CN102964838A

CN102964838A - 纳米氢氧化镁阻燃硅橡胶复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102964838A
Application number: CN2012104457464A
Authority: CN
Inventors: 高润宝
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2012-11-09
Publication date: 2013-03-13

Abstract

本发明公开了一种纳米氢氧化镁阻燃硅橡胶复合材料及其制备方法，复合材料配方按重量单位份计包括以下组分：苯基硅橡胶 100～120份；二苯基二甲氧基硅烷 8～10份；纳米氢氧化镁 10～20份；气相白炭黑 5～30份；环三硅氮烷2～4份；蒙脱土 3～6份；氯仿 0.3～0.6份；表面活性剂3～8份；硫化剂 1份。本发明复合材料具有优异的阻燃性能，并同时复合材料的力学性能没有降低；制备方法简单，易于操作。

Description

纳米氢氧化镁阻燃硅橡胶复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种阻燃硅橡胶，尤其涉及一种纳米氢氧化镁改性的阻燃硅橡胶复合材料以及其制备方法。

背景技术

硅橡胶的氧指数较以碳为主链的橡胶高，在燃烧时热释放速率低，火焰传播速度慢，无滴落，且纯硅橡胶燃烧时几乎不生成有毒气体，在燃烧后会在表面形成陶瓷化的碳硅层，能阻止热、氧的交换和内部可燃物向外扩散与热、氧接触。由于硅橡胶在阻燃和耐高低温方面的特殊性能，使其在航空航天、电子电气、电力传输及机械部件等领域得到了广泛的应用。尽管如此，硅橡胶仍存在可燃的缺陷，特别是其容易阴燃，存在潜在的燃烧风险。而目前应用于宇航、电子电气及输电线路等方面的硅橡胶往往要在高温、发热、高电压及放电等条件下工作，所以对硅橡胶的阻燃性能提出了更高的要求，因此研究及制备具有良好阻燃性的硅橡胶在理论和应用方面都具有重要意义。

硅橡胶在高温下可能发生以下几种反应：（1）侧链有机基团的氧化。在高温热空气中侧链有机基团会被氧化，分解出甲醛和甲酸小分子，同时引起分子间以硅氧键交联。（2）主链热重排降解。未封端或部分封端的硅橡胶通常有一定量的端羟基，在高温下端羟基会引发分子主链解扣式的降解反应，分解出小分子环硅氧烷。在更高温度下，即使是封端的硅橡胶分子链也会引发硅氧主链的热降解重排，分解出小分子硅氧烷。（3）在300℃以上硅橡胶侧链的硅碳键也会裂解，产生甲烷等有机气体，分子间通过硅碳键形成交联。（4）在更高的温度下燃烧可生成二氧化硅，硅橡胶表面会形成由碳、硅和氧元素组成的陶瓷层，这层陶瓷层具有一定的强度，可以起到阻隔热量和可燃气体与氧气交换传递的作用。

通过对硅橡胶燃烧特性的分析可以看出，发生解扣式降解生成环硅氧烷小分子对硅橡胶的阻燃不利；分子间发生交联可形成较之前更稳定的结构，可在一定程度上抑制燃烧的继续；燃烧后生成的陶瓷层可以起到阻隔热量和氧气与可燃物传递及反应的作用，从而抑制燃烧的继续进行。虽然硅橡胶燃烧后生成的陶瓷层能起到阻燃的作用，但是生成的陶瓷层往往呈灰状，或不够连续,强度也不高，容易剥落，大大降低了其应有的阻燃功效。所以提高硅橡胶的阻燃性能可从以下几方面考虑：（1）促进起阻隔作用的陶瓷层的生成，提高其连续性和强度；（2）提高硅橡胶的稳定性，促进硅橡胶在高温下的交联，形成较稳定的结构；（3）防止解扣式降解，减少可燃性小分子的放出；（4）捕捉燃烧反应生成的自由基，抑制和减缓燃烧反应；（5）加入无机填料，利用其分解吸收热量，以达到降低聚合物温度、提高导热性及稀释可燃物浓度等目的。

目前，添加阻燃剂是改善硅橡胶阻燃性能的一种有效而简单的方法，但是，添加填料常常带来一些问题，如添加大量的阻燃填料会严重恶化材料的力学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好的阻燃效果的同时保持材料原有力学性能的硅橡胶复合材料，以及这种硅橡胶复合材料的制备方法。

为了实现以上发明目的，本发明采用以下技术方案：一种纳米氢氧化镁阻燃硅橡胶复合材料，按重量单位份计包括以下组分：苯基硅橡胶 100～120份；二苯基二甲氧基硅烷 8～10份；纳米氢氧化镁 10～20份；气相白炭黑 5～30份；环三硅氮烷 2～4份；蒙脱土 3～6份；氯仿 0.3～0.6份；表面活性剂 3～8份；硫化剂 1份。

所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、磷酸三丁酯或其混合物。

根据以上配方制备制备本发明纳米氢氧化镁阻燃硅橡胶复合材料的方法，包括以下步骤：

（1）将蒙脱土、表面活性剂混合后在80℃下搅拌1h后抽滤,水洗并真空干燥至恒重,并研磨成粒径约50～100μm的粉末；

（2）将蒙脱土分散于氯仿中，加入二苯基二甲氧基硅烷混合均匀，5h后加热到50℃挥发掉溶剂后冷却至室温；

（3）加入苯基硅橡胶、气相白炭黑、环三硅氮烷充分混合，混炼均匀后出片，在烘箱中于160℃热处理2h，放置24h后，在开炼机上加入纳米氢氧化镁和硫化剂，混炼均匀，出片。

阻燃硅橡胶中应用最多的铝、镁系添加型阻燃剂当属氢氧化镁和氢氧化铝。Mg(OH)₂的起始分解温度接近300 ℃，比Al( OH)₃高80 ℃左右，但分解吸热量略低于Al(OH)₃，约为1. 7 kJ/g。将Mg(OH)₂添加到硅橡胶中，稀释了固相中有机硅聚合物的浓度，减少了可燃物质的生成量；其较高的分解温度可增加硅橡胶升温达到分解温度所需的热量，且在高温受热时能分解产生水并吸收很大热量，从而提高了硅橡胶分解所需的活化能；高温分解产生的水蒸气覆盖在燃烧层表面，稀释了可燃物和氧气的浓度；最后，分解残留的金属氧化物可增大凝聚相的黏度，从而阻隔和抑制挥发性可燃物的传输。而纳米纳米氢氧化镁对硅橡胶基质有较好的增强作用，且纳米氢氧化镁分散得越好，其增强效果越显著，可以实现复合材料力学性能和阻燃性能的兼顾。对纳米粉体进行表面处理可改善其与硅橡胶间界面的相互作用，提高其分散性，从而提高复合材料的力学性能。

蒙脱土能有效提高硅橡胶的热分解温度，减缓硅橡胶的燃烧反应，促进陶瓷层的生成。同时，由于蒙脱土纳米分散产生的纳米效应、表面缺陷和表面性质等，它也有一定的催化作用或捕捉活性自由基的作用，这有利于保持材料的稳定性，并对生成陶瓷层的反应有利。

本发明的有益效果：复合材料具有优异的阻燃性能，并同时复合材料的力学性能没有降低；制备方法简单，易于操作。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一：

苯基硅橡胶 100份；二苯基二甲氧基硅烷 8份；纳米氢氧化镁 10份；气相白炭黑 5份；环三硅氮烷 2份；蒙脱土 3份；氯仿 0.3份；十六烷基三甲基溴化铵 3份；硫化剂 1份。

实施例二：

苯基硅橡胶 120份；二苯基二甲氧基硅烷 10份；纳米氢氧化镁 20份；气相白炭黑 30份；环三硅氮烷 4份；蒙脱土 6份；氯仿 0.6份；磷酸三丁酯 6份；硫化剂 1份。

实施例三：

苯基硅橡胶 110份；二苯基二甲氧基硅烷 9份；纳米氢氧化镁 15份；气相白炭黑 20份；环三硅氮烷 3份；蒙脱土 5份；氯仿 0.5份；十六烷基三甲基溴化铵 3份；磷酸三丁酯 3份；硫化剂 1份。

实施例四：

苯基硅橡胶 105份；二苯基二甲氧基硅烷 10份；纳米氢氧化镁 18份；气相白炭黑 18份；环三硅氮烷 4份；蒙脱土 4份；氯仿 0.4份；十六烷基三甲基溴化铵 5份；硫化剂 1份。

实施例五：

苯基硅橡胶 100份；二苯基二甲氧基硅烷 10份；纳米氢氧化镁 14份；气相白炭黑 25份；环三硅氮烷 2份；蒙脱土 6份；氯仿 0.6份；磷酸三丁酯 6份；硫化剂 1份。

（4）将蒙脱土、表面活性剂混合后在80℃下搅拌1h后抽滤,水洗并真空干燥至恒重,并研磨成粒径约50～100μm的粉末；

（5）将蒙脱土分散于氯仿中，加入二苯基二甲氧基硅烷混合均匀，5h后加热到50℃挥发掉溶剂后冷却至室温；

（6）加入苯基硅橡胶、气相白炭黑、环三硅氮烷充分混合，混炼均匀后出片，在烘箱中于160℃热处理2h，放置24h后，在开炼机上加入纳米氢氧化镁和硫化剂，混炼均匀，出片。

制得的产品经检测，阻燃性能达到FV-0级别，极限氧指数为38%，拉伸强度为6.4MPa，断裂伸长率为600%，撕裂强度为33kN/m，邵尔A硬度为50度，体积电阻率和表面电阻率分别为5.9×10¹⁵Ω·cm和4.3×10¹¹Ω，介电常数和介质损耗因数分别为3.5和2.3×10^-2。表明复合材料在具有良好的阻燃效果的同时保持材料原有力学性能。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种纳米氢氧化镁阻燃硅橡胶复合材料，其特征在于按重量单位份计包括以下组分：苯基硅橡胶 100～120份；二苯基二甲氧基硅烷 8～10份；纳米氢氧化镁 10～20份；气相白炭黑 5～30份；环三硅氮烷 2～4份；蒙脱土 3～6份；氯仿 0.3～0.6份；表面活性剂 3～8份；硫化剂 1份。

2.根据权利要求1所述的纳米氢氧化镁阻燃硅橡胶复合材料，其特征在于：所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、磷酸三丁酯或其混合物。

3.根据权利要求2所述纳米氢氧化镁阻燃硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：