防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材料及其制备方法

1.一种防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材料，含有聚乙烯、 改性聚乙烯、无卤阻燃剂、阻燃增效剂、其他加工助剂，其特征在 于其含量组成(重量百分比)为：聚乙烯：10-40％、改性聚乙烯： 5-20％、无卤阻燃剂：35-65％、阻燃增效剂：0.5-10％、其他助 剂：2.5-8.5％。
2.根据权利要求1所述的防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层 材料，其特征在于所述的聚乙烯为高压聚乙烯、高密度聚乙烯和/ 或线性低密度聚乙烯中的一种或几种复配组成，其熔体流动速率为 0.15～5g/min。
3.根据权利要求1所述的防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材 料，其特征在于所述的改性聚乙烯为乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙 烯-醋酸乙烯酯共聚物、三元乙丙橡胶、和/或聚烯烃与不饱和一元 酸或不饱和二元酸或顺丁烯二酸酐的极性接枝共聚物中的一种或 几种复配组成，其熔体指数为0.25～250g/10min。
4.根据权利要求3所述的防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材 料，其特征在于所述的顺丁烯二酸酐极性接枝共聚物，其具体组成 为(重量份)：
热塑性聚烯烃或热塑性弹性体：          100
极性接枝单体：                        0.5～5.0
过氧化物类引发剂：                    0.1～1.0
接枝助剂：                            0.05～0.5。
5.根据权利要求1所述的防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材 料，其特征在于所述的无卤阻燃剂为不含卤素的无机矿物类阻燃剂 包括氢氧化铝、氢氧化镁、碱式碳酸镁、碱式硫酸镁晶须和/或这些 化合物的复配物，其粉末粒度为0.1～50μm和/或直径为0.1～0.5μm、 长度小于80μm的晶须。
6.根据权利要求1所述的防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层 材料，其特征在于所述的阻燃增效剂包括红磷微胶囊母料或无卤 磷酸酯、羟基硅油、硼酸锌或氧化锌、二氧化硅或硅微粉、聚磷 酸铵和/或这些物质的复配物。
7.一种防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材料的制备方法，包 括先制备阻燃聚乙烯专用粒料，然后再制成板材，其特征在于阻燃 聚乙烯专用粒料的制备方法是先将所选的部分或全部无卤阻燃剂 按一定比例混合复配，再用部分或全部复合偶联剂在普通的高速混 合机中进行预处理，与其他余下组分一起混合均匀后采用平行双螺 杆挤出热切造粒工艺制备粒料，也可采用在密闭式的连续捏炼机中 进行捏炼，塑化均匀后，由锥形双螺杆喂料机送入大直径、小长径 比的单螺杆挤出机中，经机头模面热切粒，二级旋风分离器冷却后 包装。
8.根据权利要求7所述的防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材 料的制备方法，其特征在于高速混合机中混合时间为2～10分钟， 混合温度为50～70℃，连续捏炼机中捏炼时间为5～15分钟，捏炼 温度80～160℃，锥形双螺杆喂料机温度为110～150℃，挤出造粒 温度为120～190℃。
9.根据权利要求7所述的防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材 料的制备方法，其特征在于对制备的无卤阻燃聚乙烯粒料，采用真 空排气式单螺杆挤板工艺及设备，挤出后三辊压光制成无卤阻燃聚 乙烯卷板材，挤出板材工艺温度为130～200℃，三辊压延机温度 50～100℃，真空度为-0.02MPa以上，螺杆长径比为32以上。

技术领域\n本发明涉及一种用作新型建筑装饰材料—防火铝塑板用阻燃聚 乙烯芯层材料及其制备方法，特别是无卤低烟阻燃聚乙烯芯层材 料及其制备方法。\n背景技术\n本专利申请日前公开、使用、销售的铝塑复合板用芯层材料， 有纯聚乙烯芯层材料和含卤阻燃芯层材料两种。前者纯聚乙烯芯 层材料目前在市场上大量销售应用于普通铝塑复合板作芯层材 料，约占90％以上，但由于其氧指数仅为17.5，不阻燃，属易燃 材料，燃烧后易熔融滴落，引发火灾蔓延，故目前被公安消防部 门和建筑设计施工部门限制使用，尤其是在重要的公共场所，如 飞机场、车站、高档娱乐场所以及高档高层建筑室内外装饰等场 合，要求使用难燃或不燃级防火建筑装饰材料。后者为含卤阻燃 芯材，虽然具有一定的阻燃性，但因基体材料含卤或加入卤/锑阻 燃剂，在火灾发生时因燃烧会产生大量有毒的一氧化碳和强腐蚀 性卤化氢烟雾，造成二次污染，故用其作芯层材料生产的铝塑板 因不符合环保产业政策要求和国际上阻燃化学建材的发展方向正 逐步被淘汰。\n发明内容\n本发明所要解决的技术问题是要克服上述两种芯层材料的缺点 而提供一种无卤、低烟、阻燃、阻滴且无毒无公害化、热压粘接 强度高和板材可弯曲成卷、易于连续规模化生产的防火铝塑板用 无卤阻燃聚乙烯芯层材料及其制备方法。\n解决本发明技术问题是通过下述技术方案来实现：\n防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材料含有聚乙烯、改性聚乙 烯、无卤阻燃剂、阻燃增效剂、其他助剂等，其组成(重量百分 比)为：聚乙烯10～40％、改性聚乙烯5～20％、无卤阻燃剂35～ 65％、阻燃增效剂0.5～10％、其他助剂2.5～8.5％。\n本发明的防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材料的制备方法 为：先制备阻燃聚乙烯专用粒料，然后再制成板材。阻燃聚乙烯 专用粒料的制备方法，是先将所选的部分或全部无卤阻燃剂按一定 比例混合复配，再用部分或全部复合偶联剂在普通的高速混合机中 进行预处理，与其他余下组分一起混合均匀后采用平行双螺杆挤出 热切造粒工艺制备粒料，但最好采用在密闭式的连续捏炼机中进行 捏炼，塑化均匀后，由锥形双螺杆喂料机送入大直径、小长径比的 单螺杆挤出机中，经机头模面热切粒，二级旋风分离器冷却后包装。 制备的阻燃聚乙烯专用粒料，采用真空排气式单螺杆挤板工艺及设 备，挤出后三辊压光制成无卤阻燃聚乙烯卷板材。\n应用该材料复合生产的防火铝塑板，燃烧性能分级可达到难燃 材料B1级或不燃性A级，同时其理化性能和加工成型性能可满足 铝塑复合板的生产工艺要求。该材料具有无卤低烟、阻燃阻滴、热 压粘接强度高和板材可弯曲成卷等特性。\n本发明的材料其制备工艺独特，可以采用平行双螺杆挤出造粒 工艺，但最好采用连续捏炼+挤出+风冷热切粒工艺制备阻燃聚乙烯 专用粒料；采用真空排气式单螺杆挤板工艺及设备，制备防火铝塑 板专用阻燃聚乙烯板材。所述的制备方法，工艺条件易于控制，产 品质量稳定可靠，可实现连续自动化生产。\n具体实施方式\n本发明的防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材料中聚乙烯可以 是高压聚乙烯，高密度聚乙烯和/或线性低密度聚乙烯等中的一种 或几种复配组成，其熔体流动速率为0.15～5g/min。\n本发明的防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材料中改性聚乙烯 为乙烯—甲基丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯—醋酸乙烯酯共聚物 (EVA)、三元乙丙橡胶(EPDM)、和/或聚烯烃与不饱和一元酸或 不饱和二元酸或顺丁烯二酸酐(MAH)的极性接枝共聚物中的一种 或几种复配组成，其熔体指数为0.25～250g/10min。所述的顺丁烯 二酸酐极性接枝共聚物，其具体组成为(重量份)：\n    热塑性聚烯烃或热塑性弹性体：      100\n    极性接枝单体：                    0.5～5.0\n    过氧化物类引发剂：                0.1～1.0\n    接枝助剂：                        0.05～0.5\n本发明的防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材料中聚乙烯及 改性聚乙烯的存在，构成了整个阻燃聚乙烯材料的基体树脂。这 些树脂显著改善了阻燃剂充填所引起的材料力学性能和加工性能 的恶化，保证了本发明的铝塑板用阻燃聚乙烯芯材优良的综合性 能。\n本发明的防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材料中阻燃剂必须 是不含卤的，最好是无机矿物类阻燃剂，这些无卤阻燃剂包括水 合氧化铝、氢氧化镁、碱式碳酸镁、碱式硫酸镁晶须和/或这些化 合物的混合复配物，其粉末粒度为0.1～50μm和/或直径为 0.1～0.5μm、长度小于80μm的晶须。这些阻燃剂在200℃以上开 始吸热分解脱水，降低发热量和火焰温度，稀释助燃空气；分解 生成的金属氧化物在材料表面形成一层坚固致密的碳化层，起到 绝热防护和阻滴成碳作用，从而抑制燃烧，降低发烟量。\n本发明的防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材料中阻燃增效剂 为能增效阻燃剂功能的有机类或无机类物质，包括红磷微胶囊母 料或无卤磷酸酯、羟基硅油、硼酸锌或氧化锌、二氧化硅或硅微 粉、聚磷酸铵和/或这些物质的复配物。这些物质的存在可更好地 发挥不同阻燃剂间的协同效应，使阻燃效果更突出，阻燃剂总量 降低。\n本发明的防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材料中其他助剂包 括偶联剂、分散剂、流变剂、抗氧剂、紫外线吸收剂、交联剂或 着色剂等。其中偶联剂为能有效提高阻燃剂和聚乙烯基材间界面 相容性的物质，如钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和/ 或其中的几种复合偶联剂，具体包括KR-TTS、DL-411-D、A-174、 A-172、A-151等；分散剂与流变剂等是为改善各组分分散性和挤 出加工流动性，从而降低混合物粘度的化学物质，具体包括脂肪 酸及其酰胺或盐类、低分子量聚烯烃、有机硅酮和/或含氟类流变 剂等；抗氧剂(如1010)、紫外线吸收剂(如UV-531)、交联剂 (如DCP)、着色剂(如TiO2或炭黑)等是为有效提高材料抗热 氧老化、光老化、交联度及颜色等性能的物质。\n本发明的防火铝塑板用无卤燃聚乙烯芯层材料制备方法，包括 先制备阻燃聚乙烯专用粒料，然后再制成板材。阻燃聚乙烯专用 粒料的制备方法是先将所选的部分或全部无卤阻燃剂按一定比例 混合复配，再用部分或全部复合偶联剂在普通的高速混合机中进 行预处理，与其他余下组分一起混合均匀后采用平行双螺杆挤出 热切造粒工艺制备粒料，但最好采用在密闭式的连续捏炼机中进 行捏炼，塑化均匀后，由锥形双螺杆喂料机送入大直径、小长径 比的单螺杆挤出机中，经机头模面热切粒，二级旋风分离器冷却 后包装。将粒料用真空排气式单螺杆挤出机挤出后三辊压光成阻 燃聚乙烯卷板材。传统的造粒工艺方法为开炼或密炼后板式切粒； 或用单、双螺杆混炼挤出水冷拉条切粒，这些方法若用来制备本 材料，则不仅劳动强度大，工艺条件不易控制，阻燃剂分散不均， 产品质量无法保持稳定，或因产品吸水切粒后再干燥时，操作繁 琐，耗时耗电。依据本发明的防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层 材料的特点，本发明采用高效，洁净和工艺条件能准确控制和连 续自动化生产的平行双螺杆挤出热切造粒工艺，但最好采用连续 捏炼+挤出+风冷热切造粒工艺及设备。所制备的无卤阻燃聚乙烯 专用粒料，可以采用投资较大的双螺杆挤板工艺，更主要的是可 采用投资较低的单螺杆挤板工艺及设备，进行板材连续规模化生 产。\n本发明的防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材料与传统的含卤 聚合物芯材或卤/锑阻燃聚乙烯芯材相比，不但完全不含卤素，熔 融不滴落，而且依靠经偶联活化处理的无机矿物类阻燃剂在高温 (燃烧)环境下的吸热分解反应，生成无公害的二氧化碳气体和 起降温稀释作用的水分、以及能覆盖材料表面起阻隔作用的金属 氧化物。由于配方上采用了如上所述的特殊设计，本发明的防火 铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材料因此具有低成本、无卤低烟、 阻燃、热压粘接强度高和板材可弯曲成卷等特性，而且采用本发 明的材料复合生产防火铝塑板时，复合成型工艺性能良好，能满 足铝塑板标准及连续工业化生产线的工艺要求。\n本发明的具体实施方案由实施例给出。\n实施例配方见附表1，其具体操作步骤基本相同，即第一步按 配方全部或部分无卤阻燃剂复配后用复合偶联剂进行表面预处 理，在高速搅拌机中进行。第二步，按配方称量，与其余组分一 起混合均匀用平行双螺杆挤出热切粒工艺，但最好是加入到连续 捏炼机中在给定的工艺温度和时间下捏炼塑化；第三步，上述捏 炼塑化均匀的混合物经锥形双螺杆喂料机送入挤出造粒机组，挤 出模面热切粒；第四步，热切粒经二次旋风分离器冷却、振动筛 分检包装即制成阻燃聚乙烯粒料。所制备的阻燃PE粒料采用螺杆 长径比大于32的真空排气式单螺杆挤板机组，经三辊压光成无卤 阻燃PE卷板材。\n应用本发明制备方法中的高速搅拌机混合时间为2-10分钟， 混合温度为50-70℃；连续捏炼机中捏炼时间为5～15分钟，捏炼 温度为80-160℃，锥双喂粒机温度为110～150℃，挤出造粒温度 为120～190℃，最好为130～185℃。\n挤出板材工艺温度为130～200℃，最好为140～190℃，三辊 压延机温度50～100℃，最好为60～95℃，真空度为-0.02MPa以 上，螺杆长径比为32以上，最好不小于35。\n本发明的防火铝塑板用无卤阻燃聚乙烯芯层材料技术性能指标 为：拉伸强度为7.5～10.5MPa，弯曲强度9.5-28.5MPa，缺口冲击 强度：7.0-14.0KJ/m2，维卡软化温度为80～86℃，纵向尺寸变化率 为18～25％，180°剥离强度5.0～8.5N/mm，氧指数高达34％-42％。\n详细的性能参数见附表2\n应用本发明的无卤阻燃聚乙烯芯层材料复合生产的防火铝塑 板，燃烧性能分级可达难燃材料B1级或不燃性A级，其中：燃 烧剩余长度最小值为155-655mm，烟气温度为85～125℃，焰尖高 度为5-20mm，烟密度等级为5-65。详细的燃烧性能指标见附表3。\n                             附表1  实施例配方组成       配方组成                                       实  施  例      一       二        三       四       五       六 聚乙烯      25       28        32       30       20       10 改性聚乙烯      15       10         8        4       12       15 Mg(OH)2/AL(OH)3      40       45        50       55       58       62 硼酸锌/ZnO         5 硅微粉/镁盐晶须    5-10    0.5-5 红磷/聚磷酸铵       6         8        4 磷酸酯/羟基硅油     0-5   0.5-5     0.5-5    0.5-5      0-5      2-5 过氧化物类引发剂 0.1-0.5 0.1-0.5     0-0.5    0-0.5  0.1-0.5  0.1-0.5 复合偶联剂     1.4     1.8       2.0      2.2      2.4      2.8 流变剂 0.1-0.5 0.1-0.5   0.1-0.5  0.1-0.5  0.1-0.5  0.1-0.5 分散剂     1.5     1.8       2.0      2.2      2.4      2.8 其他   0-0.5   0-0.5     0-0.5    0-0.5    0-0.5    0-0.5\n 附表2  无卤阻燃聚乙烯芯层材料性能指标   检验项目     单位     测试方法     性能指标 拉伸屈服强度     MPa     GB1040     7.5-10.5 弯曲强度     MPa     GB1042     9.5-28.5 缺口冲击强度     KJ/m2     GB1043     7.0-14.0 维卡软化温度     ℃     GB1633     80-86 180°剥离强度 (铝-塑)     N/mm     GB/T2790     5.0-8.5 纵向尺寸 变化率     ％     GB/T2490     18-25 氧指数     ％     GB2406     34-42 比重     g/cm3     GB1033     1.28-1.48 HCL含量     mg/g     0\n   附表3  防火铝塑板燃烧性能指标     检验项目 检验方法   B1级   A级   检测指标 燃烧剩余长度最小值/mm   GB/T8625   ＞0   ≥150     155-655 燃烧剩余长度平均值/mm   GB/T8625   ≥150   ≥350     180-685 烟气温度/℃   GB/T8625   ≤200   ≤125     85-125 焰尖高度/mm   GB/T8626   ≤150   ≤150     5-20 烟密度等级   GB/T8627   ≤75   ≤15     5-65