一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料及其制备方法和运用，所述泡沫复合材料由EVA、膨胀型复配阻燃剂、发泡剂、交联剂、硬脂酸、硬脂酸锌和氧化锌混合交联发泡而成；所述的膨胀型复配阻燃剂为：以聚磷酸铵衍生物为酸源和气源，可膨胀石墨作为协效剂，木粉作为碳源，聚磷酸铵衍生物、可膨胀石墨和木粉按质量比1~4:1:3复配组成；所述的聚磷酸铵衍生物为聚磷酸铵和乙二胺反应所得。相对于传统的阻燃EVA泡沫复合材料，本发明制备的膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料具有更好的阻燃效果，氧指数为26.3%~27.6%，UL‑94等级为V‑0，燃烧残炭层更加的致密，同时具有更好的加工性能，具有广泛的社会和经济效益。

权利要求

1.一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料，其特征在于：所述泡沫复合材料的原料组成为：EVA：60 100 phr；

~

膨胀型复配阻燃剂：10 40 phr；

~

发泡剂：2 3 phr；

~

交联剂：0.5 1.5 phr；

~

硬脂酸：0.5 1 phr；

~

硬脂酸锌：0.1 0.3 phr；

~

氧化锌：0.2 0.8 phr；

~

所述的膨胀型复配阻燃剂为：以聚磷酸铵衍生物为酸源和气源，可膨胀石墨作为协效剂，木粉作为碳源，聚磷酸铵衍生物、可膨胀石墨和木粉按质量比1 4:1:3复配组成；所述的~聚磷酸铵衍生物为聚磷酸铵和乙二胺反应所得；所述的膨胀型复配阻燃剂的制备方法为：将木粉和邻苯二甲酸二辛酯按照质量比为 5:1置于高速捏合机中，搅拌10 min进行增塑处理；将聚磷酸铵衍生物、可膨胀石墨和增塑处理后的木粉置于高速捏合机中混合均匀；所述膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料的制备方法，具体步骤包括：（1）将EVA和膨胀型复配阻燃剂置于密炼机均匀密炼5 min；

（2）向步骤（1）已混合均匀的物料中加入发泡剂、交联剂、硬脂酸、硬脂酸锌和氧化锌，继续密炼10 min后出料；

（3）将步骤（2）混合好的物料趁热转移至开放式双辊筒开炼机上压制成厚度为3 5mm的~薄片，裁剪成正方形片材；

（4）将步骤（3）裁剪好的片材置于提前预热好的平板硫化机模具中进行模压发泡处理，压力、温度、发泡时间分别为10 MPa、180℃、10 min，制得膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料；

步骤（1）与步骤（2）中密炼条件为：温度为100℃，转速25 rpm。

2.根据权利要求1所述的一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料，其特征在于：所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺。

3.根据权利要求1所述的一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料，其特征在于：所述的交联剂为过氧化二异丙苯。

4.一种如权利要求1所述的膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料的应用，其特征在于：所述的复合材料应用于包装、建材、运动器材和鞋业领域。

说明书

一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)具有良好的力学、加工性能、又不缺乏柔韧性和弹性。因此被广泛的应用于包装、建材、运动器材、鞋业等领域。但由于EVA泡沫材料极易燃烧，极限氧指数仅达到18%左右，大大限制了其应用范围。因此有必要对其进行阻燃改性处理。

[0003] 阻燃剂的使用类型可分为添加型和反应型。反应型阻燃剂虽具备良好的阻燃性，但其工艺流程较为复杂，并且成本较高，不利于工业化且应用较为狭窄；添加型阻燃剂其阻燃工艺较为简单，成本较低，阻燃剂的种类也较多，应用范围较广。传统的添加型阻燃剂有卤系、重金属类，这两类阻燃剂虽阻燃效果较好，但其阻燃过程中会产生有毒有害的气体，不利于应用且污染环境。无机类阻燃剂成本较低，阻燃效果良好，但其添加量过大，并且与高分子基体的相容性较差，使得物理机械性能大大下降。膨胀型阻燃剂很好的避免有害物质，且与高分子基体有着良好的相容性，但阻燃效果还不稳定，因此，在EVA中添加膨胀型复配阻燃剂，合成一种阻燃效果稳定的膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料是很有意义的。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，本发明提供了一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料及其制备方法。所制得的泡沫复合材料具有良好的阻燃性能、加工性能和物理机械性能等优点。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料，其原料组成为：

[0007] EVA：60 100 phr；~

[0008] 膨胀型复配阻燃剂：10 40 phr；~

[0009] 发泡剂：2 3 phr；~

[0010] 交联剂：0.5 1.5 phr；~

[0011] 硬脂酸(St)：0.5 1 phr；~

[0012] 硬脂酸锌(ZnSt)：0.1 0.3 phr；~

[0013] 氧化锌(ZnO)：0.2 0.8 phr；~

[0014] 所述的膨胀型复配阻燃剂为：以聚磷酸铵衍生物(MAPP)为酸源和气源，可膨胀石墨(EG)作为协效剂，木粉(MF)作为碳源，MAPP、EG和MF按质量比1 4:1:3复配组成；所述的聚~磷酸铵衍生物(MAPP)为聚磷酸铵(APP)和乙二胺(EDA)反应所得。

[0015] 所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺(AC)。

[0016] 所述的交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)。

[0017] 所述的膨胀型复配阻燃剂的制备方法为：将木粉(MF)与邻苯二甲酸二辛酯(DOP)按照质量比为 5:1置于高速捏合机中，搅拌10 min进行增塑处理；将聚磷酸铵衍生物(MAPP)、可膨胀石墨(EG)和增塑处理后的木粉(MF)置于高速捏合机中混合均匀。

[0018] 如上所述的一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

[0019] （1）将EVA和膨胀型复配阻燃剂置于密炼机均匀密炼5 min，密炼条件为100℃、转速25 rpm/min；

[0020] （2）向步骤（1）已混合均匀的物料中加入发泡剂、交联剂、 硬脂酸、硬脂酸锌和氧化锌，继续密炼10 min后出料，密炼条件为100℃、转速25 rpm/min；

[0021] （3）将步骤（2）混合好的物料趁热转移至开放式双辊筒开炼机上压制成厚度为3~5mm的薄片，裁剪成正方形片材；

[0022] （4）将步骤（3）裁剪的片材置于提前预热好的平板硫化机模具中进行模压发泡处理，制得膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料，模压发泡处理条件为压力10 MPa、温度180℃、交流发泡10 min。

[0023] 所述的膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料应用于包装、建材、运动器材和鞋业领域。

[0024] 本发明的有益效果在于：本发明制得的膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料与传统阻燃EVA泡沫材料相比，具有更好的阻燃效果，氧指数为26.3% 27.6%， UL-94等级为V-0；、与传~统阻燃EVA泡沫材料相比，具有更好的加工性能和物理机械性能，具有广泛的市场前景和显著的社会经济效益。

附图说明

[0025] 图1为膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料和普通阻燃EVA泡沫复合材料的残炭扫描电镜图；

[0026] 图2为膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料和普通阻燃EVA泡沫复合材料的HRR曲线和THR曲线；

[0027] 图3为膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料和普通阻燃EVA泡沫复合材料的拉伸强度曲线。

具体实施方式

[0028] 以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。

[0029] 对比例

[0030] 一种EVA泡沫复合材料，其原料组成为：

[0031] EVA：80 phr；

[0032] AC：2.5 phr；

[0033] DCP：0.9 phr；

[0034] St：0.5 phr；

[0035] ZnSt：0.1 phr；

[0036] ZnO：0.5 phr；

[0037] EVA泡沫复合材料的制备步骤如下：

[0038] （1）将EVA和AC、 DCP、 St、ZnSt、ZnO，置于密炼机均匀密炼15 min，密炼条件为100℃、转速25 rpm/min；

[0039] （2）将步骤(1)混合好的物料趁热转移至开放式双辊筒开炼机上压制成厚度为4mm的薄片，裁剪成正方形片材；

[0040] （3）将步骤(2)裁剪的片材置于提前预热好的平板硫化机模具中进行模压发泡处理，制得EVA泡沫复合材料，模压发泡处理条件为压力10 MPa、温度180℃、交流发泡10 min。

[0041] 实施例1

[0042] 一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料，其原料组成为：

[0043] EVA：60 phr；

[0044] 膨胀型复配阻燃剂：10 phr；

[0045] AC：2 phr；

[0046] DCP：0.5 phr；

[0047] St：0.7 phr；

[0048] ZnSt：0.2 phr；

[0049] ZnO：0.2 phr；

[0050] 所述的膨胀型复配阻燃剂的制备方法为：APP和EDA反应制得MAPP；将MF与DOP按照质量比为 5:1置于高速捏合机中，搅拌10 min进行增塑处理；将制得的MAPP、EG和增塑处理后的MF（MAPP、EG和MF的质量比为1:1:3）置于高速捏合机中混合均匀。

[0051] 如上所述的一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

[0052] （1）将EVA和膨胀型复配阻燃剂置于密炼机均匀密炼5 min，密炼条件为100℃、转速25 rpm/min；

[0053] （2）向步骤（1）已混合均匀的物料中加入AC、 DCP、 St、ZnSt和ZnO，继续密炼10 min后出料；

[0054] （3）将步骤（2）混合好的物料趁热转移至开放式双辊筒开炼机上压制成厚度为3mm的薄片，裁剪成正方形片材；

[0055] （4）将步骤（3）裁剪的片材置于提前预热好的平板硫化机模具中进行模压发泡处理，制得膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料，模压发泡处理条件为压力10 MPa、温度180℃、交流发泡10 min。。

[0056] 实施例2

[0057] 一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料，其原料组成为：

[0058] EVA：80 phr；

[0059] 膨胀型复配阻燃剂：20 phr；

[0060] AC：2.5 phr；

[0061] DCP：0.9 phr；

[0062] St：0.5 phr；

[0063] ZnSt：0.1 phr；

[0064] ZnO：0.5 phr；

[0065] 所述的膨胀型复配阻燃剂的制备方法为：APP和EDA反应制得MAPP；将MF与DOP按照质量比为 5:1置于高速捏合机中，搅拌10 min进行增塑处理；将制得的MAPP、EG和增塑处理后的MF（MAPP、EG和MF的质量比为2:1:3）置于高速捏合机中混合均匀。

[0066] 如上所述的一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

[0067] （1）将EVA和膨胀型复配阻燃剂置于密炼机均匀密炼5 min，密炼条件为100℃、转速25 rpm/min；

[0068] （2）向步骤（1）已混合均匀的物料中加入AC、 DCP、 St、ZnSt和ZnO，继续密炼10 min后出料；

[0069] （3）将步骤（2）混合好的物料趁热转移至开放式双辊筒开炼机上压制成厚度为4mm的薄片，裁剪成正方形片材；

[0070] （4）将步骤（3）裁剪的片材置于提前预热好的平板硫化机模具中进行模压发泡处理，制得膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料，模压发泡处理条件为压力10 MPa、温度180℃、交流发泡10 min。

[0071] 实施例3

[0072] 一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料，其原料组成为：

[0073] EVA：100 phr；

[0074] 膨胀型复配阻燃剂：40 phr；

[0075] AC：3 phr；

[0076] DCP：1.5 phr；

[0077] St：1 phr；

[0078] ZnSt：0.3 phr；

[0079] ZnO：0.8 phr；

[0080] 所述的膨胀型复配阻燃剂的制备方法为：APP和EDA反应制得MAPP；将MF与DOP按照质量比为 5:1置于高速捏合机中，搅拌10 min进行增塑处理；将制得的MAPP、EG和增塑处理后的MF（MAPP、EG和MF的质量比为3:1:3）置于高速捏合机中混合均匀。

[0081] 如上所述的一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

[0082] （1）将EVA和膨胀型复配阻燃剂置于密炼机均匀密炼5 min，密炼条件为100℃、转速25 rpm/min；

[0083] （2）向步骤（1）已混合均匀的物料中加入AC、 DCP、 St、ZnSt和ZnO，继续密炼10 min后出料；

[0084] （3）将步骤（2）混合好的物料趁热转移至开放式双辊筒开炼机上压制成厚度为5mm的薄片，裁剪成正方形片材；

[0085] （4）将步骤（3）裁剪的片材置于提前预热好的平板硫化机模具中进行模压发泡处理，制得膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料，模压发泡处理条件为压力10 MPa、温度180℃、交流发泡10 min。

[0086] 实施例4

[0087] 一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料，其原料组成为：

[0088] EVA：90 phr；

[0089] 膨胀型复配阻燃剂：30 phr；

[0090] AC：2.7 phr；

[0091] DCP：1.2 phr；

[0092] St：0.8 phr；

[0093] ZnSt：0.2 phr；

[0094] ZnO：0.5 phr；

[0095] 所述的膨胀型复配阻燃剂的制备方法为：APP和EDA反应制得MAPP；将MF与DOP按照质量比为 5:1置于高速捏合机中，搅拌10 min进行增塑处理；将制得的MAPP、EG和增塑处理后的MF（MAPP、EG和MF的质量比为4:1:3）置于高速捏合机中混合均匀。

[0096] 如上所述的一种膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

[0097] （1）将EVA和膨胀复配型阻燃剂置于密炼机均匀密炼5 min，密炼条件为100℃、转速25 rpm/min；

[0098] （2）向步骤（2）已混合均匀的物料中加入AC、 DCP、 St、ZnSt和ZnO，继续密炼10 min后出料；

[0099] （3）将步骤（2）混合好的物料趁热转移至开放式双辊筒开炼机上压制成厚度为5mm的薄片，裁剪成正方形片材。

[0100] （4）将步骤（3）裁剪的片材置于提前预热好的平板硫化机模具中进行模压发泡处理，制得膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料，模压发泡处理条件为压力10 MPa、温度180℃、交流发泡10 min。

[0101] 性能测试

[0102] 表1为膨胀型阻燃泡沫复合材料的阻燃数据，从表中可以看出，与对比例相比，本发明制得的膨胀型阻燃泡沫复合材料阻燃性能明显提高，氧指数为26.3% 27.6%，明显高于~对比例的18%，UL-94等级为V-0。

[0103] 表1 膨胀型阻燃泡沫复合材料的阻燃数据

[0104]

[0105] 图1为膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料(A)和普通阻燃EVA泡沫复合材料(B)的残炭扫描电镜图。对比图A与图B，可以很明显的发现膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料燃烧后的残炭层更加的致密，较少的缺陷。致密、规整的残炭层能够有效的阻挡或减缓外部热量和氧气进入材料内部，起到隔热、隔氧的作用。所以添加膨胀型阻燃剂之后其阻燃效果较好。

[0106] 图2为膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料(A)和普通阻燃EVA泡沫复合材料(B)的HRR曲线（图2(a)）和THR曲线（图2(b)）。从图中不难发现膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料的热释放速率（HRR）较普通阻燃泡沫复合材料的热释放速率有了明显的降低，最大热释放速率的时间也有所延迟。由总释放热（THR）曲线图可见，膨胀型阻燃泡沫复合材料的总释放量较小。可见膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料有着良好的阻燃效果。

[0107] 图3为膨胀型阻燃泡沫复合材料(A)和普通阻燃泡沫复合材料(B)的拉伸强度曲线。由图可见，阻燃剂添加量相同时，膨胀型阻燃泡沫复合材料具有更好的拉伸强度，这是因为阻燃剂与材料的相容性更好。

[0108] 本发明提供的膨胀型阻燃EVA泡沫复合材料可以被广泛应用于包装、建材、运动器材、鞋业等领域。

[0109] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。