而且由于二氧化钛纳米管的电子结构是由价电子带和空轨道形成的传导带构成的，因此，当其受紫外线照射时，紫外线将以热量或产生荧光的形式释放能量。

13、另外，二氧化钛纳米管可以在聚合物热降解过程中为体系的成炭过程提供骨架支撑作用，有利于体系形成更为稳定致密的炭层结构，加强膨胀炭层对聚合物与热源以及氧气的阻隔效果，延缓聚合物进一步燃烧过程，提高膨胀阻体系的阻燃效果。

14、当金属氢氧化物中还含有锌离子、镁离子、铝离子时，金属氢氧化物中将形成层状无机三金属水滑石-掺杂二氧化钛纳米管结构，从而当金属氢氧化物燃烧时，水滑石层间自由水受热分解，并带走一部分热量。连续加热中，碳酸根受热分解成二氧化碳，和水蒸气一起逸出并带走热量，同时稀释氧气浓度。而且，上述金属离子可以提高聚氯乙烯的热稳定性并降低热释放速率，间接改善聚氯乙烯的阻燃性能。

15、另外，由于层状无机三金属水滑石结构的存在，n,n"-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺分子可以引入至水滑石层间，有效增加有机分子的稳定性，间接提高防火型聚氯乙烯的耐紫外老化性能。而且，含镁、锌、铝的水滑石本身也具有紫外线屏蔽和紫外线吸收性能，从而进一步提高防火型聚氯乙烯的耐紫外老化性能。

16、优选的，所述金属氢氧化物的制备方法包括以下步骤：

17、s1、将二氧化钛纳米管、硝酸锌、硝酸镁、硝酸铝进行混合，随后加水配成金属盐溶液；

18、s2、将水加热至70-80℃，随后逐步滴加金属盐溶液及氢氧化钠-碳酸钠水溶液，之后搅拌混合，于90-100℃下晶化24-48h，最后冷却过滤干燥得到金属氢氧化物。

19、当采用s2中的温度进行晶化处理时，金属氢氧化物的形成可以更为快速且稳定。

20、优选的，所述二氧化钛纳米管、硝酸锌、硝酸镁、硝酸铝的质量比例为(1.2-1.6)：(0.4-0.8)：1:1。

21、当二氧化钛纳米管、硝酸锌、硝酸镁、硝酸铝采用上述质量比例时，制备得到的金属氢氧化物对防火型聚氯乙烯的阻燃性能和耐紫外老化性能的提升效果更为优良。

22、优选的，所述n,n"-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺与金属氢氧化物的质量比例为(2-4)：1。

23、当n,n"-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺与金属氢氧化物采用上述质量比例时，制备得到的防火型聚氯乙烯具有更为优良的阻燃性能及耐紫外老化性能。

24、优选的，所述防火型聚氯乙烯材料还包括1-2份氨基三亚甲基磷酸。

25、氨基三亚甲基磷酸是一种含氮的磷酸，且氨基三亚甲基磷酸对金属阳离子具有强大的络合能力，因此氨基三亚甲基磷酸可以与金属氢氧化物中析出的金属阳离子配合形成氨基三亚甲基磷酸盐，从而在或者氮磷协同阻燃的同时，提高防火型聚氯乙烯自身的热稳定性，还减少游离金属离子对防火型聚氯乙烯的影响。另外，由于氨基三亚甲基磷酸的添加量相对较小，因此，氨基三亚甲基磷酸对防火型聚氯乙烯的ph值影响相对较小。

26、优选的，所述相容剂为聚硅氧烷偶联剂及钛酸酯偶联剂的混合物，且聚硅氧烷偶联剂及钛酸酯偶联剂的质量比例为(1-3)：1。

27、由于金属氢氧化物中含有二氧化钛，而钛酸酯实际上属于钛的烷氧化物，因此钛酸酯可以更为稳定的连接于金属氢氧化物上，有效减少钛酸酯发生物理损失或者抽出的可能性。而聚硅氧烷偶联剂中的有机基团可以负载于钛酸酯上，从而有效防止有机基团物理迁移或挥发损失。

28、而当钛酸酯偶联剂与聚硅氧烷偶联剂协同使用时，防火型聚氯乙烯中的各组分与聚氯乙烯基体之间的相容性更为优良，从而进一步提升防火型聚氯乙烯的阻燃性能和耐紫外老化性能。

29、第二方面，本技术提供一种防火型聚氯乙烯材料的制备方法，采用如下的技术方案：

30、一种防火型聚氯乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

31、将聚氯乙烯、相容剂、聚磷酸铵及抗紫外老化添加剂进行混合搅拌，之后进行挤出造粒，得到防火型聚氯乙烯材料。

32、第三方面，本技术提供一种电缆护套，采用如下的技术方案：

33、一种电缆护套，由上述防火型聚氯乙烯材料制成。

34、综上所述，本技术具有以下有益效果：

35、1、由于聚磷酸铵具有一定的弱酸性，而n,n"-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺属于受阻酚型抗紫外老化剂，而受阻酚型抗紫外老化剂的效能在酸性环境下极易恶化，从而导致防火型聚氯乙烯材料的耐紫外线老化性能明显下降。

36、由于金属氢氧化物中含有氢氧根，从而当抗紫外老化添加剂中添加有金属氢氧化物时，金属氢氧化物中的氢氧根可以对多余的酸根离子进行中和，有效改善酸性环境对n,n"-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺抗紫外老化性能的影响。

37、2、金属氢氧化物中的金属阳离子可以促进聚磷酸交联形成隔热性能更好的炭层机构，同时金属阳离子还可以提高聚氯乙烯材料的热稳定性，降低聚氯乙烯材料的最大热释放速率。而且金属氢氧化物的燃烧可以释放不可燃的水蒸气，从而冷却固相并发挥阻燃作用。

38、3、二氧化钛纳米管可以在聚合物热降解过程中为体系的成炭过程提供骨架支撑作用，有利于体系形成更为稳定致密的炭层结构，加强膨胀炭层对聚合物与热源以及氧气的阻隔效果，延缓聚合物进一步燃烧过程，提高膨胀阻体系的阻燃效果。

39、4、当金属氢氧化物中还含有锌离子、镁离子、铝离子时，金属氢氧化物中将形成层状无机三金属水滑石-掺杂二氧化钛纳米管结构，从而当金属氢氧化物燃烧时，水滑石层间自由水受热分解，并带走一部分热量。连续加热中，碳酸根受热分解成二氧化碳，和水蒸气一起逸出并带走热量，同时稀释氧气浓度。而且，上述金属离子可以提高聚氯乙烯的热稳定性并降低热释放速率，间接改善聚氯乙烯的阻燃性能。

40、5、由于层状无机三金属水滑石结构的存在，n,n"-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺分子可以引入至水滑石层间，有效增加有机分子的稳定性，间接提高防火型聚氯乙烯的耐紫外老化性能。而且，含镁、锌、铝的水滑石本身也具有紫外线屏蔽和紫外线吸收性能，从而进一步提高防火型聚氯乙烯的耐紫外老化性能。

41、6、氨基三亚甲基磷酸是一种含氮的磷酸，且氨基三亚甲基磷酸对金属阳离子具有强大的络合能力，因此氨基三亚甲基磷酸可以与金属氢氧化物中析出的金属阳离子配合形成氨基三亚甲基磷酸盐，从而在或者氮磷协同阻燃的同时，提高防火型聚氯乙烯自身的热稳定性，还减少游离金属离子对防火型聚氯乙烯的影响。