CN112126160A - 改善常温压缩永久变形的tpv弹性体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及改善常温压缩永久变形的TPV弹性体及其制备方法，组分为：三元乙丙橡胶、聚烯烃树脂、丁苯橡胶、白油、无机填料、交联剂、助交联剂、抗氧剂、润滑剂、光稳定剂等，该方法为：首先将三元乙丙橡胶、聚烯烃树脂、无机填料、在高速混合机中混合后加入白油、交联剂、助交联剂等经双螺杆挤出机挤出造粒得到TPV颗粒；再将TPV颗粒与充入白油后的丁苯橡胶在高速混合机中混合均匀后加各种助剂经双螺杆挤出机挤出造粒制得改善常温压缩永久变形的TPV。本发明所提供的改善常温压缩永久变形的TPV具有制备方法简单，可较大幅度降低TPV材料在常温下的压缩永久变形，提高材料在常温下的弹性及手感，对拓宽TPV弹性体的应用领域具有重要意义。

Description

改善常温压缩永久变形的TPV弹性体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及热塑性弹性体材料技术领域，尤其涉及一种改善常温压缩永久变形的TPV弹性体及其制备方法。
背景技术：
热塑性弹性体是物理性能介于橡胶和塑料之间的是一类复合型结构的高性能材料，它既具有橡胶的弹性，又具有塑料的易加工性。已构成一个新的“工业原料体系”，被人称为“第三代橡胶”。以三元乙丙橡胶为基材制备的弹性体称为TPV(ThermoplasticVulcanization)，因动态硫化工艺使得体系内连续相和分散相形成三维网络状海岛结构得名。硫化后的三元乙丙橡胶以微米级的颗粒均匀分布在塑料相中，使其自身在常温下拥有热固性橡胶的物理性能和功能特征，在高温下拥有热塑性塑料的高流动性和反复加工性，使得产品拥有成型加工简便，材料可循环利用、性价比高等特点，目前广泛应用于汽车工业、建筑建材、电子电器、医疗卫生和消费用品等领域。
例如在申请号为CN201410220053的中国专利中公开了一种高性能动态硫化热塑性弹性体的制备方法所述组合物的组分和配比为：三元乙丙橡胶30～50份、聚丙烯20～60份、橡胶油10～60份、填料5～15份、交联剂0.2～2.0份、交联助剂0.2～2份。该发明该方法制造出的弹性体具有耐候性优异、强度高的特点，而且在工艺上还具有设备适用广、制备工艺简单等优点。
虽然TPV弹性体在诸多方面都表现出优异的性能，但由于其本身仍为热塑性材料，有压缩永久变形大，尤其是常温下压缩永久变形大的缺点，所以与热固性橡胶以及苯乙烯类弹性体相比，TPV弹性体的常温压缩永久变形仍有一定的差距。如常温下使用的一些密封胶垫，TPV弹性较差的话就不能达到较好密封的效果，会产生漏气、漏水的现象，所以在一些密封要求高的环境中需要提高TPV弹性体材料的弹性，降低常温压缩永久变形。在申请号为CN201911417468.X的中国专利中公开了一种低压缩永久变形动态硫化TPV工业化生产方法其包括：制备补强剂；将EPDM、PP、HDPE、复配填充剂共混得混合物；将所述补强剂、复配交联剂溶解，加入偶联剂后混匀，再加入所述混合物进行高速混合，共混挤出即可；按质量份数计，EPDM为80～100份，PP为50～80份，HPDM为0～20份，复配填充剂为40～50份，复配交联剂为1.5～1.6份，补强剂为3～8份。该发明优选填充剂、交联剂和酚醛树脂，一方面明显降低了TPV的压缩永久变形性能，还增强了其抗老化性能。
以上经过优选填充剂的TPV压缩永久变形确有所降低，但其并未明确测试的温度及时间，且没有加入常温高回弹材料，所以在常温环境下使用其弹性与苯乙烯类弹性体仍有差距，并且制作工艺复杂，较难控制。
发明内容：
本发明提供了一种改善常温压缩永久变形的TPV弹性体及其制备方法，在动态硫化TPV弹性体的基础上，加入热塑性丁苯橡胶进行共混，较大幅度降低了TPV材料的常温压缩永久变形，并且高温压缩永久变形没有明显增大。其具体技术方案如下：
一种改善常温压缩永久变形的TPV弹性体，按照重量份数计，包括以下组分：
Figure BDA0002694111610000021
Figure BDA0002694111610000031
作为优选，所述所述交联剂为过氧化异丙基碳酸叔丁酯、过氧化二异丙苯或辛基酚醛树脂中的一种或多种的组合。
作为优选，所述三元乙丙橡胶的门尼粘度为20～130，乙烯含量为50～75％，第三单体为乙叉降冰片烯或双环戊二烯且含量为4～20％。
作为优选，所述聚烯烃树脂为聚乙烯、聚丙烯或者聚乙烯和聚丙烯的混合物。
作为优选，所述丁苯橡胶为热塑性苯乙烯类嵌段共聚物，数均分子量50000-300000的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物或氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。
作为优选，所述无机填料为碳酸钙、滑石粉或白炭黑中的一种或多种的组合。
作为优选，所述助交联剂为二苯甲烷马来酰亚胺、三异丙基异氰酸酯、或氯化亚锡中的一种或多种的组合。
本发明还提供一种改善常温压缩永久变形的TPV弹性体的制备方法，包括如下步骤：
A)、按组分要求称取适量三元乙丙橡胶、聚烯烃树脂、无机填料，在高速混合机中混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出造粒，得到中间体；
B)、将步骤A)所得的中间体加入交联剂和助交联剂，经高速混合机混合均匀，在双螺杆挤出机中动态硫化造粒，在造粒过程中，通过液体喂料口加入白油，制得TPV弹性体颗粒；
C)、将步骤B)所得的TPV弹性体颗粒与充入白油的丁苯橡胶在高速混合机中混合均匀后，加抗氧剂、润滑剂、光稳定剂等经双螺杆挤出机挤出造粒后制得改善常温压缩永久变形的TPV弹性体。
进一步，所述双螺杆挤出机工艺条件为温度160～220℃、转速200～320rpm；将上述改善常温压缩永久变形的TPV弹性体采用立式注塑机在200℃条件下注塑厚度3mm的样片，测定材料的硬度，采用万能制样机制备拉伸样条，测定材料的拉伸强度和断裂伸长率。并注塑厚度12.5mm、直径29mm的圆柱形压缩块，测定材料的压缩永久变形，测试条件为常温：23℃、72h；高温：70℃、22h。
本发明的有益效果是：本发明所提供的改善常温压缩永久变形的TPV弹性体及其制备方法，采用耐候性优异的三元乙丙橡胶与聚烯烃树脂、无机填料混合均匀后加入硫化剂，经过双螺杆挤出机动态硫化造粒，并在过程中充入白油，使交联的三元乙丙橡胶颗粒均匀的分散在聚烯烃树脂中，再与充入白油的热塑性丁苯橡胶在高速混合机中混合均匀后经双螺杆挤出机挤出造粒，使TPV弹性体既具有较好的耐温性及耐候性，又有较好的常温下弹性，更接近于热固性橡胶，且容易加工，拓宽了TPV弹性体的应用领域。
具体实施方式：
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
一种改善常温压缩永久变形的TPV弹性体的制备方法，按照重量份数计原料配方如表1所示：
表1
Figure BDA0002694111610000041
Figure BDA0002694111610000051
其中：所述三元乙丙橡胶门尼粘度为65～75，乙烯含量为60～75％，第三单体为乙叉降冰片烯含量为4～8％。所述聚丙烯为丙烯均聚物，熔融指数2～4g/10min。所述丁苯橡胶为台橡SEBS 6151。所述环烷油40℃运动粘度为120～200。
具体步骤如下：
A)、按配方分量称取三元乙丙橡胶、聚烯烃树脂、无机填料、部分润滑剂，在高速混合机中混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出造粒，得到中间体1；
B)、将步骤A)所得的中间体1加入交联剂和助交联剂，与加入10份白油的丁苯橡胶经高速混合机混合均匀，在双螺杆挤出机中动态硫化造粒，在造粒过程中，通过液体喂料口加入剩余20份白油，制得改善常温压缩永久变形的TPV弹性体颗粒1。
其中：所述双螺杆挤出机螺杆直径为75mm，长径比为52，工艺条件为温度160～200℃、转速200～320rpm。
将上述改善常温压缩永久变形的TPV弹性体采用立式注塑机在200℃条件下注塑厚度3mm的样片，测定材料的硬度，采用万能制样机制备拉伸样条，测定材料的拉伸强度和断裂伸长率。并注塑厚度12.5mm、直径29mm的圆柱形压缩块，测定材料的压缩永久变形，测试条件为常温：23℃、72h；高温：70℃、22h。
实施例2
一种改善常温压缩永久变形的TPV弹性体的制备方法，按照重量份数计原料配方如表2所示：
表2
原材料名称 重量份数
三元乙丙橡胶 40
聚烯烃树脂 聚丙烯 20
丁苯橡胶 SEBS 30
交联剂 过氧化异丙基碳酸叔丁酯 0.2
交联助剂 二苯甲烷马来酰亚胺 1
白油 环烷油 30
无机填料 碳酸钙 10
抗氧剂 1010 0.3
光稳定剂 531 0.3
润滑剂 聚乙烯蜡 0.8
其中：所述三元乙丙橡胶门尼粘度为65～75，乙烯含量为60～75％，第三单体为乙叉降冰片烯含量为4～8％。所述聚丙烯为丙烯均聚物，熔融指数2～4g/10min。所述丁苯橡胶为台橡SEBS 6151。所述环烷油40℃运动粘度为120～200。
实施例2相比于实施例1，增加了丁苯橡胶的加入量，提高材料的性能，选用抗氧剂1010替换抗氧剂264。
具体制备方法、设备工艺参数同实施例1。制得改善常温压缩永久变形的TPV弹性体2。
实施例3
一种改善常温压缩永久变形的TPV弹性体的制备方法，按照重量份数计原料配方如表3所示：
表3
原材料名称 重量份数
三元乙丙橡胶 40
聚烯烃树脂 聚丙烯 20
丁苯橡胶 SEBS 20
交联剂 过氧化异丙基碳酸叔丁酯 0.2
交联助剂 二苯甲烷马来酰亚胺 1
白油 环烷油 30
无机填料 碳酸钙 10
抗氧剂 264 0.3
光稳定剂 531 0.3
润滑剂 聚乙烯蜡 0.8
其中：所述三元乙丙橡胶门尼粘度为65～75，乙烯含量为60～75％，第三单体为乙叉降冰片烯含量为4～8％。所述聚丙烯为丙烯均聚物，熔融指数2～4g/10min。所述丁苯橡胶为台橡SEBS 6151。所述环烷油40℃运动粘度为120～200。
具体步骤如下：
A)、按组分要求称取适量三元乙丙橡胶、聚烯烃树脂、无机填料，在高速混合机中混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出造粒，得到中间体；
B)、将步骤A)所得的中间体加入交联剂和助交联剂，经高速混合机混合均匀，在双螺杆挤出机中动态硫化造粒，在造粒过程中，通过液体喂料口加入20份白油，制得TPV弹性体颗粒；
C)、将步骤B)所得的TPV弹性体颗粒与充入10份白油的丁苯橡胶在高速混合机中混合均匀后，加抗氧剂、润滑剂、光稳定剂等经双螺杆挤出机挤出造粒后制得改善常温压缩永久变形的TPV弹性体3。
其中：所述双螺杆挤出机螺杆直径为75mm，长径比为52，工艺条件为温度160～200℃、转速200～320rpm。
实施例3相比于实施例1，原材料种类及配比没有变化，工艺发生了改变。TPV颗粒动态硫化后再与充油后的丁苯橡胶在第三步进行共混，避免丁苯橡胶影响三元乙丙橡胶的动态硫化及吸油，材料性能更优异。
实施例4
一种改善常温压缩永久变形的TPV弹性体的制备方法，按照重量份数计原料配方如表4所示：
表4
原材料名称 重量份数
三元乙丙橡胶 40
聚烯烃树脂 聚丙烯 20
丁苯橡胶 SEBS 30
交联剂 过氧化异丙基碳酸叔丁酯 0.2
交联助剂 二苯甲烷马来酰亚胺 1
白油 环烷油 30
无机填料 碳酸钙 10
抗氧剂 1010 0.3
光稳定剂 531 0.3
润滑剂 聚乙烯蜡 0.8
其中：所述三元乙丙橡胶门尼粘度为65～75，乙烯含量为60～75％，第三单体为乙叉降冰片烯含量为4～8％。所述聚丙烯为丙烯均聚物，熔融指数2～4g/10min。所述丁苯橡胶为台橡SEBS 6151。所述环烷油40℃运动粘度为120～200。
实施例4相比于实施例2，材料种类及配比没有变化，工艺发生了改变。。
具体制备方法、设备工艺参数同实施例3。制得改善常温压缩永久变形的TPV弹性体4。
实施例1、2、3、4主要阐述加入不同份数的丁苯橡胶以及不同工艺方法对材料性能的影响,将检测结果进行对比，结果如表5所示：
表5
Figure BDA0002694111610000091
由对比可知，在动态硫化前加入丁苯橡胶影响了三元乙丙橡胶的交联及分散，材料的硬度、强度和压缩都相对较差，而使用三步法工艺材料物理性能有较大提升，常温压缩永久变形明显降低。
实施例5
一种改善常温压缩永久变形的TPV弹性体的制备方法，按照重量份数计原料配方如表6所示：
表6
Figure BDA0002694111610000092
Figure BDA0002694111610000101
其中：所述三元乙丙橡胶门尼粘度为65～75，乙烯含量为60～75％，第三单体为乙叉降冰片烯含量为4～8％。所述聚丙烯为丙烯均聚物，熔融指数2～4g/10min。所述丁苯橡胶为科腾SEBS 1651。所述石蜡油40℃运动粘度为80～120。
实施例5相比于实施例4，改变了SEBS的种类，并且将环烷油换为石蜡油。
具体制备方法、设备工艺参数同实施例4。制得改善常温压缩永久变形的TPV弹性体5。
实施例6
一种改善常温压缩永久变形的TPV弹性体的制备方法，按照重量份数计原料配方如表7所示：
表7
Figure BDA0002694111610000102
Figure BDA0002694111610000111
其中：所述三元乙丙橡胶门尼粘度为65～75，乙烯含量为60～75％，第三单体为乙叉降冰片烯含量为4～8％。所述聚丙烯为丙烯均聚物，熔融指数2～4g/10min。所述丁苯橡胶为科腾SEBS 1651。所述石蜡油40℃运动粘度为80～120。
实施例6相比于实施例5，减少三元乙丙橡胶份数，增加丁苯橡胶的份数，将光稳定剂531换为326。
具体制备方法、设备工艺参数同实施例4。制得改善常温压缩永久变形的TPV弹性体6。
实施例7
一种改善常温压缩永久变形的TPV弹性体的制备方法，按照重量份数计原料配方如表8所示：
表8
Figure BDA0002694111610000112
Figure BDA0002694111610000121
其中：所述三元乙丙橡胶门尼粘度为65～75，乙烯含量为60～75％，第三单体为乙叉降冰片烯含量为4～8％。所述聚丙烯为丙烯均聚物，熔融指数2～4g/10min。所述丁苯橡胶为科腾SEBS 1651。所述石蜡油40℃运动粘度为80～120。
实施例7相比于实施例6，减少了聚丙烯、白油的份数，增加了交联剂的加入量。
具体制备方法、设备工艺参数同实施例4。制得改善常温压缩永久变形的TPV弹性体7。
实施例5、6、7主要阐述更换原材料后，工艺相同的情况下原料配比不同对产品力学性能和压缩永久变形的影响,
对比例
普通TPV弹性体的制备方法，按照重量份数计原料配方如表9所示：
表9
Figure BDA0002694111610000122
Figure BDA0002694111610000131
其中：所述三元乙丙橡胶门尼粘度为65～75，乙烯含量为60～75％，第三单体为乙叉降冰片烯含量为4～8％。所述聚丙烯为丙烯均聚物，熔融指数2～4g/10min。所述石蜡油40℃运动粘度为80～120。
对比例相比于实施例7，没有加入没有加入丁苯橡胶进行共混。
具体步骤如下：
A)、按组分要求称取适量三元乙丙橡胶、聚烯烃树脂、无机填料，在高速混合机中混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出造粒，得到中间体；
B)、将步骤A)所得的中间体加入交联剂和助交联剂，经高速混合机混合均匀，在双螺杆挤出机中动态硫化造粒，在造粒过程中，通过液体喂料口加入白油，制得TPV弹性体颗粒。
将实施例5、6、7与对比例的检测结果进行对比，结果如表10所示：
表10
Figure BDA0002694111610000141
从表中可以看出，与普通TPV相比，加入丁苯橡胶共混后，TPV材料的拉伸强度大幅提高，并且常温压缩永久变形明显降低，手感及弹性有较好的改善，并且高温压缩永久变形没有明显变差，其综合性能有所提升。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (9)

1.改善常温压缩永久变形的TPV弹性体，其特征在于，由下列重量份的原料制成：
Figure FDA0002694111600000011
2.根据权利要求1所述的改善常温压缩永久变形的TPV弹性体，其特征在于，所述交联剂为过氧化异丙基碳酸叔丁酯、过氧化二异丙苯或辛基酚醛树脂中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的改善常温压缩永久变形的TPV弹性体，其特征在于，所述三元乙丙橡胶的门尼粘度为20～130，乙烯含量为50～75％，第三单体为乙叉降冰片烯或双环戊二烯且含量为4～20％。
4.根据权利要求1所述的改善常温压缩永久变形的TPV弹性体，其特征在于，所述聚烯烃树脂为聚乙烯、聚丙烯或者聚乙烯和聚丙烯的混合物。
5.根据权利要求1所述的改善常温压缩永久变形的TPV弹性体，其特征在于，所述丁苯橡胶为热塑性苯乙烯类嵌段共聚物，数均分子量50000-300000的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物或氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。
6.根据权利要求1所述的改善常温压缩永久变形的TPV弹性体，其特征在于，所述无机填料为碳酸钙、滑石粉或白炭黑中的一种或多种的组合。
7.根据权利要求1所述的改善常温压缩永久变形的TPV弹性体，其特征在于，所述助交联剂为二苯甲烷马来酰亚胺、三异丙基异氰酸酯、或氯化亚锡中的一种或多种的组合。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的改善常温压缩永久变形的TPV弹性体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A)、按组分要求称取适量三元乙丙橡胶、聚烯烃树脂、无机填料，在高速混合机中混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出造粒，得到中间体；
B)、将步骤A)所得的中间体加入交联剂和助交联剂，经高速混合机混合均匀，在双螺杆挤出机中动态硫化造粒，在造粒过程中，通过液体喂料口加入白油，制得TPV弹性体颗粒；
C)、将步骤B)所得的TPV弹性体颗粒与充入白油的丁苯橡胶在高速混合机中混合均匀后，加抗氧剂、润滑剂、光稳定剂等经双螺杆挤出机挤出造粒后制得改善常温压缩永久变形的TPV弹性体。
9.根据权利要求8所述的改善常温压缩永久变形的TPV弹性体的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机工艺条件为温度160～220℃、转速200～320rpm；将上述改善常温压缩永久变形的TPV弹性体采用立式注塑机在200℃条件下注塑厚度3mm的样片，测定材料的硬度，采用万能制样机制备拉伸样条，测定材料的拉伸强度和断裂伸长率，并注塑厚度12.5mm、直径29mm的圆柱形压缩块，测定材料的压缩永久变形，测试条件为常温：23℃、72h；高温：70℃、22h。
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