CN102888029A - 含有凹凸棒土阻燃剂的阻燃天然橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含有凹凸棒土阻燃剂的阻燃天然橡胶及其制备方法，阻燃天然橡胶各个组分的重量份数为：天然橡胶100份，硬脂酸1～2份，氧化锌4～6份，促进剂DPG 1～2份，促进剂CZ 0.5～1份，促进剂NOBS 0.5～1份，防老剂RD 0.5～1份，防老剂40200.5～1份，硫化剂3～6份，纳米阻燃剂10～80份，纳米阻燃剂为包括如下重量份数的组分：凹凸棒土5～60份，协同阻燃剂5～20份，偶联剂0.1～4份。本发明在获得高阻燃性能的同时能够提高橡胶材料的力学性能，制备的天然橡胶燃烧时不会产生有毒有害气体，保护环境和人类健康，扩大了天然橡胶的使用范围。

Description

含有凹凸棒土阻燃剂的阻燃天然橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种阻燃天然橡胶及其制备方法。

背景技术

天然橡胶是一种应用最广的通用橡胶，其主要成分是聚异戊二烯，分子式是(C₅H₈)_n。天然橡胶具有良好的综合物理机械性能，常温下有较高弹性，有较好的耐碱性，滞后损失小，生热低，广泛应用于轮胎、手套、输送带、胶管、医疗卫生制品及减震器等方面。然而，由于天然橡胶极限氧指数（LOI）在17左右，属易燃材料，限制了其制品的应用范围，所以一般采用添加阻燃剂的方法来提高天然橡胶的阻燃性能。

阻燃剂目前主要有机阻燃剂和无机阻燃剂。有机阻燃剂是以溴系、氮系和红磷及化合物为代表的一些阻燃剂，在材料燃烧过程中，会产生有毒有害的气体，对人体和环境造成伤害。无机阻燃剂主要是三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝和硅系阻燃体系，目前使用最广泛。具有无卤、热稳定性好、不挥发、不析出、不产生腐蚀性和有毒性气体且价格低廉等优点。但却存在添加量大且与天然橡胶相容性差、阻燃效果差、对材料的加工和机械性能影响很大等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有凹凸棒土阻燃剂的阻燃天然橡胶及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明的含有凹凸棒土阻燃剂的阻燃天然橡胶，各个组分的重量份数为：

所述促进剂DPG为二苯胍，促进剂NOBS为2-苯并噻唑基-N-吗啉基硫醚，促进剂CZ为N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺；

所述防老剂RD为2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉聚合物，防老剂4020为N-(1,3-二甲基丁基)-N′-苯基对苯二胺；

所述硫化剂为DTDM和硫黄，质量比为3:1～1:1；

硫化剂DTDM的化学名称为二硫代吗啡啉，采用浙江黄岩浙东橡助剂有限公司的产品；

所述纳米阻燃剂为包括如下重量份数的组分：

凹凸棒土      5～60份

协同阻燃剂    5～20份

偶联剂        0.1～4份

所述凹凸棒土又称坡缕石或坡缕缟石或凹凸棒石粘土，为一种水合镁铝硅酸盐矿物，具有独特的层链状结构特征，晶体中含有不定量的Na⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，晶体呈针状，纤维状或纤维集合状的纳米棒状材料。由于凹凸棒土的特殊结构，目前在塑料、橡胶等工业中作为增强填料，可采用江苏玖川纳米材料科技有限公司公司牌号为JC-052的产品；

所述协同阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、三聚氰胺或三聚氰胺氰尿酸盐的中一种以上；

所述偶联剂选自钛酸酯、Si-69、硬脂酸或硼酸酯；

其中：钛酸酯为异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯，可采用南京曙光化工集团有限公司牌号为NDZ-201产品；

Si-69的化学名称为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物，采用南京曙光硅烷化工有限公司牌号为KH-845-4的产品；

所述纳米阻燃剂的平均直径为20～100nm；

所述纳米阻燃剂的制备方法如下：

将凹凸棒土在105～1000℃下热处理2～4小时，然后将偶联剂、凹凸棒土和协同阻燃剂投入混合机中，在80～110℃的温度下搅拌混合，即可得到所述的纳米阻燃剂。

本发明的阻燃天然橡胶的制备方法，包括如下步骤：

在橡胶开炼机上塑炼天然橡胶，然后添加硬脂酸、氧化锌、防老剂和促进剂混合；

向混合胶料中添加所述纳米阻燃剂，混合，冷却至室温；

继续添加硫化剂，混合；

停放8～24小时后进行硫化，硫化时间3～6min，硫化温度140～160℃，即可得到本发明所述的阻燃天然橡胶。

本发明采用新型环保纳米阻燃剂，在获得高阻燃性能的同时能够提高橡胶材料的力学性能，也能够显著降低橡胶的生产成本。制备方法简单高效，阻燃剂来源广泛，价格低廉，制备的天然橡胶燃烧时不会产生有毒有害气体，保护环境和人类健康，扩大了天然橡胶的使用范围。

具体实施方式

通过以下的实施例将进一步理解本发明，但不能限定本发明的内容。

实施例中，组分均为重量份；实施例中，硫化天然橡胶的力学性能采用GB/T528-2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定；阻燃性能采用GB/T 10707-2008橡胶燃烧性能的测定。

实施例1

（1）50份平均直径为20nm纳米凹凸棒土在105℃下热处理4小时后与50份平均直径为100nm的氢氧化镁一起添加到高速混合机，添加钛酸酯1份，在80℃的温度下搅拌混合1h，得到改性的纳米阻燃剂。

（2）100份天然橡胶在橡胶开炼机上塑化后依次添加硬脂酸1份，氧化锌4份，防老剂RD 0.5份，防老剂40201份，促进剂DPG 1份，促进剂CZ 1份，促进剂NOBS 1份，混合均匀；

（3）继续添加步骤（1）中获得的改性纳米阻燃剂10份，混合均匀；冷却至室温后，添加硫化剂DTDM 1份和硫黄1份，充分混合均匀；停放8小时后进行硫化，工艺条件：硫化时间3min，硫化温度160℃。硫化后即可得到产品。拉伸强度为19.85MPa，断裂伸长率503%，氧指数为28，垂直燃烧达到FV-0级。

实施例2

采用与实施例1相同的方法，其中：

（1）120份平均直径为40nm纳米凹凸棒土在1000℃下热处理2小时后与30份平均直径为80nm的氢氧化铝一起添加到高速混合机，添加硼酸酯6份，在110℃的温度下搅拌混合0.5h，得到改性的纳米阻燃剂。

（2）100份天然橡胶在橡胶开炼机上塑化后依次添加硬脂酸2份，氧化锌6份，防老剂RD 1份，防老剂4020 0.5份，促进剂DPG 2份，促进剂CZ 0.5份，促进剂NOBS 0.5份，充分混合均匀；

（3）继续添加步骤（1）中改性纳米阻燃剂80份，混合均匀；冷却至室温后，添加硫化剂DTDM 3份和硫黄1份，充分混合均匀；停放24小时后进行硫化，工艺条件：硫化时间6min，硫化温度140℃。硫化后即可得到产品。拉伸强度为21.05MPa，断裂伸长率489%，氧指数为36，垂直燃烧达到FV-0级。

实施例3

采用与实施例1相同的方法，其中：

（1）90份平均直径为60nm纳米凹凸棒土在700℃下热处理2小时后与15份平均直径为50nm的三聚氰胺氰尿酸盐和15份平均直径为60nm的三聚氰胺一起添加到高速混合机，添加Si-692.4份，在90℃的温度下搅拌混合0.7h，得到改性的纳米阻燃剂。

（2）100份天然橡胶在橡胶开炼机上塑化后依次添加硬脂酸1.5份，氧化锌5份，防老剂RD 0.8份，防老剂40200.6份，促进剂DPG 1.5份，促进剂CZ 0.4份，促进剂NOBS 0.6份，充分混合均匀；

（3）继续添加步骤（1）中改性纳米阻燃剂40份，混合均匀；冷却至室温后，添加硫化剂DTDM 2份和硫黄1份，充分混合均匀；停放16小时后进行硫化，工艺条件：硫化时间5min，硫化温度150℃。硫化后即可得到产品。拉伸强度为22.86MPa，断裂伸长率476%，氧指数为34，垂直燃烧达到FV-0级。

Claims (5)

1.含有凹凸棒土阻燃剂的阻燃天然橡胶，其特征在于，各个组分的重量份数为：

所述纳米阻燃剂为包括如下重量份数的组分：

凹凸棒土      5～60份

协同阻燃剂    5～20份

偶联剂        0.1～4份。

2.根据权利要求1所述的含有凹凸棒土阻燃剂的阻燃天然橡胶，其特征在于，所述协同阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、三聚氰胺或三聚氰胺氰尿酸盐的中一种以上。

3.根据权利要求2所述的含有凹凸棒土阻燃剂的阻燃天然橡胶，其特征在于，所述偶联剂选自钛酸酯、Si-69、硬脂酸或硼酸酯。

4.根据权利要求1所述的含有凹凸棒土阻燃剂的阻燃天然橡胶，其特征在于，所述纳米阻燃剂的平均直径为20～100nm。

5.根据权利要求1～4任一项所述的含有凹凸棒土阻燃剂的阻燃天然橡胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

在橡胶开炼机上塑炼天然橡胶，然后添加硬脂酸、氧化锌、防老剂和促进剂混合；

向混合胶料中添加纳米阻燃剂，混合，冷却至室温；

继续添加硫化剂，混合；

停放8～24小时后进行硫化，硫化时间3～6min，硫化温度140～160℃，即可得到本发明所述的阻燃天然橡胶。