CN102675754B - 无卤阻燃三元乙丙橡胶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无卤阻燃三元乙丙橡胶材料及其制备方法。材料由三元乙丙橡胶、金属次磷酸盐、无机粒子和硫化剂之间按重量比为100∶10~40∶1~30∶0.5~3的比例组成,其中,三元乙丙橡胶的第三单体为亚乙基降冰片烯,金属次磷酸盐为微米级颗粒状的次磷酸铝或次磷酸锌,无机粒子为纳米二氧化硅或短玻纤或晶须硅,硫化剂为附着在碳酸钙上的过氧化二异丙苯;方法为先按照各原料之间的重量比,将相应重量的三元乙丙橡胶、金属次磷酸盐、无机粒子和硫化剂依次加入开炼机或密炼机中,于40~130℃下混炼5~30min,再将其置于平板硫化机上,于140~200℃下硫化5~40min,制得目标产物。它可广泛地应用于汽车部件、电缆材料、密封防水建材、聚合物改性材料等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种橡胶材料及制备方法,尤其是一种无卤阻燃三元乙丙橡胶材料及其制备方法。
背景技术
具有优异的热稳定、耐老化、耐腐蚀、耐水、绝缘等性能的三元乙丙橡胶,在众多的领域如汽车部件、电缆材料、密封防水建材、聚合物改性材料等均有着广泛的应用。然而,作为一种聚烯烃高分子材料,三元乙丙橡胶极其易燃,其氧指数只有18~19%,这极大的限制了三元乙丙橡胶的应用范围,也给未经阻燃处理的三元乙丙橡胶的使用埋下了安全隐患。为了提高高分子材料的阻燃性能,人们作了各种努力,如在2010年8月4日公开的中国发明专利申请公布说明书CN 101792602A中披露的一种“无卤膨胀型阻燃热塑性树脂组合物”。该组合物由热塑性树脂、无卤膨胀型阻燃剂、阻燃协效剂、玻璃纤维、偶联剂和抗氧剂经熔融共混制成,其中的热塑性树脂为聚酰胺6、聚酰胺66、聚乳酸或其玻纤增强产品。经验证,这种阻燃热塑性树脂组合物中的无卤膨胀型阻燃剂,如次磷酸铝的针对性过强,其仅对聚酰胺6、聚酰胺66、聚乳酸或其玻纤增强产品有很好的阻燃功效,而对三元乙丙橡胶的阻燃效果却不尽人意。
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处,提供一种阻燃效果好、未降低原有力学性能的无卤阻燃三元乙丙橡胶材料。
本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述无卤阻燃三元乙丙橡胶材料的制备方法。
为解决本发明的技术问题,所采用的技术方案为:无卤阻燃三元乙丙橡胶材料包含金属次磷酸盐,特别是,
所述橡胶材料中还含有三元乙丙橡胶、无机粒子和硫化剂,所述三元乙丙橡胶、金属次磷酸盐、无机粒子和硫化剂之间的重量比为100∶10~40∶1~30∶0.5~3;
所述三元乙丙橡胶的第三单体为亚乙基降冰片烯,其乙烯含量为71~75%、门尼粘度于120~130℃时为60;
所述金属次磷酸盐为次磷酸铝或次磷酸锌,所述次磷酸铝或次磷酸锌为微米级的颗粒;
所述无机粒子为纳米二氧化硅,或短玻纤,或晶须硅;
所述硫化剂为过氧化二异丙苯,其附着在质量百分数为35~45%的碳酸钙上。
作为无卤阻燃三元乙丙橡胶材料的进一步改进,所述的次磷酸铝颗粒的粒径为10~80μm;所述的次磷酸锌颗粒的粒径为10~100μm;所述的纳米二氧化硅的粒径为10~50nm;所述的短玻纤的长度为1~5mm、直径为5~20μm;所述的晶须硅的长度为1~100μm、直径为0.1~20μm。
为解决本发明的另一个技术问题,所采用的另一个技术方案为:上述无卤阻燃三元乙丙橡胶材料的制备方法的完成步骤如下:
步骤1,按照各原料之间的重量配比,将相应重量的三元乙丙橡胶、金属次磷酸盐、无机粒子和硫化剂依次加入开炼机或密炼机中,于40~130℃下混炼5~30min,得到混炼胶;
步骤2,将混炼胶置于平板硫化机上,于140~200℃下硫化5~40min,制得无卤阻燃三元乙丙橡胶材料。
相对于现有技术的有益效果是,其一,对制得的目标产物分别使用中国南京江宁分析仪器厂的JF-3型氧指数仪和中国深圳新三思CMT4204型微机控制电子万能试验机,按照《橡胶燃烧性能的测定-氧指数法》(GB 10707-89)、《硫化橡胶或热塑性橡胶-拉伸应力应变性能的测定》(GB/T 528-1998)的国家标准进行表征,其结果如下表所示:
项目名称 | 对比例 | 目标产物1 | 目标产物2 |
氧指数/% | 18.5 | 23.3 | 25.3 |
拉伸强度/MPa | 4.3 | 7.6 | 10.1 |
断裂伸长率/% | 439 | 656 | 610 |
表中的对比例为未添加金属次磷酸盐和无机粒子的三元乙丙橡胶材料(含硫化剂,下同),目标产物1和2为添加有不同比例金属次磷酸盐和无机粒子的三元乙丙橡胶材料。由表中可看出,对比例的氧指数和力学性能均很低,而目标产物的氧指数有了较大幅度的提高,且其力学强度和柔韧性不但未降低,反而有了大幅度的提升,这是因为:一是在燃烧时金属次磷酸盐和无机粒子之间存在着较强的协同阻燃效应,使生成的炭层更加致密均匀,且孔洞尺寸更小,能更好的起到阻隔氧气、热量和可燃气体的作用;二是金属次磷酸盐和无机粒子的加入极大的提高了目标产物的热稳定性和燃烧后的残炭量;三是无机粒子充分发挥了其对三元乙丙橡胶分子链段的束缚和限制作用,极大的提高了目标产物的力学性能。其二,分别对将只添加次磷酸铝的三元乙丙橡胶材料和制得的目标产物燃烧后,使用扫描电镜进行表征,由其结果可知,只添加次磷酸铝而未添加无机粒子的三元乙丙橡胶材料燃烧后所形成的炭层有较多的空洞,而目标产物燃烧后所形成的炭层的空洞明显缩小,且炭层致密而坚硬。其三,制备方法简便易行,所需设备均为通用化设备,易于工业化生产和产品的商业化应用,其产品可广泛地应用于汽车部件、电缆材料、密封防水建材、聚合物改性材料等领域。
作为有益效果的进一步体现,一是次磷酸铝颗粒的粒径优选为10~80μm,次磷酸锌颗粒的粒径优选为10~100μm,均利于金属次磷酸盐阻燃效率的充分发挥;二是纳米二氧化硅的粒径优选为10~50nm,短玻纤的长度优选为1~5mm、直径优选为5~20μm,晶须硅的长度优选为1~100μm、直径优选为0.1~20μm,均利于无机粒子协同阻燃效率和力学性能增强的充分发挥。
附图说明
下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
图1是对燃烧后的只添加有次磷酸铝的三元乙丙橡胶材料使用扫描电镜(SEM)进行表征的结果之一。由该SEM照片可看出,其所生成的炭层呈典型的“岛状”结构,炭层不连贯且存在较大的孔洞,这极不利于炭层发挥对氧气、热量和可燃气体的阻隔作用。基于未添加次磷酸盐和无机粒子的三元乙丙橡胶材料会完全燃烧而没有任何残炭剩余,所以无法在此显示其残炭的SEM照片。
图2是对燃烧后的目标产物使用扫描电镜进行表征的结果之一。由该SEM照片可看出,其所生成的炭层不但更加致密均匀,而且孔洞尺寸明显减小,这种结构的炭层能更好的起到阻隔氧气、热量和可燃气体流通的作用,使目标产物具备了更好的阻燃性能,这也进一步地证实了目标产物中的金属次磷酸盐和无机粒子之间存在着明显的协同阻燃效应。
具体实施方式
首先从市场购得或用常规方法制得:
三元乙丙橡胶,其第三单体为亚乙基降冰片烯,其中的乙烯含量为71~75%、门尼粘度于120~130℃时为60;
作为金属次磷酸盐的颗粒状的次磷酸铝或次磷酸锌,其中,次磷酸铝颗粒的粒径为10~80μm,次磷酸锌颗粒的粒径为10~100μm;
作为无机粒子的纳米二氧化硅、短玻纤和晶须硅,其中,纳米二氧化硅的粒径为10~50nm,短玻纤的长度为1~5mm、直径为5~20μm,晶须硅的长度为1~100μm、直径为0.1~20μm;
作为硫化剂的过氧化二异丙苯,其附着在质量百分数为35~45%的碳酸钙上。
接着,
实施例1
制备的具体步骤为:
步骤1,按照三元乙丙橡胶、金属次磷酸盐、无机粒子和硫化剂之间的重量比为100∶10∶30∶0.5的重量配比,将相应重量的三元乙丙橡胶、金属次磷酸盐、无机粒子和硫化剂依次加入开炼机或密炼机中;其中,金属次磷酸盐为次磷酸铝,无机粒子为纳米二氧化硅。于40℃下混炼30min,得到混炼胶。
步骤2,将混炼胶置于平板硫化机上,于140℃下硫化40min,制得燃烧后近似于图2所示的无卤阻燃三元乙丙橡胶材料。
实施例2
制备的具体步骤为:
步骤1,按照三元乙丙橡胶、金属次磷酸盐、无机粒子和硫化剂之间的重量比为100∶18∶23∶1.1的重量配比,将相应重量的三元乙丙橡胶、金属次磷酸盐、无机粒子和硫化剂依次加入开炼机或密炼机中;其中,金属次磷酸盐为次磷酸铝,无机粒子为纳米二氧化硅。于60℃下混炼23min,得到混炼胶。
步骤2,将混炼胶置于平板硫化机上,于155℃下硫化32min,制得燃烧后近似于图2所示的无卤阻燃三元乙丙橡胶材料。
实施例3
制备的具体步骤为:
步骤1,按照三元乙丙橡胶、金属次磷酸盐、无机粒子和硫化剂之间的重量比为100∶25∶15∶1.7的重量配比,将相应重量的三元乙丙橡胶、金属次磷酸盐、无机粒子和硫化剂依次加入开炼机或密炼机中;其中,金属次磷酸盐为次磷酸铝,无机粒子为纳米二氧化硅。于85℃下混炼17min,得到混炼胶。
步骤2,将混炼胶置于平板硫化机上,于170℃下硫化23min,制得燃烧后如图2所示的无卤阻燃三元乙丙橡胶材料。
实施例4
制备的具体步骤为:
步骤1,按照三元乙丙橡胶、金属次磷酸盐、无机粒子和硫化剂之间的重量比为100∶33∶8∶2.3的重量配比,将相应重量的三元乙丙橡胶、金属次磷酸盐、无机粒子和硫化剂依次加入开炼机或密炼机中;其中,金属次磷酸盐为次磷酸铝,无机粒子为纳米二氧化硅。于110℃下混炼11min,得到混炼胶。
步骤2,将混炼胶置于平板硫化机上,于185℃下硫化14min,制得燃烧后近似于图2所示的无卤阻燃三元乙丙橡胶材料。
实施例5
制备的具体步骤为:
步骤1,按照三元乙丙橡胶、金属次磷酸盐、无机粒子和硫化剂之间的重量比为100∶40∶1∶3的重量配比,将相应重量的三元乙丙橡胶、金属次磷酸盐、无机粒子和硫化剂依次加入开炼机或密炼机中;其中,金属次磷酸盐为次磷酸铝,无机粒子为纳米二氧化硅。于130℃下混炼5min,得到混炼胶。
步骤2,将混炼胶置于平板硫化机上,于200℃下硫化5min,制得燃烧后近似于图2所示的无卤阻燃三元乙丙橡胶材料。
再分别选用作为金属次磷酸盐的次磷酸铝或次磷酸锌,作为无机粒子的纳米二氧化硅或短玻纤或晶须硅,重复上述实施例1~5,同样制得了燃烧后如或近似于图2所示的无卤阻燃三元乙丙橡胶材料。
显然,本领域的技术人员可以对本发明的无卤阻燃三元乙丙橡胶材料及其制备方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种无卤阻燃三元乙丙橡胶材料,包含金属次磷酸盐,其特征在于:
所述橡胶材料中还含有三元乙丙橡胶、无机粒子和硫化剂,所述三元乙丙橡胶、金属次磷酸盐、无机粒子和硫化剂之间的重量比为100∶10~40∶1~30∶0.5~3;
所述三元乙丙橡胶的第三单体为亚乙基降冰片烯,其乙烯含量为71~75%、门尼粘度于120~130℃时为60;
所述金属次磷酸盐为次磷酸铝或次磷酸锌,所述次磷酸铝或次磷酸锌为微米级的颗粒;
所述无机粒子为纳米二氧化硅,或短玻纤,或晶须硅;
所述硫化剂为过氧化二异丙苯,其附着在质量百分数为35~45%的碳酸钙上。
2.根据权利要求1所述的无卤阻燃三元乙丙橡胶材料,其特征是次磷酸铝颗粒的粒径为10~80μm。
3.根据权利要求1所述的无卤阻燃三元乙丙橡胶材料,其特征是次磷酸锌颗粒的粒径为10~100μm。
4.根据权利要求1所述的无卤阻燃三元乙丙橡胶材料,其特征是纳米二氧化硅的粒径为10~50nm。
5.根据权利要求1所述的无卤阻燃三元乙丙橡胶材料,其特征是短玻纤的长度为1~5mm、直径为5~20μm。
6.根据权利要求1所述的无卤阻燃三元乙丙橡胶材料,其特征是晶须硅的长度为1~100μm、直径为0.1~20μm。
7.一种权利要求1所述无卤阻燃三元乙丙橡胶材料的制备方法,其特征在于完成步骤如下:
步骤1,按照各原料之间的重量配比,将相应重量的三元乙丙橡胶、金属次磷酸盐、无机粒子和硫化剂依次加入开炼机或密炼机中,于40~130℃下混炼5~30min,得到混炼胶;
步骤2,将混炼胶置于平板硫化机上,于140~200℃下硫化5~40min,制得无卤阻燃三元乙丙橡胶材料。
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