CN101280074A - 一种环保型阻燃丁腈橡胶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环保型阻燃丁腈橡胶复合材料，它是由粉碎到100～3000目的黄土粉体与氢氧化铝、磷酸三聚氰胺以一定的比例混合复配成复合阻燃剂，再与丁腈橡胶混炼而成。本发明采用天然黄土及无卤磷－氮系阻燃剂，燃烧时不产生有毒气体，环保，无污染，且阻燃性能好。经测定，其氧指数在28以上，最高可达34，燃烧性能为UL94 V－1～UL94 V－0级。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种丁腈橡胶材料，尤其涉及一种环保型阻燃丁腈橡胶材料及其制备方法。
背景技术
丁腈橡胶，由丁二烯与丙烯腈共聚而制得的一种合成橡胶。是耐油(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(％)有42～46、36～41、31～35、25～30、18～24等五种。丙烯腈含量越多，耐油性越好，但耐寒性则相应下降。它可以在120℃的空气中或在150℃的油中长期使用。此外，它还具有良好的耐水性、气密性及优良的粘结性能，广泛用于制各种耐油橡胶制品、多种耐油垫圈、垫片、套管、软包装、软胶管、印染胶辊、电缆胶材料等，在汽车、航空、石油、复印等行业中成为必不可少的弹性材料。但由于丁腈橡胶在空气中易燃，其应用收到了很大程度上的限制。
氢氧化铝是用量最大和应用最广的无机阻燃添加剂。氢氧化铝作为阻燃剂，不仅能阻燃，防止发烟、不产生滴下物、不产生有毒气体，而且在橡胶中分散均匀，加工性能好，具有良好的阻燃作用，尤其可以满足国内电线、电缆的无卤阻燃的要求。因此，获得较广泛的应用，使用量也在逐年增加。使用范围：热固性塑料、热塑性塑料、合成橡胶、涂料及建材等行业。
磷酸三聚氰胺MP-200，为白色细粉末，不吸湿，且不可燃，磷酸三聚氰胺含量≥98％，磷酸含量≥41％，水含量≤0.5％，粒径≤50μm。同普通磷酸三聚氰胺相比：显著提高了阻燃剂的热分解温度，增加了阻燃剂与聚合物的相容性；增加粉体流动性；提高在燃烧时的膨胀性。适用于PP、PE、EVA等塑料的阻燃及橡胶、热熔胶、油漆、膨胀型防火涂料等的阻燃防火。
黄土，粒径在0.005～0.05毫米之间，物理性质表现为疏松、多孔隙，极易渗水。黄土颗粒之间结合不紧，孔隙度一般在40％～50％。典型的黄土未黄灰色或棕黄色的尘土和粉沙细粒组成，质地均一，我国的黄土的分布，西起甘肃祁连山脉的东端，东至山西、河南、河北交接处的太行山脉，南抵陕西秦岭，北到长城，包括陕西、陕西、宁夏、甘肃、青海等五个省区的220多个县市，面积达54万平方公里，占全国土地面积的百分之六十。黄土的矿物成分有碎屑矿物、粘土矿物及自生矿物3类。碎屑矿物主要是石英、长石和云母，占碎屑矿物的80％，其次有辉石、角闪石、绿帘石、绿泥石、磁铁矿等；此外，黄土中碳酸盐矿物含量较多，主要是方解石。粘土矿物主要是伊利石、蒙脱石、高岭石、针铁矿、含水赤铁矿等。黄土的化学成分以SiO2占优势，其次为Al2O3、CaO，再次为Fe2O3、MgO、K2O、Na2O、FeO、TiO2和MnO等。由于黄土中含有很多的阻燃元素，而且具有无毒、不挥发、价格低廉、抑烟和降低有毒气体的功能，因此用黄土做阻燃剂是有一定的可取性的。
发明内容
本发明的目的是提供一种阻燃效果好，成本低，无环境污染的环保型阻燃丁腈橡胶材料。
本发明环保型阻燃丁腈橡胶材料，是由丁腈橡胶与阻燃剂以1∶0.1～1∶5的质量比混炼而成，其中阻燃剂为粉碎到100～3000目的黄土与氢氧化铝或/和磷酸三聚氰胺复配而得的复合阻燃剂。
当阻燃剂由黄土粉体与氢氧化铝或磷酸三聚氰胺复配时，二者以1∶0.1～1∶10的质量比进行复配。
当阻燃剂由黄土粉体与氢氧化铝、磷酸三聚氰胺进行复配时，三者以1∶0.1∶0.1～1∶10∶10的质量比进行复配。
本发明环保型阻燃丁腈橡胶材料的制备方法，由丁腈橡胶与阻燃剂以机械参混、密炼的方式混炼而成。一般是先将黄土粉体与氢氧化铝或/和磷酸三聚氰胺以机械掺混的方式混合后制得黄土复合阻燃剂，然后将黄土复合阻燃剂与丁腈橡胶以以机械参混、密炼的方式进行混炼。也可以将丁腈橡胶分别与黄土粉体、氢氧化铝和磷酸三聚氰胺进行混炼，得到单组分填充的胶料，然后将单组分填充的胶料进行复合混炼。
本发明采用黄土粉体、氢氧化铝和磷酸三聚氰胺复配而得的复合阻燃剂，使三者的阻燃功能相互促进，大大提高了丁腈橡胶材料的阻燃性能。由于黄土中含有很多的阻燃元素，而且具有无毒、不挥发、价格低廉、抑烟和降低有毒气体的功能；Al(OH)3的掺入，使丁腈橡胶材料温度升至250～300℃时，Al(OH)3便大量吸热并释放出水汽，使材料温升速度减慢、降解减缓。同时Al(OH)3受热分解释放出的水汽，冲稀了可燃性气体，减慢燃烧速度。另外，氢氧化铝失水、吸热降温，使材料不能充分燃烧，在表面形成炭化保护膜，既阻挡氧气的进入，也阻挡了可燃性气体的逸出。该炭化过程避免了烟灰的形成，因此添加氢氧化铝阻燃剂，不仅具有良好的阻燃功能，也具有良好的抑烟功能。但由于氢氧化铝的分解温度低，故复配另一阻燃剂，即磷酸三聚氰胺MP-200。磷酸三聚氰胺MP-200，属于无卤环保型阻燃剂，在燃烧过程中通过产生致密的膨胀碳层达到隔热隔绝空气阻燃的目的，不会产生刺激性卤化氢气体以及黑烟，是一种环保型的阻燃剂。其分解温度高于300℃，与氢氧化铝复配使用，可使材料的阻燃性能更加优越，也能降低阻燃剂的添加量。
经过大量的实验证明，丁腈橡胶与阻燃剂在上述的配比范围内进行配比，对本发明丁腈橡胶材料的物理性能不会有大的影响。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的阻燃型丁腈橡胶材料，以天然黄土与无卤磷-氮系阻燃剂磷酸三聚氰胺和无机阻燃剂氢氧化铝复配而得的复合阻燃剂与丁腈橡胶混炼而成，燃烧时不产生有毒气体，环保，无污染。
2、本发明的阻燃丁腈橡胶材料，具有良好的阻燃性能。经测定，其氧指数可达到28以上，燃烧性能为UL94 V-1～UL94 V-0级。
3、本发明采用的阻燃剂来源广泛，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。
4、本发明的阻燃丁腈橡胶材料，以机械参混、密炼而成，生产工艺简单操作方便，生产成本低。
具体实施方式
下面通过实例进一步说明本发明环保型阻燃丁腈橡胶材料的制备与阻燃效果。
实施例1：将天然黄土精选后粉碎至100～3000目(下同)，再将黄土粉体与磷酸三聚氰胺MP-200按1∶1的质量比以机械掺混的方式充分混合得黄土复合阻燃剂；然后将所得黄土复合阻燃剂与丁腈橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到28.2，燃烧性能为UL94 V-1级。
实施例2：将黄土粉体与氢氧化铝按1∶1的质量比以机械掺混的方式充分混合得黄土复合阻燃剂；然后将所得黄土复合阻燃剂与丁腈橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到28，燃烧性能为UL94 V-1级。
实施例3：将黄土粉体与丁腈橡胶以1∶1的质量比在用橡塑机混炼得黄土填充的丁腈橡胶复合材料，再将氢氧化铝与丁腈橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼得氢氧化铝填充的丁腈橡胶复合材料，再将黄土填充的丁腈橡胶复合材料和氢氧化铝填充的丁腈橡胶复合材料按1∶1的质量比用橡塑机混炼，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到28.5，燃烧性能为UL94 V-1级。
实施例4：将黄土粉体与丁腈橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼得黄土填充的丁腈橡胶复合材料，再将磷酸三聚氰胺MP-200与丁腈橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼得磷酸三聚氰胺MP-200填充的丁腈橡胶复合材料，再将黄土填充的丁腈橡胶复合材料和磷酸三聚氰胺MP-200填充的丁腈橡胶复合材料按1∶1的质量比用橡塑机混炼，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到28.8，燃烧性能为UL94 V-1级。
实施例5：将黄土粉体与氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200混合物按1∶1∶1的质量比以机械掺混的方式充分混合得黄土复配阻燃剂；然后将所得黄土复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶4的质量比用橡塑机混炼，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到28.4，燃烧性能为UL94 V-1级。
实施例6：将黄土粉体与丁腈橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼得黄土填充的丁腈橡胶复合材料，再将磷酸三聚氰胺MP-200与丁腈橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼得磷酸三聚氰胺MP-200填充的丁腈橡胶复合材料，再将氢氧化铝与丁腈橡胶以2∶1的质量比用橡塑机混炼得氢氧化铝填充的丁腈橡胶复合材料，再将黄土填充的丁腈橡胶复合材料、磷酸三聚氰胺MP-200填充的丁腈橡胶复合材料和氢氧化铝填充的丁腈橡胶复合材料按1∶1∶1的质量比用橡塑机混炼，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到29.3，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例7：将黄土粉体与氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200混合物按10∶1∶5的质量比以机械掺混的方式充分混合得黄土复配阻燃剂；然后将所得黄土复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶3的质量比用橡塑机混炼，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到28.6，燃烧性能为UL94 V-1级。
实施例8：将黄土粉体与氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200混合物按1∶10∶1的质量比以机械掺混的方式充分混合得黄土复配阻燃剂；然后将所得黄土复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶2的质量比用橡塑机混炼，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到29.5，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例9：将黄土粉体与氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200混合物按5∶1∶2的质量比以机械掺混的方式充分混合得黄土复配阻燃剂；然后将所得黄土复配阻燃剂与丁腈橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼，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 V-0级。
实施例10：将黄土粉体与氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200混合物按2∶5∶1的质量比以机械掺混的方式充分混合得黄土复配阻燃剂；然后将所得黄土复配阻燃剂与丁腈橡胶以2∶1的质量比用橡塑机混炼，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到31.4，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例11：将黄土粉体与氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200混合物按1∶3∶5的质量比以机械掺混的方式充分混合得黄土复配阻燃剂；然后将所得黄土复配阻燃剂与丁腈橡胶以3∶1的质量比用橡塑机混炼，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到32.3，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例12：将黄土粉体与氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200混合物按1∶5∶10的质量比以机械掺混的方式充分混合得黄土复配阻燃剂；然后将所得黄土复配阻燃剂与丁腈橡胶以4∶1的质量用橡塑机混炼，得阻燃丁腈橡胶复合材料。经测定，其氧指数可达到33.1，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例13：将黄土粉体与氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200混合物按1∶10∶10的质量比以机械掺混的方式充分混合得黄土复配阻燃剂；然后将所得黄土复配阻燃剂与丁腈橡胶以5∶1的质量比用橡塑机混炼，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 V-0级。
实施例14：将黄土粉体与氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200混合物按10∶1∶10的质量比以机械掺混的方式充分混合得黄土复配阻燃剂；然后将所得黄土复配阻燃剂与丁腈橡胶以4∶1的质量比用橡塑机混炼，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 V-0级。
Claims (5)
1、一种环保型阻燃丁腈橡胶材料，是由丁腈橡胶与阻燃剂以1∶0.1～1∶5的质量比混炼而成；其特征在于：所述阻燃剂为粉碎到100～3000目的黄土与氢氧化铝或/和磷酸三聚氰胺复配而得的复合阻燃剂。
2、如权利要求1所述环保型阻燃丁腈橡胶材料，其特征在于：所述阻燃剂由黄土粉体与磷酸三聚氰胺以1∶0.1～1∶10的质量比进行复配。
3、如权利要求1所述的环保型阻燃丁腈橡胶材料，其特征在于：所述阻燃剂由黄土粉体与氢氧化铝以1∶0.1～1∶10的质量比进行复配。
4、如权利要求1所述的环保型阻燃丁腈橡胶材料，其特征在于：所述阻燃剂由黄土与磷酸三聚氰胺、氢氧化铝以1∶0.1∶0.1～1∶10∶10的质量比进行复配。
5、如权利要求1所述的环保型阻燃丁腈橡胶材料的制备方法，由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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