CN101161709A - 丁腈橡胶阻燃复合材料及其制备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种丁腈橡胶阻燃复合材料，是由丁腈橡胶与阻燃剂以10∶1～1∶1的重量比混炼而成，其中阻燃剂是由粉碎到100～5000目的坡缕石粉体与三聚氰胺或/和红磷复配而得的复合阻燃剂。经检测，本发明丁腈橡胶阻燃复合材料的其氧指数在29以上，最高可达到34，燃烧性能燃烧性能为UL94－V1～UL94－V0级。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种丁腈橡胶复合材料，尤其涉及一种丁腈橡胶阻燃复合材料及其制备。
背景技术
丁腈橡胶(nitrile butadiene rubber)，简称NBR，由丁二烯与丙烯腈共聚而制得，是一种耐油(尤其是烷烃油)、耐老化性能较好的合成橡胶。丁腈橡胶中丙烯腈含量越高，其耐油性越好，但耐寒性则相应下降。丁腈橡胶可以在120℃的空气中或在150℃的油中长期使用。此外，丁腈橡胶还具有良好的耐水性、气密性及优良的粘结性能，被用于制备各种耐油橡胶制品、电缆胶材料等，在汽车、航空、石油、复印等行业中得到广泛应用。但由于丁腈橡胶在空气中易燃，使其应用在很大程度上受到了限制。因此，丁腈橡胶的阻燃势在必行。
目前，国内高分子材料中使用的常规阻燃剂，占主导地位的还是卤系(如十溴联苯醚)、磷--卤系(含卤素的磷酸酯)阻燃剂。采用含有卤素的阻燃剂阻燃的高分子材料在燃烧时使烟、毒气和腐蚀性气体的生成大大增加，在使用过程中，必须加入氧化锑或锑酸钠作为协效剂，但锑资源也有限。无卤磷-氮系阻燃剂是以磷、氮为主要成份的阻燃剂，它不含卤素，也不采用氧化锑为协效剂，其因低烟、低毒，并且具有高效阻燃作用，已经成功地应用于一些受热不结炭的聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等高分子材料中。
坡缕石是一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物，由于形成条件苛刻，因而是世界性稀缺的环境矿物材料。坡缕石密度低，颜色较淡，与高分子复合后不会严重影响其重量和透明性；坡缕石硬度在2～2.5，容易加工成纳米-微米级颗粒；坡缕石的微孔结构，使其对气体有着强吸附作用，中空隔热绝热能够阻断热的传递，它的吸水和保水性能，在高温下能产生水蒸气阻断氧气，坡缕石本身不挥发，效果持久、价格低廉、烟雾小，兼有阻燃、抑烟和降低有毒气体的功能，是一种理想的无公害阻燃材料。
发明内容
本发明的目的是为了解决丁腈橡胶易燃的问题，提供一种丁腈橡胶阻燃复合材料及其制备方法。
本发明的丁腈橡胶阻燃复合材料，是由丁腈橡胶与阻燃剂混炼而成。
为了使丁腈橡胶的各种性能不受影响，本发明将丁腈橡胶与阻燃剂与以10∶1～1∶1的重量比进行混炼。
为了使丁腈橡胶阻燃复合材料具有良好的阻燃性能，本发明的阻燃剂是由粉碎到100～5000目的坡缕石粉体与三聚氰胺或/和红磷复配而得的复合阻燃剂。实验证明，坡缕石粉体与三聚氰胺或/和红磷以10∶1～1∶10的重量比进行复配，都具有很好的阻燃效果。
由于坡缕石孔内含有大量的阻燃元素镁，铝和不同性质的水，如结晶水、羟基结构水、沸石分子水和包结水等，这些水在高温下产生大量的水蒸气；而红磷在受热时，先解聚为P4，然后再吸收坡缕石粉体产生的水汽水化成磷酸，磷酸进一步缩合成聚偏磷酸，在聚合物表面形成玻璃状覆盖物，并放出氮气和水，降低了气相中的氧气浓度，抑制了燃烧，从而发挥了红磷的凝聚相阻燃作用。另外，坡缕石的多孔和中空结构对气体有着强吸附作用，中空隔热绝热能够阻断热的传递，这些特点使其具有良好的阻燃性能。聚偏磷酸的生成与坡缕石的多孔、中空结构结合，使燃烧形成炭化层，阻止了热量和氧气的进入，也阻止了热解产生的小分子可燃性气体进入气相，从而又达到了气相阻燃的目的。聚偏磷酸的生成与坡缕石多孔和中空结构的存在，使燃烧形成炭化层，阻止了热量和氧气的进入，也阻止了热解产生的小分子可燃性气体进入气相，从而又达到了气相阻燃的目的。因此，本发明的丁腈橡胶阻燃复合材料具有很好的阻燃性能。经检测，本发明丁腈橡胶阻燃复合材料的其氧指数在29以上，最高可达到34，燃烧性能燃烧性能为UL94-V1～UL94-V0级。
由于坡缕石具有不挥发、兼有阻燃、抑烟和降低有毒气体的功能，而且三聚氰胺或/和红磷属于无卤磷-氮系阻燃剂，其优点是低烟、低毒，所以，以坡缕石与三聚氰胺或/和红磷为复合阻燃剂混炼的丁腈橡胶阻燃复合材料具有燃烧时烟雾少，生成的炭层能有效防止聚合物的熔滴等优点，燃烧时不产生有毒气体，是一种环保、无污染的新型阻燃材料。
本发明采用的坡缕石复合阻燃剂来源广泛，价格低廉，从而大大降低了阻燃材料的成本，对阻燃材料的工业化生产有巨大的推动作用。
本发明的丁腈橡胶阻燃复合材料是以机械参混、密炼的方式混炼而成。其生产工艺简单，操作方便，易于工业化生产。
由于本发明采用的阻燃剂是复合阻燃剂，在混炼时，可以先以坡缕石粉体、三聚氰胺或/和红磷以10∶1～1∶10的重量比进行复配，形成复合阻燃剂，再将丁腈橡胶与复合阻燃剂以10∶1～1∶1的重量比进行混炼；也可以将丁腈橡胶、坡缕石粉体、三聚氰胺或/和红磷直接进行混炼。
具体实施方式
下面通过实例进一步说明丁腈橡胶阻燃复合材料的阻燃效果：
实施例1：将天然坡缕石精选后粉碎至100～5000目(颗粒度为0.26-2.00um，下同)，再将坡缕石粉体与三聚氰胺按1∶1的质量比以机械掺混的方式充分混合得坡缕石复合阻燃剂；然后将所得坡缕石复合阻燃剂与丁腈橡胶以1∶10的质量比充分混合，以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得丁腈橡胶阻燃复合材料。经测定，其氧指数可达到28，燃烧性能为UL94-V1级。
实施例2：将坡缕石粉体与红磷按1∶1的质量比以机械掺混的方式充分混合得坡缕石复合阻燃剂；然后将所得坡缕石复合阻燃剂与丁腈橡胶以1∶8的质量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得丁腈橡胶阻燃复合材料。经测定，其氧指数可达到29，燃烧性能为UL94-V1级。
实施例3：将缕石粉体与红磷和三聚氰胺混合物(混合物中红磷和三聚氰胺的质量比例为1∶1)按1∶1的质量比以机械掺混的方式充分混合得坡缕石复合阻燃剂；然后将所得坡缕石复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶6的质量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得丁腈橡胶阻燃复合材料。经测定，其氧指数可达到31，燃烧性能为UL94-V0级。
实施例4：将坡缕石粉体与红磷和三聚氰胺的混合物(混合物中红磷和三聚氰胺的质量比例为1∶2)按1∶2的质量比以机械掺混的方式充分混合得坡缕石复合阻燃剂；然后将所得坡缕石复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶7的质量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得丁腈橡胶阻燃复合材料。经测定，其氧指数可达到30，燃烧性能为UL94-V0级。
实施例5：将坡缕石粉体与红磷和三聚氰胺的混合物(混合物中红磷和三聚氰胺的质量比例为1∶3)按1∶3的质量比以机械掺混的方式充分混合得坡缕石复合阻燃剂；然后将所得坡缕石复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶9的质量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得丁腈橡胶阻燃复合材料。经测定，其氧指数可达到28，燃烧性能为UL94-V1级。
实施例6：将坡缕石粉体与红磷和三聚氰胺的混合物(混合物中红磷和三聚氰胺的质量比例为1∶4)按1∶4的质量比以机械掺混的方式充分混合得坡缕石复合阻燃剂；然后将所得坡缕石复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶6的质量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得丁腈橡胶阻燃复合材料。经测定，其氧指数可达到30.5，燃烧性能为UL94-V0级。
实施例7：将坡缕石粉体与红磷和三聚氰胺的混合物(混合物中红磷和三聚氰胺的质量比例为1∶5)按1∶7的质量比以机械掺混的方式充分混合得坡缕石复合阻燃剂；然后将所得坡缕石复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶4的质量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得丁腈橡胶阻燃复合材料。经测定，其氧指数可达到29.5，燃烧性能为UL94-V1级。
实施例8：将坡缕石粉体与红磷和三聚氰胺的混合物(混合物中红磷和三聚氰胺的质量比例为1∶6)按1∶6的质量比以机械掺混的方式充分混合得坡缕石复合阻燃剂；然后将所得坡缕石复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶3的质量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到32，燃烧性能为UL94-V0级。
实施例9：将坡缕石粉体与红磷和三聚氰胺的混合物(混合物中红磷和三聚氰胺的质量比例为1∶7)按1∶7的质量比以机械掺混的方式充分混合得坡缕石复合阻燃剂；然后将所得坡缕石复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶4的质量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得丁腈橡胶阻燃复合材料。经测定，其氧指数可达到31，燃烧性能为UL94-V0级。
实施例10：将坡缕石粉体与红磷和三聚氰胺的混合物(混合物中红磷和三聚氰胺的质量比例为1∶8)按1∶8的质量比以机械掺混的方式充分混合得坡缕石复合阻燃剂；然后将所得坡缕石复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶3的质量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到33，燃烧性能为UL94-V0级。
实施例11：将坡缕石粉体与红磷和三聚氰胺的混合物(混合物中红磷和三聚氰胺的质量比例为1∶9)按1∶9的质量比以机械掺混的方式充分混合得坡缕石复合阻燃剂；然后将所得坡缕石复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶5的质量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得丁腈橡胶阻燃复合材料。经测定，其氧指数可达到30.5，燃烧性能为UL94-V0级。
实施例12：将坡缕石粉体与红磷和三聚氰胺的混合物(混合物中红磷和三聚氰胺的质量比例为1∶10)按1∶10的质量比以机械掺混的方式充分混合得坡缕石复合阻燃剂；然后将所得坡缕石复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶10的质量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到30，燃烧性能为UL94-V0级。
实施例13：将坡缕石粉体与红磷和三聚氰胺的混合物(混合物中红磷和三聚氰胺的质量比例为1∶1)按1∶2的质量比以机械掺混的方式充分混合得坡缕石复合阻燃剂；然后将所得坡缕石复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶2的质量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得丁腈橡胶阻燃复合材料。经测定，其氧指数可达到30.5，燃烧性能为UL94-V0级。
实施例14：将坡缕石粉体与红磷和三聚氰胺的混合物(混合物中红磷和三聚氰胺的质量比例为1∶2)按1∶4的质量比以机械掺混的方式充分混合得坡缕石复合阻燃剂；然后将所得坡缕石复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶3的质量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得丁腈橡胶阻燃复合材料。经测定，其氧指数可达到31，燃烧性能为UL94-V0级。
实施例15：将坡缕石粉体与红磷和三聚氰胺的混合物(混合物中红磷和三聚氰胺的质量比例为1∶3)按1∶6的质量比以机械掺混的方式充分混合得坡缕石复合阻燃剂；然后将所得坡缕石复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶4的质量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到32，燃烧性能为UL94-V0级。
实施例16：将坡缕石粉体与红磷和三聚氰胺的混合物(混合物中红磷和三聚氰胺的质量比例为1∶4)按1∶8的质量比以机械掺混的方式充分混合得坡缕石复合阻燃剂；然后将所得坡缕石复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶5的质量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得丁腈橡胶阻燃复合材料。经测定，其氧指数可达到32.5，燃烧性能为UL94-V0级。
实施例17：将坡缕石粉体与红磷和三聚氰胺的混合物(混合物中红磷和三聚氰胺的质量比例为1∶5)按1∶10的质量比以机械掺混的方式充分混合得坡缕石复合阻燃剂；然后将所得坡缕石复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶6的质量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到34，燃烧性能为UL94-V0级。
实施例18：将坡缕石粉体、红磷和三聚氰胺直接与丁腈橡胶按1∶1∶1∶10的质量比以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到32，燃烧性能为UL94-V0级。
实施例19：将坡缕石粉体、红磷和三聚氰胺直接与丁腈橡胶按1∶2∶1∶9的质量比以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到33，燃烧性能为UL94-V0级。
实施例20：将坡缕石粉体、红磷和三聚氰胺直接与丁腈橡胶按1∶1∶2∶8的质量比以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到32，燃烧性能为UL94-V0级。
实施例21：将坡缕石粉体、红磷和三聚氰胺直接与丁腈橡胶按1∶1∶3∶9的质量比以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到34，燃烧性能为UL94-V0级。
Claims (6)
1.一种丁腈橡胶阻燃复合材料，是由丁腈橡胶与阻燃剂以10∶1～1∶1的质量比混炼而成。
2.如权利要求1所述的丁腈橡胶阻燃复合材料，其特征在于：所述阻燃剂是由粉碎到100～5000目的坡缕石粉体与三聚氰胺或/和红磷复配而得的复合阻燃剂。
3.如权利要求2所述的丁腈橡胶阻燃复合材料，其特征在于：所述坡缕石粉体、三聚氰胺以10∶1～1∶10的质量比进行复配。
4.如权利要求2所述的丁腈橡胶阻燃复合材料，其特征在于：所述坡缕石粉体、红磷以10∶1～1∶10的质量比进行复配。
5.如权利要求2所述的丁腈橡胶阻燃复合材料，其特征在于：所述坡缕石粉体、三聚氰胺、红磷以1∶0.1∶0.1～1∶10∶10的质量比进行复配。
6.如权利要求1所述丁腈橡胶阻燃复合材料的制备方法，是将丁腈橡胶与阻燃剂以机械参混、密炼的方式混炼而成。
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