本发明涉及聚氯乙烯复合材料技术领域，具体涉及一种排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物及其制备方法。
背景技术：
聚氯乙烯排水管具有重量轻、价格低、阻力小、排水量大，表面光滑美观、耐腐蚀、不易堵塞，安装方便等特点，广泛的应用于居住建筑以及公共建筑的室内排水。
随着安全意识的提高，人们对建筑塑料排水管的阻燃抑烟要求越来越高。要提高排水管的阻燃抑烟性能，通常的方法是在材料配方中添加阻燃抑烟剂，然而随着阻燃抑烟剂的加入，管材的使用性能会迅速下降。所以产品中阻燃抑烟剂的添加量往往较少，但这显然难以满足人们日益增长的对建筑材料防火安全性需求。
因此，探究出一种对管材性能影响小，但能够达到高阻燃抑烟要求的技术具有重要意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物，本发明提供的排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物制备得到的排水管在不降低管材的力学性能的同时，具有极佳的阻燃抑烟性能，其为生产高火灾安全性能的建筑排水管材提供了便利，同时符合聚氯乙烯管材全面无铅化发展要求。
本发明的另一目的在于提供上述排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物的制备方法。
本发明的另一目的在于提供复配锌基阻燃热稳定剂在聚氯乙烯排水管中的应用。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物，所述排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物按质量份数由以下组分组成：
聚氯乙烯100份、复配锌基阻燃热稳定剂2～10份、润滑剂1～5份、抗冲改性剂0～15份、颜料0.5～5份、填料0～60份；所述复配锌基阻燃热稳定剂按质量份数由以下组分组成：亚磷酸锌100份、协效稳定剂10～30份、三季戊四醇亚磷酸酯10～15份、纳米水滑石35～70份、埃洛石15～40份。
本发明提供的复配锌基阻燃热稳定剂由特定含量的亚磷酸锌、协效稳定剂、三季戊四醇亚磷酸酯、纳米水滑石和埃洛石组成。其中，亚磷酸锌作为主效稳定剂，在保证组合物稳定性的同时，其在高温下能够生成磷酸，使排水管试样表面出现非燃性液态膜，阻缓燃烧；而磷酸生成的聚偏磷酸具有强烈的脱水作用，在高温下能够使排水管试样表面脱水成炭化结焦，形成保护层，从而起到阻燃作用。
三季戊四醇亚磷酸酯在高温下具有较强的成炭性，其良好的成炭性能能够有效抑制火焰传播。另外，三季戊四醇亚磷酸酯还能够与Zn离子形成稳定的配合物，钝化Zn离子对PVC降解的催化作用，改进组合物的长期热稳定性；水滑石热分解后会产生水蒸气，水滑石的热分解产物具有较高的比表面积和较强的碱性，可吸收PVC燃烧所产生的酸性气体，其热分解产物还能促进成炭。本发明的发明人还发现，若选用纳米水滑石与其它组分复配使用能够显著提高体系的热稳定性并降低烟密度等级。本发明还选用了具有纳米管结构的埃洛石，其能够捕捉PVC热降解产生的氯自由基，阻止其夺取重复单元中的氢原子，进而阻止形成多烯结构，从而起到热稳定效果；另外，埃洛石还具有一定的阻隔作用，其于400～500℃条件下会脱除结晶水，具有成炭作用，从而表现出极佳的阻燃抑烟作用。
本发明将亚磷酸锌、协效稳定剂、三季戊四醇亚磷酸酯、纳米水滑石和埃洛石复配得到了一种复配锌基阻燃热稳定剂，该复配锌基热稳定剂具有高效的热稳定作用，将其应用在排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物中，在不降低管材的力学性能的同时具有极佳的阻燃抑烟作用。本发明选用的复配锌基热稳定剂在适量的添加量的条件下能够同时提高管材的热稳定性能和阻燃抑烟性能，可以减少添加甚至不添加传统的阻燃抑烟剂，相对于传统的阻燃聚氯乙烯管道，本发明提供的环保阻燃聚氯乙烯组合物制备得到的管道具有较好的阻燃抑烟性能和力学性能。
优选地，所述排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物按质量份数由以下组分组成：
聚氯乙烯100份、复配锌基阻燃热稳定剂3～7份、润滑剂1～3份、抗冲改性剂5～12份、颜料1～3份、填料10～30份；所述复配锌基阻燃热稳定剂按质量份数由以下组分组成：亚磷酸锌100份、协效稳定剂15～25份、三季戊四醇亚磷酸酯10～15份、纳米水滑石50～70份、埃洛石30～40份
优选地，所述排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物按质量份数由以下组分组成：
聚氯乙烯100份、复配锌基阻燃热稳定剂5份、润滑剂2份、抗冲改性剂7份、颜料2份、填料15份；所述复配锌基阻燃热稳定剂按质量份数由以下组分组成：亚磷酸锌100份、协效稳定剂20份、三季戊四醇亚磷酸酯15份、纳米水滑石70份、埃洛石40份。
优选地，所述聚氯乙烯的平均聚合度为981～1135。
优选地，所述协效稳定剂为环氧化合物、多元醇、β-二酮、含氮化合物中的一种或几种；更为优选地，所述协效稳定剂为三（2-羟乙基）异氰尿酸酯和/或二苯甲酰甲烷。
优选地，所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡、石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸、聚乙二醇、硬脂酸季戊四醇酯、甘油中的一种或几种。
优选地，所述抗冲改性剂为氯化聚乙烯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸聚乙烯共聚物、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯酸树脂中一种或几种。
优选地，所述填料为重质碳酸钙、轻质碳酸钙、活性碳酸钙、活性纳米碳酸钙中的一种或几种。
优选地，所述颜料为钛白粉、酞青蓝、炭黑中的一种或几种。
复配锌基阻燃热稳定剂在聚氯乙烯排水管中的应用，所述复配锌基阻燃热稳定剂按质量份数由以下组分组成：亚磷酸锌100份、协效稳定剂10～30份、三季戊四醇亚磷酸酯10～15份、纳米水滑石35～70份、埃洛石15～40份。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明中的复配锌基阻燃热稳定剂无铅、无毒环保，具有高效的热稳定作用，将其应用在排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物中，具有极佳的阻燃抑烟作用。本发明提供的阻燃聚氯乙烯组合物在不另外添加阻燃抑烟剂的条件下具有极佳的阻燃抑烟性能，其为生产高火灾安全性能的建筑排水管材提供了便利，同时符合聚氯乙烯管材全面无铅化发展要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法：对照例1中，所用钙锌稳定剂的生产厂家为深圳市志海实业有限公司；所使用的其它原料、助剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场购买等商业途径得到的原料和助剂。
实施例1
一种排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物，所述排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物按质量份数由以下组分组成：
聚氯乙烯100份；复配锌基阻燃热稳定剂5份；硬脂酸0.3份，氧化聚乙烯蜡0.6份，硬脂酸钙0.9份；氯化聚乙烯6份；二氧化钛2.5份；轻质碳酸钙15份。
其中复配锌基阻燃热稳定剂由以下组分组成：亚磷酸锌100份；三（2-羟乙基）异氰尿酸酯8份，二苯甲酰甲烷4份；三季戊四醇亚磷酸酯10份，纳米水滑石60份，埃洛石30。
将上述原料混配均匀后，经挤出机挤出成管。
实施例2
一种排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物，所述排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物按质量份数由以下组分组成：
聚氯乙烯100份；复配锌基阻燃热稳定剂2份；硬脂酸0.5份，氧化聚乙烯蜡1.0份；二氧化钛0.5份；重质碳酸钙60份。
其中复配锌基阻燃热稳定剂：亚磷酸锌100份；三（2-羟乙基）异氰尿酸酯8份，二苯甲酰甲烷2份；三季戊四醇亚磷酸酯10份，纳米水滑石35份，埃洛石15。
将上述原料混配均匀后，经挤出机挤出成管。
实施例3
一种排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物，所述排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物按质量份数由以下组分组成：
聚氯乙烯100份；复配锌基阻燃热稳定剂10份；氧化聚乙烯蜡2.5份，硬脂酸钙2.5份；氯化聚乙烯10份；二氧化钛5份。
其中复配锌基阻燃热稳定剂：亚磷酸锌100份；三（2-羟乙基）异氰尿酸酯18份，二苯甲酰甲烷12份；三季戊四醇亚磷酸酯15份，纳米水滑石70份，埃洛石40。
将上述原料混配均匀后，经挤出机挤出成管。
实施例4
一种排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物，所述排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物按质量份数由以下组分组成：
聚氯乙烯100份；复配锌基阻燃热稳定剂5份；硬脂酸0.3份，氧化聚乙烯蜡0.6份，硬脂酸钙2.9份；氯化聚乙烯8份；二氧化钛3份；活性碳酸钙15份。
其中复配锌基阻燃热稳定剂：亚磷酸锌100份；三（2-羟乙基）异氰尿酸酯8份，二苯甲酰甲烷14份；三季戊四醇亚磷酸酯10份，纳米水滑石35份，埃洛石25。
将上述原料混配均匀后，经挤出机挤出成管。
实施例5
一种排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物，所述排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物按质量份数由以下组分组成：
聚氯乙烯100份；复配锌基阻燃热稳定剂5份；硬脂酸0.3份，氧化聚乙烯蜡0.6份，硬脂酸钙0.9份；氯化聚乙烯8份；二氧化钛2.5份；活性纳米碳酸钙15份。
其中复配锌基阻燃热稳定剂：亚磷酸锌100份；三（2-羟乙基）异氰尿酸酯8份，二苯甲酰甲烷11份；三季戊四醇亚磷酸酯15份，纳米水滑石60份，埃洛石30。
将上述原料混配均匀后，经挤出机挤出成管。
对比例1
本对照例中的排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物中选用常规的钙锌稳定剂替代实施例1中的复配锌基阻燃热稳定剂，其它组分及用量与实施例1相同。本对照例中的排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物按质量份数具体由以下组分组成：
聚氯乙烯100份；钙锌稳定剂5份；硬脂酸0.3份，氧化聚乙烯蜡0.6份，硬脂酸钙0.9份；氯化聚乙烯6份；二氧化钛2.5份；轻质碳酸钙15份。
将上述原料混配均匀后，经挤出机挤出成管。
对比例2
本对照例中的排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物中选用常规的钙锌稳定剂、常规的阻燃抑烟剂氢氧化镁、钼酸铵替代实施例1中的复配锌基阻燃热稳定剂，其它组分及用量与实施例1相同。本对照例中的排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物按质量份数具体由以下组分组成：
聚氯乙烯100份；钙锌稳定剂5份；氢氧化镁18份，钼酸铵10份；硬脂酸0.3份，氧化聚乙烯蜡0.6份，硬脂酸钙0.9份；氯化聚乙烯6份；二氧化钛2.5份；轻质碳酸钙15份。
将上述原料混配均匀后，经挤出机挤出成管。
对比例3
本对照例中的排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物中选用的复配锌基阻燃热稳定剂与实施例1中的组成不同，其它组分及用量与实施例1相同。本对照例中的排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物按质量份数具体由以下组分组成：
聚氯乙烯100份；复配锌基阻燃热稳定剂5份；硬脂酸0.3份，氧化聚乙烯蜡0.6份，硬脂酸钙0.9份；氯化聚乙烯6份；二氧化钛2.5份；轻质碳酸钙15份。
其中复配锌基阻燃热稳定剂由以下组分组成：亚磷酸锌100份；三（2-羟乙基）异氰尿酸酯8份，二苯甲酰甲烷4份。
将上述原料混配均匀后，经挤出机挤出成管。
对比例4
本对照例中的排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物中选用的复配锌基阻燃热稳定剂与实施例1中的组成不同，其它组分及用量与实施例1相同。本对照例中的排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物按质量份数具体由以下组分组成：
聚氯乙烯100份；复配锌基阻燃热稳定剂5份；硬脂酸0.3份，氧化聚乙烯蜡0.6份，硬脂酸钙0.9份；氯化聚乙烯6份；二氧化钛2.5份；轻质碳酸钙15份。
其中复配锌基阻燃热稳定剂由以下组分组成：亚磷酸锌100份；三（2-羟乙基）异氰尿酸酯8份；二苯甲酰甲烷4份；三季戊四醇亚磷酸酯10份。
将上述原料混配均匀后，经挤出机挤出成管。
对比例5
本对照例中的排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物中选用的复配锌基阻燃热稳定剂与实施例1中的组成相同，但是复配锌基阻燃热稳定剂种各组分的用量与实施例1不同；其它组分及用量与实施例1相同。本对照例中的排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物按质量份数具体由以下组分组成：
聚氯乙烯100份；复配锌基阻燃热稳定剂5份；硬脂酸0.3份，氧化聚乙烯蜡0.6份，硬脂酸钙0.9份；氯化聚乙烯6份；二氧化钛2.5份；轻质碳酸钙15份。
其中复配锌基阻燃热稳定剂由以下组分组成：亚磷酸锌100份；三（2-羟乙基）异氰尿酸酯8份，二苯甲酰甲烷4份；三季戊四醇亚磷酸酯8份，纳米水滑石30份，埃洛石10份。
将上述原料混配均匀后，经挤出机挤出成管。
对实施例1～5及对比例1～5制备得到的聚氯乙烯排水管的热稳定性能、阻燃抑烟性能及力学性能分别按GB/T 2972-2002、GB/T 9349-2002、GB/T 8627-2007、GB/T 2046-2009、GB/T 8843-2003进行性能测定，测定结果见下表1。
表1 实施例1～5及对比例1～5制备得到的聚氯乙烯排水管的性能测定
由上表1可知，本发明各实施例提供的排水管用环保阻燃聚氯乙烯组合物制备得到的PVC管具有较好的热稳定性、阻燃抑烟性能，同时还具有较好的力学性能。相比之下，对照例1中未加入任何阻燃抑烟剂，以对照例1中的组合物为原料制备得到的管材虽然力学性能较好，但是其阻燃抑烟性能较差；对照例2中添加了大量的阻燃抑烟剂，以对照例2中的组合物制备得到的管材的阻燃抑烟性能虽然较好，但是管材的力学性能较差，无法达到标准要求。对照例3～5中的复配锌基阻燃热稳定剂不同于本发明各实施例中的其它复配锌基阻燃热稳定剂，以其为添加原料制备得到的管材的阻燃抑烟性能和力学性能也较差，其制备得到的PVC管材不达标。