阻燃软质聚氯乙烯电线电缆料及其制备方法与流程

本发明涉及电线电缆领域，具体涉及阻燃软质聚氯乙烯电线电缆料及其制备方法。

背景技术：

1、电线电缆作为电力传输与信号沟通的核心载体，广泛应用于建筑、交通、工业等领域，其安全性直接关乎生命财产安全。当前软质聚氯乙烯因成本低、加工性好、绝缘性能优异，成为用量最大的电缆护套及绝缘材料。但普通软质聚氯乙烯存在显著的易燃缺陷，属易燃材料，一旦遭遇火灾，阻燃性能不佳的电缆不仅无法阻断火势，反而会因自身燃烧助长火焰蔓延，更为致命的是，聚氯乙烯在燃烧或高温分解时会释放大量氯化氢等有毒腐蚀性气体及浓烟，这不仅会导致人员中毒窒息，还会严重腐蚀精密电子设备，造成巨大的次生灾害。

2、因此，解决软质聚氯乙烯电缆料的易燃问题，是行业亟待突破的技术瓶颈，故此，开发一种阻燃软质聚氯乙烯电线电缆料及其制备方法具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供阻燃软质聚氯乙烯电线电缆料及其制备方法，解决了现有的软质聚氯乙烯电线电缆料的阻燃性能不佳，一旦遭遇火灾，易于造成严重的人员伤亡和财产损失风险，限制了其在对防火有严苛要求的恶劣环境的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本技术提供了阻燃软质聚氯乙烯电线电缆料，包括以下重量份组分：

4、聚氯乙烯树脂100-110份、稳定剂10-15份、pvc加工改性剂1-3份、pvc抗冲改性剂6-8份、增塑剂20-25份、磷氮复合物3-7份、改性可膨胀石墨3-11份以及膦酸铜螯合物1-5份；

5、其中，所述磷氮复合物由以下步骤制备得到：

6、步骤a1：将dopo、马来酸酐以及四氢呋喃加入至安装有搅拌器、温度计、回流冷凝管以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为20-25℃、搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应20-30min，之后升温至50-55℃的条件下继续搅拌反应5-7h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后旋转蒸发去除溶剂，得到dopo基酸酐；

7、步骤a2：将dopo基酸酐、三（3-氨基丙基）胺、n，n'-二异丙基碳二亚胺以及甲苯加入至安装有搅拌器、温度计、回流冷凝管以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为20-25℃、搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应20-30min，之后升温至100-105℃的条件下继续搅拌反应5-7h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后旋转蒸发去除溶剂，之后用蒸馏水洗涤2-3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为60-70℃的条件下干燥2-4h，得到磷氮复合物。

8、作为本发明的一种优选实施方式，步骤a1中的所述dopo、马来酸酐以及四氢呋喃的用量比为20mmol：20mmol：30-40ml。

9、作为本发明的一种优选实施方式，步骤a2中的所述dopo基酸酐、三（3-氨基丙基）胺、n，n'-二异丙基碳二亚胺以及甲苯的用量比为30mmol：20mmol：0.03-0.05g：100-110ml。

10、作为本发明的一种优选实施方式，步骤a2中的所述改性可膨胀石墨由以下步骤制备得到：

11、步骤b1：将硅烷偶联剂kh-550、乙醇以及去离子水加入至安装有搅拌器、温度计、回流冷凝管以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为20-25℃、搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应10-20min，之后用氨水调节至ph为9-10继续搅拌反应1-2h，之后加入可膨胀石墨并升温至70-75℃的条件下继续搅拌反应10-15h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后离心，将沉淀物用蒸馏水洗涤2-3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为60-70℃的条件下干燥2-3h，得到氨基化可膨胀石墨；

12、步骤b2：将氨基化可膨胀石墨、n，n-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计、回流冷凝管以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为20-25℃、搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应30-40min，之后加入异氰尿酸三缩水甘油酯继续搅拌反应20-30min，之后升温至120-125℃的条件下继续搅拌反应8-10h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后离心，将沉淀物依次用乙醇、蒸馏水洗涤2-3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为30-40℃的条件下干燥3-5h，得到改性可膨胀石墨。

13、作为本发明的一种优选实施方式，步骤b1中的所述硅烷偶联剂kh-550、乙醇、去离子水以及可膨胀石墨的用量比为3-9g：100-110ml：15-20ml：3g。

14、作为本发明的一种优选实施方式，步骤b1中的所述可膨胀石墨的平均粒径为150-200目；所述氨水的质量分数为8-10%。

15、作为本发明的一种优选实施方式，步骤b2中的所述氨基化可膨胀石墨、n，n-二甲基甲酰胺以及异氰尿酸三缩水甘油酯的用量比为0.5g：50-60ml：2-4g。

16、作为本发明的一种优选实施方式，所述膦酸铜螯合物由以下步骤制备得到：

17、将氨基三亚甲基膦酸、五水合硫酸铜、去离子水以及乙醇加入至安装有搅拌器、温度计、回流冷凝管以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为20-25℃、搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应20-30min，之后升温至40-45℃的条件下继续搅拌反应2-3h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后离心，将沉淀物用蒸馏水洗涤2-3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为70-80℃的条件下干燥2-4h，得到膦酸铜螯合物。

18、作为本发明的一种优选实施方式，所述氨基三亚甲基膦酸、五水合硫酸铜、去离子水以及乙醇的用量比为20mmol：30mmol：100-110ml：20-25ml。

19、第二方面，本技术提供了阻燃软质聚氯乙烯电线电缆料的制备方法，包括以下步骤：

20、步骤一：按照重量份称取聚氯乙烯树脂100-110份、稳定剂10-15份、pvc加工改性剂1-3份、pvc抗冲改性剂6-8份、增塑剂20-25份、磷氮复合物3-7份、改性可膨胀石墨3-11份以及膦酸铜螯合物1-5份，备用；

21、步骤二：将聚氯乙烯树脂、稳定剂、pvc加工改性剂、pvc抗冲改性剂、增塑剂、磷氮复合物、改性可膨胀石墨以及膦酸铜螯合物加入至密炼机中，在温度为150-160℃的条件下密炼3-5min，之后加入至单螺杆挤出机中，在转速为30-50r/min、一区温度为165℃、二区温度为160℃、三区温度为160℃、四区温度为170℃、模头温度为170℃的条件下熔融挤出，之后冷却造粒，得到阻燃软质聚氯乙烯电线电缆料。

22、作为本发明的一种优选实施方式，所述聚氯乙烯树脂为pvc sg-5。

23、作为本发明的一种优选实施方式，所述稳定剂为钙锌复合热稳定剂cz-2756。

24、作为本发明的一种优选实施方式，所述pvc加工改性剂为pvc加工改性剂acr-401。

25、作为本发明的一种优选实施方式，所述pvc抗冲改性剂为cpe-135a。

26、作为本发明的一种优选实施方式，所述增塑剂为对苯二甲酸二辛酯。

27、本发明的有益效果：

28、本发明的阻燃软质聚氯乙烯电线电缆料及其制备方法，通过将聚氯乙烯树脂、稳定剂、pvc加工改性剂、pvc抗冲改性剂、增塑剂、磷氮复合物、改性可膨胀石墨以及膦酸铜螯合物加入至密炼机中进行密炼，之后加入至单螺杆挤出机中进行熔融挤出，之后冷却造粒，得到阻燃软质聚氯乙烯电线电缆料；该电线电缆料以聚氯乙烯为主要原料，向其中添加磷氮复合物、改性可膨胀石墨以及膦酸铜螯合物形成阻燃协效体系，显著提升了电线电缆料的极限氧指数和阻燃等级，实现了优异的阻燃性能，在遇火瞬间，电线电缆料表面能迅速形成致密炭层，有效隔热隔氧，抑制火焰蔓延，极大降低了火灾风险，减少了火灾中的人员伤亡和财产损失风险，适用于对防火有严苛要求的恶劣环境，具有极高的市场推广价值。

29、制备阻燃软质聚氯乙烯电线电缆料的过程中首先制备了一种磷氮复合物，利用dopo上的p-h与马来酸酐上的烯基发生反应，从而将dopo结构引入马来酸酐的分子结构中，得到dopo基酸酐，利用dopo基酸酐上的酸酐与三（3-氨基丙基）胺上的氨基发生反应，形成大量的酰胺键，得到磷氮复合物；该磷氮复合物的分子结构上含有大量的有机磷和有机氮，有机磷受热分解会释放出酸性物质，促使炭层形成，还能释放磷氧自由基和氢磷氧自由基，能够高效捕获高活性自由基来中断燃烧链式反应，有机氮受热分解生成大量不燃气体，稀释燃烧区域的氧气和可燃性气体，从而达到阻燃的效果，两者协同作用下赋予其优异的阻燃性能。

30、制备阻燃软质聚氯乙烯电线电缆料的过程中还制备了一种改性可膨胀石墨，利用硅烷偶联剂kh-550对可膨胀石墨进行改性，提升其分散性的同时向其表面接枝大量的氨基，得到氨基化可膨胀石墨，利用异氰尿酸三缩水甘油酯对氨基化可膨胀石墨进行改性，向可膨胀石墨的表面引入大量的有机氮和环氧基团；可膨胀石墨经过改性后能够均匀分散于聚氯乙烯基体中，还利用环氧基团与其他成分中的活性基团进行反应，实现化学键连接，避免脱落和位置偏移，可膨胀石墨受热分解后能够形成疏松多孔的蠕虫状炭层并覆盖于基材表面，进行隔绝可燃气体和氧气，并利用有机氮受热分解生成大量不燃气体实现稀释效果，从而达到优良的阻燃性能。

31、制备阻燃软质聚氯乙烯电线电缆料的过程中还制备了一种改性可膨胀石墨，利用氨基三亚甲基膦酸、五水合硫酸铜反应，形成螯合物，得到膦酸铜螯合物；该膦酸铜螯合物在受热时分解，能够释放酸类物质，催化基体发生脱水、碳化，铜离子能够作为高效催化剂，显著降低成炭温度，促进形成‌高热稳定性、致密连续的炭层‌，进而有效隔绝热量、氧气与可燃气体的扩散，起到良好的阻燃效果。