一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，包括如下重量份数的组分：聚烯烃树脂100份；相容剂10‑20份；氢氧化物阻燃剂115‑145份；纳米阻燃剂28‑56份；硅系阻燃增效剂4‑8份；光敏剂5‑7份；助交联剂2‑4份；抗氧剂0.5‑1.5份；润滑剂1‑3份；色素炭黑0.5‑1.0份；纳米阻燃剂为蒙脱土和二茂铁的复合物或蒙脱土。本发明将纳米阻燃技术应用于材料中，结合了纳米增效和紫外光交联技术；聚合物与纳米阻燃剂粒子之间的界面面积非常大，且界面间存在基材与无机填料间的化学结合，具有理想的粘结性能，可消除无机物与聚合物基体两种物质热膨胀系数不匹配问题，使得所得电缆料具有阻燃，较低的热释放总量，同时具有可紫外光交联的优点，熔融出条线面光滑，挤出表面良好。

权利要求

1.一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其特征在于，包括如下重量份数的组分：

聚烯烃树脂          100份；

相容剂              10‑20份；

氢氧化物阻燃剂      115‑145份；

纳米阻燃剂          28‑56份；

硅系阻燃增效剂      4‑8份；

光敏剂              5‑7份；

助交联剂            2‑4份；

抗氧剂              0.5‑1.5份；

润滑剂              1‑3份；

色素炭黑            0.5‑1.0份；

所述纳米阻燃剂为蒙脱土和二茂铁的复合物或蒙脱土；

所述光敏剂为光敏剂1173、光敏剂TPO和光敏剂ITX三者的复配。

2.根据权利要求1所述紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其特征在于：所述纳米阻燃剂为蒙脱土和二茂铁，且所述蒙脱土和所述二茂铁的质量份数的比例为2.5‑4:1。

3.根据权利要求1所述紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其特征在于：所述色素炭黑为选自枣庄鑫源化工油墨UV固化炭黑XY‑100、XY‑230和XY‑880中的一种。

4.根据权利要求1所述紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其特征在于：所述聚烯烃为VA含量18%的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、VA含量28%的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物和茂金属线性低密度聚乙烯的混合物。

5.根据权利要求1所述紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其特征在于：所述相容剂为选自马来酸酐接枝的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物和马来酸酐接枝聚乙烯中的一种。

6.根据权利要求1所述紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其特征在于：所述氢氧化物阻燃剂为氢氧化铝，所述硅系阻燃增效剂为聚二甲基硅氧烷和硅酮母粒。

7.根据权利要求1所述紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂DLTP，所述润滑剂为选自4000分子量聚乙烯蜡和EVA蜡。

8.根据权利要求1所述紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其特征在于：所述助交联剂为三烯丙基异氰尿酸酯。

9.根据权利要求1‑8中任一所述紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其特征在于，它包括如下步骤：

(a)称取配方量的聚烯烃树脂、相容剂、氢氧化物阻燃剂、纳米阻燃剂、润滑剂和抗氧剂加入高速混合机中，在30～50转/分钟的条件下混合3‑5分钟，再加入配方量的硅系阻燃增效剂、光敏剂和助交联剂在上述低转速下混合5～10分钟，最后加入配方量的色素炭黑继续混合3～5分钟得混合物；

(b)将所述混合物料投入料仓，由料仓进入双螺杆挤出机进行挤出造粒，所述双螺杆挤出机长径比为不低于35:1；所述双螺杆挤出机机身各段温度依次为：120℃～125℃、120℃～130℃、130℃～135℃、135℃～140℃、140℃～145℃、145℃～150℃，机头温度为150℃。

说明书

一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 以数字统计为例，全国平均每17秒就会发生一起火灾，特别是人工合成聚合物的使用大大加剧了燃烧造成的火灾危险和伤害。而火灾死亡事故中，80％左右死于有毒气体
和烟的窒息，低烟无卤材料应运而生。电线电缆行业对阻燃方面的要求特别突出，相关部门
已经明确规定在公共场合必须使用LSZH电缆料。同时在推进建筑物内部电线、电话电缆以
及数据电缆的无卤化。虽然低烟无卤阻燃聚烯烃具有较好的阻燃性能同时发烟小，燃烧不
释放毒害气体，但其缺点是力学性能和热变形温度低，难以满足某些场合的要求。而交联则
是一种可以提高力学性能和热变形温度的办法。目前常用的交联方法主要有过氧化物交
联，硅烷交联，辐射交联和紫外光交联。其中电子束交联和紫外交联更是被誉为“5E”技术。

[0003] 辐射交联虽然生产效率高，成本低，且在交联过程中无需另外添加交联助剂，保持了材料的清洁和材料的电性能，但其缺点是一次性投资大，且在运行中存在安全防护问题。
紫外光(UV)固化是20世纪60年代出现的一种材料表面处理的先进技术，它与电子束(EB)固
化统称为辐照交联技术。光固化技术是一种高效、环保、节能、优质的材料表面处理技术，被
誉为面向21世纪绿色工业的新技术。随着聚烯烃光交联理论和应用研究的深入，瞿保均等
将紫外光交联技术首次应用于电线电缆工业，研制了一系列电线电缆新产品。与其他交联
方法相比，紫外光交联技术具有独特的优点。其设备投资费用低，操作防护简单。辐照过程
中基本不破坏聚烯烃的C‑C键，对聚烯烃的辐射损伤小，聚烯烃紫外光交联技术越来越受到
人们的重视。

[0004] 紫外光交联技术应用于无卤阻燃电缆料时，由于颜色众多，这就需要解决不同颜色紫外光区吸收波长有差异，色粉不同对紫外光的屏蔽效应也不相同的问题。尤其是黑色
颜料在紫外‑可见波段内透过率很低，几乎没有明显的“透过窗口”；此外，低烟无卤阻燃电
缆料中的大量填料一定程度上也影响体系交联效率。

发明内容

[0005] 本发明针对上述现有技术存在的缺陷，提供了一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料及其制备方法，用于克服黑色低烟无卤电缆材料的紫外光交联效率低的技术难
点。

[0006] 本发明的第一个目的在于提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，包括如下重量份数的组分：

[0007]

[0008] 所述纳米阻燃剂为蒙脱土和二茂铁的复合物或蒙脱土。

[0009] 具体地，所述纳米阻燃剂为蒙脱土和二茂铁，且所述蒙脱土和所述二茂铁的质量份数的比例为2.5‑4:1。

[0010] 具体地，所述光敏剂为光敏剂1173、光敏剂TPO和光敏剂ITX三者的复配。

[0011] 优选地，所述光敏剂1173、所述光敏剂TPO和所述光敏剂ITX三者之间的质量份数比为1:1‑2:1。

[0012] 具体地，所述色素炭黑为选自枣庄鑫源化工油墨UV固化炭黑XY‑100、XY‑230和XY‑880中的一种。

[0013] 具体地，所述聚烯烃为VA含量18％的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、VA含量28％的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物和茂金属线性低密度聚乙烯的混合物。

[0014] 优选地，所述VA含量18％的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、VA含量28％的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物和所述茂金属线性低密度聚乙烯的重量份数配比为1.2‑1.8:1:1。

[0015] 具体地，所述相容剂为选自马来酸酐接枝的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物和马来酸酐接枝聚乙烯中的一种。

[0016] 具体地，所述氢氧化物阻燃剂为氢氧化铝，所述硅系阻燃增效剂为聚二甲基硅氧烷和硅酮母粒。

[0017] 优选地，所述聚二甲基硅氧烷和硅酮母粒的重量份数配比为1‑2:1。

[0018] 具体地，所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂DLTP。

[0019] 优选地，抗氧剂1010和抗氧剂DLTP的重量份数配比为0.8‑1.2:1。

[0020] 具体地，所述润滑剂为选自4000分子量聚乙烯蜡和EVA蜡。

[0021] 优选地，所述4000分子量聚乙烯蜡和EVA蜡的重量份数配比为0.8‑1.2:1。

[0022] 具体地，所述助交联剂为三烯丙基异氰尿酸酯。

[0023] 本发明的第二个目的在于提供一种上述紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料的制备方法，它包括如下步骤：

[0024] (a)称取配方量的聚烯烃树脂、相容剂、氢氧化物阻燃剂、纳米阻燃剂、润滑剂和抗氧剂加入高速混合机中，在30～50转/分钟的条件下混合3‑5分钟，再加入配方量的硅系阻
燃增效剂、光敏剂和助交联剂在上述低转速下混合5～10分钟，最后加入配方量的色素炭黑
继续混合3～5分钟得混合物；

[0025] (b)将所述混合物料投入料仓，由料仓进入双螺杆挤出机进行挤出造粒，所述双螺杆挤出机长径比为不低于35:1；所述双螺杆挤出机机身各段温度依次为：120℃～125℃、
120℃～130℃、130℃～135℃、135℃～140℃、140℃～145℃、145℃～150℃，机头温度为
150℃。

[0026] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明将纳米阻燃技术应用于紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料中，结合了纳米增效和紫外光交联技
术；纳米阻燃剂具有无可比拟的优点，聚合物与纳米阻燃剂粒子之间的界面面积非常大，且
界面间存在基材与无机填料间的化学结合，具有理想的粘结性能，可消除无机物与聚合物
基体两种物质热膨胀系数不匹配问题，使得所得电缆料具有阻燃，较低的热释放总量，同时
具有可紫外光交联的优点，熔融出条线面光滑，挤出表面良好。

具体实施方式

[0027] 下面对本发明优选实施方案进行详细说明。

[0028] 本发明提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，包括如下重量份数的组分：

[0029]

[0030]

[0031] 纳米阻燃剂为蒙脱土和二茂铁的复合物或蒙脱土。优选地，纳米阻燃剂为蒙脱土和二茂铁，且蒙脱土和二茂铁的质量份数的比例为2.5‑4:1。

[0032] 光敏剂为光敏剂1173光敏剂TPO和光敏剂ITX三者的复配。优选地，光敏剂1173、光敏剂TPO和光敏剂ITX三者之间的质量份数比为1:1‑2:1。

[0033] 色素炭黑为选自枣庄鑫源化工油墨UV固化炭黑XY‑100、XY‑230和XY‑880中的一种。

[0034] 聚烯烃为VA含量18％的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、VA含量28％的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物和茂金属线性低密度聚乙烯的混合物。VA含量18％的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、VA含
量28％的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物和茂金属线性低密度聚乙烯的重量份数配比为1.2‑1.8:
1:1。

[0035] 相容剂为选自马来酸酐接枝的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物和马来酸酐接枝聚乙烯中的一种。

[0036] 氢氧化物阻燃剂为氢氧化铝，硅系阻燃增效剂为聚二甲基硅氧烷和硅酮母粒。

[0037] 聚二甲基硅氧烷和硅酮母粒的重量份数配比为1‑2:1。

[0038] 抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂DLTP。抗氧剂1010和抗氧剂DLTP的重量份数配比为0.8‑1.2:1。

[0039] 润滑剂为选自4000分子量聚乙烯蜡和EVA蜡。4000分子量聚乙烯蜡和EVA蜡的重量份数配比为0.8‑1.2:1。

[0040] 助交联剂为三烯丙基异氰尿酸酯。

[0041] 本发明还提供一种上述紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料的制备方法，它包括如下步骤：

[0042] (a)称取配方量的聚烯烃树脂、相容剂、氢氧化物阻燃剂、纳米阻燃剂、润滑剂和抗氧剂加入高速混合机中，在30～50转/分钟的条件下混合3‑5分钟，再加入配方量的硅系阻
燃增效剂、光敏剂和助交联剂在上述低转速下混合5～10分钟，最后加入配方量的色素炭黑
继续混合3～5分钟得混合物；

[0043] (b)将混合物料投入料仓，由料仓进入双螺杆挤出机进行挤出造粒，双螺杆挤出机长径比为不低于35:1；双螺杆挤出机机身各段温度依次为：120℃～125℃、120℃～130℃、
130℃～135℃、135℃～140℃、140℃～145℃、145℃～150℃，机头温度为150℃。

[0044] 下面对本发明优选实施方案进行详细说明。

[0045] 实施例1提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其包括如下重量份数的组分：

[0046] 聚烯烃树脂100份；(VA含量18％的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、VA含量28％的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、茂金属线性低密度聚乙烯的质量比为1.5:1:1)

[0047] 相容剂15份；(马来酸酐接枝乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物)

[0048] 氢氧化物阻燃剂115份；(氢氧化铝)

[0049] 纳米阻燃剂56份；(蒙脱土与二茂铁的质量比为4:1)，

[0050] 硅系阻燃增效剂6份；(聚二甲基硅氧烷与硅酮母粒的质量比为1.5:1)

[0051] 光敏剂7份；(1173、ITX、TPO的质量比为1:1:1)

[0052] 助交联剂3份；(三烯丙基异氰尿酸酯)

[0053] 抗氧剂1份；(抗氧剂1010与抗氧剂DLTP的质量比为1:1)

[0054] 润滑剂1.5份；(4000分子量聚乙烯蜡与EVA蜡的质量比为1:1)

[0055] 色素炭黑0.7份；(XY‑880)

[0056] 实施例2提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，它的制备方法与实施例1完全相同，不同的是它的原料组分含量不同，其包括如下重量份数的组分：

[0057] 聚烯烃树脂100份；(VA含量18％的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、VA含量28％的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、茂金属线性低密度聚乙烯的质量比为1.2:1:1)

[0058] 相容剂10份；(马来酸酐接枝乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物)

[0059] 氢氧化物阻燃剂130份；(氢氧化铝)

[0060] 纳米阻燃剂28份；(蒙脱土与二茂铁的质量比为4:1)，

[0061] 硅系阻燃增效剂8份；(聚二甲基硅氧烷与硅酮母粒的质量比为1.5:1)

[0062] 光敏剂5份；(1173、ITX、TPO的质量比为1:1:1)

[0063] 助交联剂2份；(三烯丙基异氰尿酸酯)

[0064] 抗氧剂0.5份；(抗氧剂1010与抗氧剂DLTP的质量比为1:1)

[0065] 润滑剂1份；(4000分子量聚乙烯蜡与EVA蜡的质量比为0.8:1)

[0066] 色素炭黑1.0份；(XY‑100)

[0067] 实施例3提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，它的制备方法与实施例1完全相同，不同的是它的原料组分含量不同，其包括如下重量份数的组分：

[0068] 聚烯烃树脂100份；(VA含量18％的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、VA含量28％的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、茂金属线性低密度聚乙烯的质量比为1.8:1:1)

[0069] 相容剂20份；(马来酸酐接枝聚乙烯)

[0070] 氢氧化物阻燃剂145份；(氢氧化铝)

[0071] 纳米阻燃剂42份；(蒙脱土与二茂铁的质量比为4:1)

[0072] 硅系阻燃增效剂4份；(聚二甲基硅氧烷与硅酮母粒的质量比为1.5:1)

[0073] 光敏剂6份；(1173、ITX、TPO的质量比为1:1:1)

[0074] 助交联剂4份；(三烯丙基异氰尿酸酯)

[0075] 抗氧剂1.5份；(抗氧剂1010与抗氧剂DLTP的质量比为1:1)

[0076] 润滑剂3份；(4000分子量聚乙烯蜡与EVA蜡的质量比为1.2:1)

[0077] 色素炭黑0.5份；(XY‑230)。

[0078] 实施例4提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其配方组分与实施例1基本相同，制备方法完全相同，不同点仅在于：光敏剂5份；(1173、ITX、TPO的质量比为1:1:
1)。

[0079] 实施例5提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其配方组分与实施例1基本相同，制备方法完全相同，不同点仅在于：光敏剂6份；(1173、ITX、TPO的质量比为1:1:
1)。

[0080] 实施例6提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其配方组分与实施例1基本相同，制备方法完全相同，不同点仅在于：1173、ITX、TPO的质量比为1:1.5:1。

[0081] 实施例7提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其配方组分与实施例1基本相同，制备方法完全相同，不同点仅在于：1173、ITX、TPO的质量比为1:2:1。

[0082] 实施例8提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其配方组分与实施例1基本相同，制备方法完全相同，不同点仅在于：纳米阻燃剂28份(蒙脱土与二茂铁的质量比
为4:1)。

[0083] 实施例9提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其配方组分与实施例1基本相同，制备方法完全相同，不同点仅在于：纳米阻燃剂28份(蒙脱土与二茂铁的质量比
为2.5:1)。

[0084] 实施例10提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其配方组分与实施例1基本相同，制备方法完全相同，不同点仅在于：纳米阻燃剂选用蒙脱土28份。

[0085] 对比例1提供提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其配方组分与实施例1基本相同，制备方法完全相同，不同点仅在于：不添加光敏剂。

[0086] 对比例2提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其配方组分与实施例1基本相同，制备方法完全相同，不同点仅在于：光敏剂选用单一光敏剂，7份光敏剂1173。

[0087] 对比例3提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其配方组分与实施例1基本相同，制备方法完全相同，不同点仅在于：光敏剂选用复配光敏剂，3.5份光敏剂TPO、
3.5份光敏剂ITX。

[0088] 对比例4提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其配方组分与实施例1基本相同，光敏剂种类与不同光敏剂相互之间的比例不变，制备方法完全相同，不同点仅在
于：光敏剂添加含量为3份。

[0089] 对比例5提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其配方组分与实施例1基本相同，光敏剂种类与不同光敏剂相互之间的比例不变，制备方法完全相同，不同点仅在
于：光敏剂添加含量为15份。

[0090] 对比例6提供一种紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套材料，其配方组分与实施例1基本相同，制备方法完全相同，不同点仅在于：纳米阻燃剂的添加份数为10份。

[0091] 对比例7提供一种低烟密度高阻燃性能的无卤电缆料，其配方组分与实施例1基本相同，制备方法完全相同，不同点仅在于：纳米阻燃剂选用二茂铁28份。

[0092] 表1实施例1‑10及对比例1‑7的物理性能测试结果

[0093]

[0094]

[0095] 从实施例1、4‑5，对比例4可知，本发明所制备的紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套料，随着光敏剂(1173:ITX:TPO＝1:1:1)的减少，相同辐照条件的材料热延伸偏大，说明
交联速度减慢，交联度降低，交联困难。从对比例5可知，光敏剂含量过多，使得加工过程中
润滑过多，剪切减弱，材料塑料不良，而且未反应完全的光敏剂残留对材料的老化性能存在
隐患。

[0096] 从实施例1、6‑7，对比例1‑3可知，不添加光敏剂、选用单一或者复配的光敏剂，会改变材料的交联行为，甚至不发生紫外光交联。从实施例1与实施例6能够看出，增加光敏剂
1173含量的降低，交联度有所降低，但是随着实施例7中ITX的含量进一步增高，交联度有所
升高。

[0097] 从实施例1、2‑3，8‑9可以看出，本发明所制备的紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套料，随着纳米阻燃剂量的减少，热释放总量逐渐增大。对比实施例8‑9与实施例10，虽然实
施例10只添加蒙脱土作为纳米阻燃剂，会使得热释放总量有所降低，由于二茂铁同时也是
阳离子光敏剂，对紫外光交联有协助作用，该组分的减少还会使交联反应延迟。

[0098] 从实施例1对比例6可知，本发明所制备的紫外光交联黑色低烟无卤电缆护套料，纳米阻燃剂含量较低时，无法发挥其阻燃协效的作用，对热释放性能没有改善；但是如果纳
米阻燃剂的含量过大，会导致双螺杆加工过程中熔体粘度过大，挤出困难。从实施例1与对
比例7可知，只添加二茂铁作为纳米催化剂，而不添加蒙脱土，会使得材料的热释放总量太
大，不符合要求。

[0099] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明
精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。