CN102558662A - 具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料及其制备方法 - Google Patents

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闵敏
李炎
周宏�
张志刚
王鑫
黄献聪
蒋每雄
王庆春
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Abstract

本发明公开一种具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料，其特征在于：包括以下原料：乙烯-辛烯弹性体40％-80％，剪切增稠流体3-35％，聚苯硫醚(PPS)0-30％，偶联剂0.2-0.8％，抗氧剂0-1％，活化剂0.5％-8％，发泡剂1.5％-10％，交联剂0.1％-3％，脱模剂0-1％；以上原料组成按重量配比。另外，本发明还公开一种具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料的制备方法。与现有技术相比，本发明提供的具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料及其制备方法，使之保持材料结构性能的同时，又能够具有材料的吸收性能、阻燃性的优点。

Description

具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及泡沫材料领域，确切地说是指一种具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料及其制备方法。
背景技术
传统的能量吸收泡沫材料是采用弹性体泡沫或相似的相对软的弹性可压缩材料来制备。然而，传统的能量吸收泡沫材料只能达到有限的保护，且基本无阻燃性可言。例如，CN101020770A的中国专利描述了乙烯-辛烯弹性体发泡材料，主要用作衬垫和保温包装等非自支撑泡沫材料。往往也有些其他的技术将传统能量吸收材料与刚性结构件结合使用，这在一定程度上扩大了受力面积，减缓了冲击带来的伤害，但效果都不明显。
发明内容
针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料及其制备方法，使之保持材料结构性能的同时，又能够具有材料的吸收性能、阻燃性的优点。
为了解决以上的技术问题，本发明提供的具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料，包括以下原料：乙烯-辛烯弹性体40％-80％，剪切增稠流体3-35％，聚苯硫醚(PPS)0-30％，偶联剂0.2-0.8％，抗氧剂0-1％，活化剂0.5％-8％，发泡剂1.5％-10％，交联剂0.1％-3％，脱模剂0-1％；以上原料组成按重量配比。
优选地，所述剪切增稠流体是由分散相和分散介质组成，二者的重量比为15％-60％。
优选地，所述分散相由聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇1000、聚乙二醇4000中的两种组分或两种以上组分的混合而成。
优选地，所述分散介质是球状纳米二氧化硅，粒径为5-30nm。
优选地，所述聚苯硫醚的分子量为3000-40000。
优选地，所述偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
优选地，所述抗氧剂是四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
优选地，所述活化剂是氧化锌、硬脂酸锌、硬脂酸、硬脂酸钙中的一种或混合物。
优选地，所述发泡剂是偶氮类发泡剂、磺酰肼类发泡剂或无机类发泡剂中的一种或混合物。
优选地，所述交联剂是过氧化二异丙苯、苯甲酰胺、偶氮二异丁氰中的一种或混合物。
优选地，所述脱模剂是硅油、硅酮中的一种或混合物。
另外，本发明还提供一种具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料的制备方法，原料组成按重量配比为：乙烯-辛烯弹性体40％-80％，剪切增稠流体3-35％，聚苯硫醚(PPS)0-30％，偶联剂0.2-0.8％、抗氧剂0-1％、活化剂0.5％-8％、发泡剂1.5％-10％、交联剂0.1％-3％、脱模剂0-1％；首先制备剪切增稠流体，然后对聚苯硫醚进行偶联化处理，再将除发泡剂和交联剂以外的各组分一起投入到高速混合机中混合5-10min，控制搅拌速度为3000-5000rpm，搅拌桶温度控制在30-50℃，然后将混合均匀的混合物料在双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆转速为80-200rpm，螺杆温度为80-260℃，物料在螺杆中停留时间为3-5分钟，挤出物料冷却后切粒，将粒料放置在真空烘箱中60-100℃干燥3-8小时，得到初混物，然后按一定比例将发泡剂、交联剂和初混物在80-150℃开炼机上混合均匀制备成片材，最后将片材置于模具中，在150-180℃的硫化机上进行模压发泡10-25分钟，制得具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料。
优选地，所述剪切增稠流体的制备流程如下：①分散相球状纳米二氧化硅的偶联表面化处理：将球状纳米二氧化硅在γ-氨丙基三乙氧基硅烷、无水乙醇的混合溶液中充分浸润5-20分钟，处理温度30℃-50℃，使得γ-氨丙基三乙氧基硅烷充分与球状纳米二氧化硅表面反应，经热空气干燥后得到所述偶联化表面处理的球状纳米二氧化硅；其中三者的配比为：60％-90％的球状纳米二氧化硅，0.5％-3.5％的偶联剂，13.5％-22.5％的无水乙醇；②分散介质聚乙二醇混合相：将聚乙二醇200与聚乙二醇1000以3∶2至2∶3的比例混合均匀；③将表面偶联化处理的球状纳米二氧化硅与聚乙二醇混合相3∶17至3∶2的比例混合，制备成剪切增稠流体。
优选地，所述聚苯硫醚的偶联化表面处理的流程如下：将γ-氨丙基三乙氧基硅烷与无水乙醇按1∶9至1∶2的比例混合后，在混合机中将配置溶液喷洒在不断搅拌的聚苯硫醚表面，使之充分反应，经热空气干燥后得到所述偶联化表面处理的聚苯硫醚。
与现有技术相比，本发明提供的具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料及其制备方法，使能量吸收泡沫材料保持材料结构性能的同时，又能够具有材料的吸收性能、阻燃性的优点。采用本发明技术，所制得的能量吸收泡沫材料具有密度可控、耐化学腐蚀、弹性可压缩、自支撑结构、能量吸收性能好、具有一定的阻燃性能等优异性能，可用作运动系列的自行车、摩托车头盔，安全帽、网球/羽毛球拍、运动鞋，以及防护手套、护膝、护肘等以保护人体关节部位为使用目的、避免和减轻撞击、穿刺等相对低速的机械伤害因素对这些部位产生伤害的材料等。
附图说明
图1为本发明中具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例进行阐述。
实施例1
请参见图1，该图为本发明中具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料的制备方法的流程图。
剪切增稠流体的制备：①分散相球状纳米二氧化硅的偶联表面化处理：将球状纳米二氧化硅在γ-氨丙基三乙氧基硅烷、无水乙醇的混合溶液中充分浸润15分钟，处理温度40℃，使得γ-氨丙基三乙氧基硅烷充分与球状纳米二氧化硅表面反应，经热空气干燥后得到所述偶联化表面处理的球状纳米二氧化硅；其中三者的配比为：80％的球状纳米二氧化硅，1.5％的偶联剂，18.5％的无水乙醇；②分散介质聚乙二醇混合相：将聚乙二醇200与聚乙二醇1000以3∶2的比例混合均匀；③将表面偶联化处理的球状纳米二氧化硅与聚乙二醇混合相2∶3的比例混合，制备成剪切增稠流体。
原料组成按重量配比为：乙烯-辛烯弹性体60％、剪切增稠流体30.4％、偶联剂0.7％、抗氧剂(1010)0.6％、活化剂氧化锌2％、活化剂硬脂酸锌1.2％、活化剂硬脂酸0.5％、发泡剂AC3.5％、交联剂DCP1％、脱模剂硅油0.1％。
先将乙烯-辛烯弹性体、剪切增稠流体、抗氧剂、活化剂、脱模剂在高速混合机上混合均匀，搅拌速度为4000转/分钟，搅拌桶温度控制在40℃，然后将混合均匀的混合物料在双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆转速为120转/分钟，螺杆温度为80/120/150/180/180/150，物料在螺杆中停留时间为3分钟，挤出物料冷却后切粒，将粒料放置在真空烘箱中60℃干燥5小时，得到初混物，然后将烘好的物料与发泡剂、交联剂在130℃开炼机上混合均匀制备成片材，最后将片材置于模具中，在160℃的硫化机上进行模压发泡10分钟，制得泡孔均匀的能量吸收泡沫材料。
实施例2
剪切增稠流体制备同实施例1。
聚苯硫醚的偶联化表面处理：将γ-氨丙基三乙氧基硅烷与无水乙醇按1∶9的比例混合后，在混合机中将配置溶液喷洒在不断搅拌的聚苯硫醚表面，使之充分反应，经热空气干燥后得到所述偶联化表面处理的聚苯硫醚。
原料组成按重量配比为：乙烯-辛烯弹性体60％、剪切增稠流体22.5％、聚苯硫醚8％、偶联剂0.6％、抗氧剂(1010)0.6％、活化剂氧化锌2％、活化剂硬脂酸锌1.2％、活化剂硬脂酸0.5％、发泡剂AC3.5％、交联剂DCP1％、脱模剂硅油0.1％。
实施工艺同实施例1相同，制得泡孔均匀的能量吸收泡沫材料。
实施例3
剪切增稠流体制备同实施例1，聚苯硫醚的偶联化表面处理同实施例2。
原料组成按重量配比为：乙烯-辛烯弹性体60％、剪切增稠流体12.6％、聚苯硫醚18％、偶联剂0.6％、抗氧剂(1010)0.5％、活化剂氧化锌2％、活化剂硬脂酸锌1.2％、活化剂硬脂酸0.5％、发泡剂AC3.5％、交联剂DCP1％、脱模剂硅油0.1％。
实施工艺同实施例1相同，制得泡孔均匀的能量吸收泡沫材料。
实施例4
剪切增稠流体制备同实施例1，聚苯硫醚的偶联化表面处理同实施例2。
原料组成按重量配比为：乙烯-辛烯弹性体60％、剪切增稠流体5.7％、聚苯硫醚25％、偶联剂0.5％、抗氧剂(1010)0.5％、活化剂氧化锌2％、活化剂硬脂酸锌1.2％、活化剂硬脂酸0.5％、发泡剂AC3.5％、交联剂DCP1％、脱模剂硅油0.1％。
实施工艺同实施例1相同，制得泡孔均匀的能量吸收泡沫材料。
性能测试
具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料性能见下表：
  密度(g/cm3)   氧指数(％)  耐冲击力(J)
 实施例1   0.1   20.8   5
 实施例2   0.3   24.1   6
 实施例3   0.5   29.3   8
 实施例4   0.7   32.4   7
本发明提供的具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料，其密度依照国标GB/T6343-1995进行检验；其氧指数依照国标GB/T2406.1-2008进行检验；其耐冲击力测试依照EN14120进行检验。
从实施例的结果可以看出，本发明改变剪切增稠液和聚苯硫醚的含量可以制备出具有不同密度的能量吸收泡沫材料，聚苯硫醚的加入有效的提高了泡沫材料的阻燃性能和吸收性能，更进一步扩大了材料的应用范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料，其特征在于：包括以下原料：乙烯-辛烯弹性体40％-80％，剪切增稠流体3-35％，聚苯硫醚(PPS)0-30％，偶联剂0.2-0.8％，抗氧剂0-1％，活化剂0.5％-8％，发泡剂1.5％-10％，交联剂0.1％-3％，脱模剂0-1％；以上原料组成按重量配比。
2.根据权利要求1所述的具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料，其特征在于，所述剪切增稠流体是由分散相和分散介质组成，二者的重量比为15％-60％。
3.根据权利要求2所述的具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料，其特征在于，所述分散相由聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇1000、聚乙二醇4000中的两种组分或两种以上组分的混合而成。
4.根据权利要求2所述的具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料，其特征在于，所述分散介质是球状纳米二氧化硅，粒径为5-30nm。
5.根据权利要求1所述的具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料，其特征在于，所述聚苯硫醚的分子量为3000-40000。
6.根据权利要求1所述的具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料，其特征在于，所述偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
7.根据权利要求1所述的具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料，其特征在于，所述抗氧剂是四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
8.根据权利要求1所述的具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料，其特征在于，所述活化剂是氧化锌、硬脂酸锌、硬脂酸、硬脂酸钙中的一种或混合物。
9.根据权利要求1所述的具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料，其特征在于，所述发泡剂是偶氮类发泡剂、磺酰肼类发泡剂或无机类发泡剂中的一种或混合物。
10.根据权利要求1所述的具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料，其特征在于，所述交联剂是过氧化二异丙苯、苯甲酰胺、偶氮二异丁氰中的一种或混合物。
11.根据权利要求1所述的具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料，其特征在于，所述脱模剂是硅油、硅酮中的一种或混合物。
12.一种具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料的制备方法，其特征在于，原料组成按重量配比为：乙烯-辛烯弹性体40％-80％，剪切增稠流体3-35％，聚苯硫醚(PPS)0-30％，偶联剂0.2-0.8％、抗氧剂0-1％、活化剂0.5％-8％、发泡剂1.5％-10％、交联剂0.1％-3％、脱模剂0-1％；首先制备剪切增稠流体，然后对聚苯硫醚进行偶联化处理，再将除发泡剂和交联剂以外的各组分一起投入到高速混合机中混合5-10min，控制搅拌速度为3000-5000rpm，搅拌桶温度控制在30-50℃，然后将混合均匀的混合物料在双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆转速为80-200rpm，螺杆温度为80-260℃，物料在螺杆中停留时间为3-5分钟，挤出物料冷却后切粒，将粒料放置在真空烘箱中60-100℃干燥3-8小时，得到初混物，然后按一定比例将发泡剂、交联剂和初混物在80-150℃开炼机上混合均匀制备成片材，最后将片材置于模具中，在150-180℃的硫化机上进行模压发泡10-25分钟，制得具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料。
13.根据权利要求12所述的具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述剪切增稠流体的制备流程如下：①分散相球状纳米二氧化硅的偶联表面化处理：将球状纳米二氧化硅在γ-氨丙基三乙氧基硅烷、无水乙醇的混合溶液中充分浸润5-20分钟，处理温度30℃-50℃，使得γ-氨丙基三乙氧基硅烷充分与球状纳米二氧化硅表面反应，经热空气干燥后得到所述偶联化表面处理的球状纳米二氧化硅；其中三者的配比为：60％-90％的球状纳米二氧化硅，0.5％-3.5％的偶联剂，13.5％-22.5％的无水乙醇；②分散介质聚乙二醇混合相：将聚乙二醇200与聚乙二醇1000以3∶2至2∶3的比例混合均匀；③将表面偶联化处理的球状纳米二氧化硅与聚乙二醇混合相3∶17至3∶2的比例混合，制备成剪切增稠流体。
14.根据权利要求12所述的具有提高阻燃性能和吸收性能的泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述聚苯硫醚的偶联化表面处理的流程如下：将γ-氨丙基三乙氧基硅烷与无水乙醇按1∶9至1∶2的比例混合后，在混合机中将配置溶液喷洒在不断搅拌的聚苯硫醚表面，使之充分反应，经热空气干燥后得到所述偶联化表面处理的聚苯硫醚。
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