CN103012839B - 一种橡胶用无卤阻燃补强剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种橡胶用无卤阻燃补强剂，属于橡胶用阻燃补强剂技术领域。其由高岭土和水镁石混合而成，高岭土与水镁石的重量比为1:0.5～1.5。本发明无卤阻燃补强剂不仅使橡胶复合材料纳米效应增大、补强效果明显，促进坚固碳层的形成，降低了燃烧速率、增强了阻燃性；特别不含有毒物质，环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种橡胶用阻燃补强剂技术领域。
背景技术
环保阻燃类橡胶产品有很大的市场需求，三氧化二锑、十溴联苯醚、TBC等用于含卤橡胶作为阻燃剂具有较好的阻燃效果，但同橡胶的相容性较差，增加份数超过25份时，机械性能急剧下降，制品硬度大大提高，柔软性变差，同时焦烧时间缩短，加工性能变差，严重影响材料的混合和挤出工艺。
矿物无卤阻燃材料取代卤化物阻燃剂已成为当前重要的课题，用铝或镁的氢氧化物取代溴化物已大量应用，但是金属氢氧化物的阻燃效率较低，至少加65%(按重量计)才能发挥较好的阻燃效果，但是金属氢氧化物的加入量大会影响机械性能。
环保阻燃橡胶中，常用的阻燃补强类材料有三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝、白炭黑、氧化镁、碳酸钙、滑石粉和十溴联苯醚等。上述补强类材料存在很多不足，碳酸钙、滑石粉大量填充影响硫化且力学性能下降；白炭黑的使用能使补强性提高，但是大量填充使橡胶的硬度增大、发脆、弹性差冬季易折断；十溴联苯醚、三氧化二锑的填充，阻燃效果较好，但是发烟量大，释放有毒气体造成二次污染；氢氧化镁、氢氧化铝大量填充才有阻燃性，但是机械力学性能下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种橡胶用无卤阻燃补强剂，不仅使橡胶复合材料纳米效应增大、补强效果明显，促进坚固碳层的形成，降低了燃烧速率、增强了阻燃性；特别不含有毒物质，环保。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种橡胶用无卤阻燃补强剂，由高岭土和水镁石混合而成，高岭土与水镁石的重量比为1:0.5～1.5。
高岭土中Al2O3重量含量为30～39%，SiO2重量含量为35～45%，MnO的重量含量小于0.01%，Cu的重量含量小于0.005%，水的重量含量小于1.5%，细度大于200目。
水镁石中MgO的重量含量大于60%，Fe重量含量小于0.1%，MnO的重量含量小于0.01%，水的重量含量小于1.5%，细度大于200目。
高岭土与水镁石的重量比为1:0.8。
混合温度为50～100℃。
纳米无卤阻燃补强剂成品粒度D（50）2.6 um（5000目），水分小于1%，白度大于60。
本发明纳米阻燃复合材料纳米超细化加工设备采用碳钢材质冲击磨或气流磨混合粉碎加工，设备带有除渣装置，超细冲击磨机转速为大于3000转/分钟，分级采用气流分级机进行筛选收集。
橡胶用无卤阻燃补强剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将高岭土和水镁石按比例放入混合设备中，使其充分混合均匀制得两种物质的混合粉体；（2）将制得的混合粉体除渣并进行超细处理，并收集超细粉体；（3）将收集的超细粉体送入气流磨，超细粉体粉体经高压气体冲击解离；（4）对成品进行分级。
本发明的纳米阻燃补强剂作为一种高效阻燃、补强环保新型产品其阻燃原理如下：
1、纳米阻燃补强材料的介入使聚合物形成三维网络结构，提高了熔化温度，降低熔化物的滴落数量，改进了阻燃性能。
2、纳米阻燃补强剂适当的吸附性、活性功能，在聚合体和复合材料表面中间形成化学链环，与传统填料相反。
3、原材料都选用含结晶水高的物质，遇到高温均可以放出大量结晶水，由于它们热稳定性的不同，释放结晶水的温度有差别，这样时间上分段释放结构水延长了阻燃时间。水镁石在340℃释放结构水，高岭土在100℃和520℃～650℃释放结构水。
高岭土的成分以高岭石为主，高岭石为含水的硅酸盐矿物，结晶水含量在13.5%以上，在加温过程中发生以下的变化：
热分析表明活性高岭石在100℃和520℃～650℃存在吸热反应放出吸附水和结晶水，吸热和释放结晶水延缓和降低了燃烧强度。
水镁石是一种富含结晶水30%以上的天然矿物，当受热至340℃时开始分解成MgO并产生大量的水汽。MgO是一种耐高温材料，而水可以阻止火焰的生成和蔓延，这就是它的阻燃机理。
目前阻燃剂大量使用的是卤系阻燃剂，在火灾发生时产生有毒气体，造成“二次灾害”。而无机矿物阻燃材料高岭土和水镁石，是通过燃烧时吸收大量的热能，分解成水和氧化物达到阻燃的目的，并在燃烧的物料表面形成“玻瓷覆盖层”，起到吸附烟雾、毒气和腐蚀气体的作用，有效的解决“二次灾害”。水镁石脱羟基起始和终了温度跨度小，易于水的集中释放，阻燃效果好。
4、原料采用的两种含结晶水高的物质，其晶体结构均为片层，其优点在于它们的片层结构，能够形成阻隔层延缓燃烧。
纳米阻燃补强剂能将材料阻燃性能、力学性能、环保性的矛盾因素得到完美的统一和优化，同时可以显著降低材料成本。
本发明纳米阻燃补强剂作为一种高效阻燃、补强环保新型产品其补强原理如下：
原料高岭土本身是一种仅次于炭黑、白炭黑的补强材料，纳米超细化高岭土、水镁石使其表面吸附性增强。纳米阻燃补强剂优良的尺寸效应、表面活性和极大的表面积，有助于隔离离子和吸附或控制离子流动补强性增强。
纳米阻燃补强复合材料，使复合材料纳米效应增大补强效果明显，促进坚固碳层的形成，降低了燃烧速率、增强了阻燃性；改善了材料的表面特征，提高了硫化速度降低了硬度，减少了橡胶制品的生产工序、降低了生产成本、提高了生产效率，有着广泛的应用前景。
过氧化二异丙苯：又称硫化剂DCP，三烯丙基异氰脲酸酯：交联助剂，简称TAIC，A-172为硅烷偶联剂。
本发明的撕裂强度指裤型试样撕裂强度GB/T 529-2008。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明纳米无卤阻燃补强剂的应用使环保、阻燃与补强、力学性能等矛盾达到完美的统一，使复合材料纳米效应增大、补强效果明显，促进坚固碳层的形成，降低了燃烧速率、增强了阻燃性；改善了材料的表面特征，提高了硫化速度降低了硬度，减少了橡胶制品的生产工序、降低了生产成本、提高了生产效率，有着广泛的应用前景。
具体实施方式
实施例1
一种橡胶用无卤阻燃补强剂，由高岭土和水镁石混合而成，高岭土与水镁石的重量比为1:0.5；
高岭土中Al2O3重量含量为30～39%，SiO2重量含量为35～45%，MnO的重量含量小于0.01%，Cu的重量含量小于0.005%，水的重量含量小于1.5%，细度大于200目；
水镁石中MgO的重量含量大于60%，Fe重量含量小于0.1%，MnO的重量含量小于0.01%，水的重量含量小于1.5%，细度大于200目；
纳米无卤阻燃补强剂成品粒度D（50）2.6 um（5000目），水分小于1%，白度大于60。
制备方法为：第一、将高岭土和水镁石粉体按比例放入高速混合设备中，高速混合使其充分均匀混合，混合温度为50～100℃；第二、将制得的两种粉体混合物通过自动进料系统进入超细冲击机械磨，除渣并进行超细处理；第三、用旋风收集得到的超细粉体送入气流磨，粉体经高压气体冲击解离；第四、采用气体分级机分级制成品旋风收集器收集成品。
实施例2
一种橡胶用无卤阻燃补强剂，由高岭土和水镁石混合而成，高岭土与水镁石的重量比为1:0.8；
高岭土中Al2O3重量含量为30～39%，SiO2重量含量为35～45%，MnO的重量含量小于0.01%，Cu的重量含量小于0.005%，水的重量含量小于1.5%，细度大于200目；
水镁石中MgO的重量含量大于60%，Fe重量含量小于0.1%，MnO的重量含量小于0.01%，水的重量含量小于1.5%，细度大于200目；
纳米无卤阻燃补强剂成品粒度D（50）2.6 um（5000目），水分小于1%，白度大于60。
制备方法为：第一、将高岭土和水镁石粉体按比例放入高速混合设备中，高速混合使其充分均匀混合，混合温度为50～100℃；第二、将制得的两种粉体混合物通过自动进料系统进入超细冲击机械磨，除渣并进行超细处理；第三、用旋风收集得到的超细粉体送入气流磨，粉体经高压气体冲击解离；第四、采用气体分级机分级制成品旋风收集器收集成品。
实施例3
一种橡胶用无卤阻燃补强剂，由高岭土和水镁石混合而成，高岭土与水镁石的重量比为1:1.5；
高岭土中Al2O3重量含量为30～39%，SiO2重量含量为35～45%，MnO的重量含量小于0.01%，Cu的重量含量小于0.005%，水的重量含量小于1.5%，细度大于200目；
水镁石中MgO的重量含量大于60%，Fe重量含量小于0.1%，MnO的重量含量小于0.01%，水的重量含量小于1.5%，细度大于200目；
纳米无卤阻燃补强剂成品粒度D（50）2.6 um（5000目），水分小于1%，白度大于60。
制备方法为：第一、将高岭土和水镁石粉体按比例放入高速混合设备中，高速混合使其充分均匀混合，混合温度为50～100℃；第二、将制得的两种粉体混合物通过自动进料系统进入超细冲击机械磨，除渣并进行超细处理；第三、用旋风收集得到的超细粉体送入气流磨，粉体经高压气体冲击解离；第四、采用气体分级机分级制成品旋风收集器收集成品。
将实施例1～3制备的纳米无卤阻燃补强剂应用到氯化聚乙烯橡胶配方中（按重量份计算），具体数据见下表1：
表1
Claims (3)
1.一种橡胶用无卤阻燃补强剂，其特征在于，由高岭土和水镁石混合而成，混合温度为50～100℃，高岭土与水镁石的重量比为1:0.5～1.5；所述高岭土中Al2O3重量含量为30～39%，SiO2重量含量为35～45%，MnO的重量含量小于0.01%，Cu的重量含量小于0.005%，水的重量含量小于1.5%，细度大于200 目；所述水镁石中MgO的重量含量大于60%，Fe重量含量小于0.1%，MnO的重量含量小于0.01%，水的重量含量小于1.5%，细度大于200 目；所述橡胶用无卤阻燃补强剂粒度大于5000目，水分小于1%。
2.如权利要求1所述的橡胶用无卤阻燃补强剂，其特征在于：高岭土与水镁石的重量比为1:0.8。
3.权利要求1或2所述的橡胶用无卤阻燃补强剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将高岭土和水镁石按比例放入混合设备中，使其充分混合均匀制得两种物质的混合粉体；（2）将制得的混合粉体除渣并进行超细处理，并收集超细粉体；（3）将收集的超细粉体送入气流磨，超细粉体经高压气体冲击解离；（4）对成品进行分级。
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