CN101284919A - 一种坡缕石-丁苯橡胶复合阻燃材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了坡缕石－丁苯橡胶复合阻燃材料，它是由粉碎到100～5000目的坡缕石粉体与丁苯橡胶以1∶0.1～1∶5的质量比混炼而成。本发明的阻燃材料属磷－氮系复配阻燃材料，受热时，在聚合物表面形成一层玻璃状覆盖物，并且放出氮气和水，降低气相中的氧气浓度。遇火时其表面可迅速形成致密膨胀碳层，这种碳层能有效阻隔热量传递和可燃物与空气的接触，同时能抑制烟雾的产生，更不会产生卤化氢等腐蚀性气体，因此具有良好的阻燃、抑烟作用，环保，无污染。经测定，本发明的复合阻燃材料的氧指数可达到29以上，燃烧性能均达UL94 V－0级。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种丁苯橡胶复合阻燃材料，尤其涉及一种以坡缕石为阻燃剂制备的坡缕石-丁苯橡胶复合阻燃材料。
背景技术
丁苯橡胶(styrene butadiene rubber)，是由丁二烯和苯乙烯共聚而得到合成橡胶。丁苯橡胶的外观呈浅黄褐色，微带苯乙烯气味。它的线型大分子整体结构呈无定形，不像天然橡胶那样有结晶化倾向。它的大分子链段中含有双键，可以用硫磺硫化。丁苯橡胶大部分用于轮胎工业，其它产品有汽车零件、工业制品、电线和电缆包皮、胶管、胶带、鞋类、运动器件和玩具等。 但由于丁苯橡胶在空气中易燃，故其应用在很大程度上受到了限制。因此，对丁苯橡胶的阻燃势在必行。
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。
坡缕石晶体内有与其长度方向一致的孔径为0.32×0.73nm的微孔，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的水蒸气特别对磷系阻燃剂有利，并且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。坡缕石具有不挥发、价格低廉、兼有阻燃、抑烟和降低有毒气体的功能，所以是理想的无公害阻燃剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种阻燃效果好，成本低，无环境污染的坡缕石-丁苯橡胶复合阻燃材料。
本发明的坡缕石-丁苯橡胶复合阻燃材料，是由丁苯橡胶与阻燃剂以混炼而成；其中阻燃剂采用粒度为100～5000目的坡缕石粉体，且丁苯橡胶与坡缕石粉体的质量比为1∶0.1～1∶5。
所述阻燃剂也可以采用粒度为100～5000目的坡缕石粉体与氢氧化铝或/和磷酸三聚氰胺复配而得的复合阻燃剂。当阻燃剂由坡缕石粉体与氢氧化铝或磷酸三聚氰胺复配时，二者的质量比为1∶0.1～1∶10；当阻燃剂由坡缕石粉体与氢氧化铝、磷酸三聚氰胺三者复配时，三者的质量比1∶0.1∶0.1～1∶10∶10。
本发明的坡缕石-丁苯橡胶复合阻燃材料，是以机械参混、密炼的方式混炼而成。
本发明采用复合阻燃剂，在混炼时，可以先以坡缕石粉体、三聚氰胺或/和氢氧化铝进行复配，形成复合阻燃剂，再将丁苯橡胶与复合阻燃剂进行混炼；也可以将坡缕石粉体、磷酸三聚氰胺或/和氢氧化铝分别与丁苯橡胶直接进行混炼。
本发明采用坡缕石粉体、磷酸三聚氰胺和/或氢氧化铝复配而得的复合阻燃剂，使三者的阻燃功能相互促进，大大提高了丁苯橡胶材料的阻燃性能。坡缕石晶体内有与其长度方向一致的孔径为0.32×0.73nm的微孔，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的水蒸气特别对磷系阻燃剂有利，并且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。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，能降低阻燃剂的添加量，也可使材料的阻燃性能更加优越。经测定，本发明的复合阻燃材料的氧指数可达到29以上，燃烧性能均达UL94 V-0级。
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、本发明的坡缕石-丁苯橡胶复合阻燃材料，具有良好的阻燃性能。经测定，其氧指数可达到29以上，燃烧性能均达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、本发明的坡缕石-丁苯橡胶复合阻燃材料，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坡缕石-丁苯橡胶复合阻燃材料的制备和阻燃效果。
实施例1：将天然坡缕石处理后粉碎至100～5000目(下同)，再将坡缕石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混合均匀，得坡缕石复配阻燃剂。再将坡缕石复配阻燃剂与丁苯橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼，得丁苯橡胶复合阻燃材料。经测定，其氧指数可达到29.2，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例2：将坡缕石粉体与氢氧化铝按1∶1的质量比以机械掺混的方式混合均匀，得坡缕石复配阻燃剂。再将坡缕石复配阻燃剂与丁苯橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼，得丁苯橡胶复合阻燃材料。经测定，其氧指数可达到29，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例3：将缕石粉体、氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200按10∶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苯橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼，得丁苯橡胶复合阻燃材料。经测定，其氧指数可达到29.6，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例4：将缕石粉体、氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200按5∶2∶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苯橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼，得丁苯橡胶复合阻燃材料。经测定，其氧指数可达到30，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例5：将缕石粉体、氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200按1∶10∶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苯橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼，得丁苯橡胶复合阻燃材料。经测定，其氧指数可达到30.3，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例6：将缕石粉体、氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200按1∶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苯橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼，得丁苯橡胶复合阻燃材料。经测定，其氧指数可达到30.6，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例7：将缕石粉体、氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200按1∶10∶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苯橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼，得丁苯橡胶复合阻燃材料。经测定，其氧指数可达到35，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例8：将缕石粉体、氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200按2∶1 0∶5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苯橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼，得丁苯橡胶复合阻燃材料。经测定，其氧指数可达到29.6，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例9：将缕石粉体、氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200按1∶5∶5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苯橡胶以2∶1的质量比用橡塑机混炼，得丁苯橡胶复合阻燃材料。经测定，其氧指数可达到31.4，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例10：将缕石粉体、氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200按1∶2∶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苯橡胶以3∶1的质量比用橡塑机混炼，得丁苯橡胶复合阻燃材料。经测定，其氧指数可达到33.2，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例11：将缕石粉体、氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200按1∶3∶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苯橡胶以4∶1的质量比用橡塑机混炼，得丁苯橡胶复合阻燃材料。经测定，其氧指数可达到34.1，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例12：将缕石粉体、氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200按2∶9∶5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苯橡胶以5∶1的质量比用橡塑机混炼，得丁苯橡胶复合阻燃材料。经测定，其氧指数可达到34.8，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例13：将缕石粉体、氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200按10∶5∶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苯橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼，得丁苯橡胶复合阻燃材料。经测定，其氧指数可达到29.6，燃烧性能为UL94 V-0级。
实施例14：将缕石粉体、氢氧化铝和磷酸三聚氰胺MP-200按10∶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苯橡胶以1∶1的质量比用橡塑机混炼，得丁苯橡胶复合阻燃材料。经测定，其氧指数可达到29.8，燃烧性能为UL94 V-0级。
Claims (4)
1、一种坡缕石-丁苯橡胶复合阻燃材料，是由丁苯橡胶与阻燃剂混炼而成；其特征在于：所述阻燃剂为粒度为100～5000目的坡缕石粉体，且丁苯橡胶与坡缕石粉体的质量比为1∶0.1～1∶5。
2、如权利要求1所述坡缕石-丁苯橡胶复合阻燃材料，其特征在于：所述阻燃剂是由粒度为100～5000目的坡缕石粉体与氢氧化铝或/和磷酸三聚氰胺复配而得的复合阻燃剂。
3、如权利要求2所述坡缕石-丁苯橡胶复合阻燃材料，其特征在于：所述阻燃剂是由坡缕石粉体与氢氧化铝或磷酸三聚氰胺以1∶0.1～1∶10的质量比复配而得。
4、如权利要求2所述坡缕石-丁苯橡胶复合阻燃材料，其特征在于：所述阻燃剂是由坡缕石粉体与氢氧化铝、磷酸三聚氰胺以1∶0.1∶0.1～1∶10∶10的质量比复配而得。
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|---|---|---|---|---|
| CN102352057A (zh) * | 2011-09-08 | 2012-02-15 | 西北师范大学 | 无卤复合阻燃剂及在制备阻燃热塑性弹性体复合材料中的应用 |
| CN102888029A (zh) * | 2012-10-19 | 2013-01-23 | 上海工程技术大学 | 含有凹凸棒土阻燃剂的阻燃天然橡胶及其制备方法 |
| CN105418975A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-03-23 | 西北师范大学 | 一种用于制备聚乙烯材料的无卤低烟阻燃剂 |
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2008
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