CN103172938A

CN103172938A - 无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备方法

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Publication number: CN103172938A
Application number: CN2013101339511A
Authority: CN
Inventors: 雷自强; 高淑玲; 张哲�; 李芳红; 魏博; 王小亮; 马国富
Original assignee: Northwest Normal University
Current assignee: Northwest Normal University
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2033-04-17
Also published as: CN103172938B

Abstract

本发明提供了一种无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备方法，是以三元乙丙橡胶与聚丙烯为基体，以有机化的密胺焦磷酸盐、季戊四醇、坡缕石黏土的混合物为复配阻燃剂混炼而成。本发明制备的无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料，具有很好的阻燃性能、力学性能和耐水性能，有效提高了三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的综合性能。

Description

无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种无卤阻燃型复合材料的制备方法，尤其涉及一种无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备方法。

背景技术

三元乙丙橡胶（EPDM）是乙烯-丙烯-非共轭二烯共聚物，是一种具有优异耐候性、电绝缘性、耐氧化性和耐臭氧性等优异性能的橡胶。聚丙烯（PP）是一种通用塑料，其力学性能优良、耐应力开裂性和耐磨性好，有较好的耐热性、优良的化学稳定性以及优异的加工性能。将二者以3:2的质量比共混得到的复合材料既具有三元乙丙橡胶（EPDM）的高弹性，又具有聚丙烯（PP）的可塑性，克服了三元乙丙橡胶加工过程中易粘辊的缺点，当二者以不同比例混炼的时候得到具有不同结构和用途的复合材料，广泛应用在各种电子产品外壳、汽车配件、门窗密封条、建筑材料防水板以及电线电缆等各个方面。但是EPDM和PP共同具有的致命缺点是易燃，这给社会造成了大量的财产损失和人员伤亡，所以研究EPDM/PP复合材料的阻燃性能非常重要。

研究证明，含卤阻燃剂对聚合物材料的阻燃效果非常好，但是他们一旦在高温条件下燃烧，会形成大量浓密且有毒的烟和腐蚀性的气体，给火灾抢险和疏散过程中造成了很大的困难。因此近几年人们对无卤阻燃做了大量研究。膨胀型阻燃剂是一种典型的无卤阻燃剂，环境友好，阻燃效果好，通常膨胀型阻燃体系包括碳源、酸源和气源，常用的主要有多聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺等。但是它们的缺点是耐水性差，与有机材料的相容性低，添加量过大时，会严重影响复合材料的力学性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备方法。

（一）无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备

本发明无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备方法，是以三元乙丙橡胶与聚丙烯为基体，以有机化的密胺焦磷酸盐（MPP）、季戊四醇（MPER）、坡缕石黏土（PGS）的混合物为复配阻燃剂混炼而成。

所述基体与复配阻燃剂的质量比为20:1~1:1；所述基体中，三元乙丙橡胶与聚丙烯的质量比为3:2。

所述复配阻燃剂中，以有机化的密胺焦磷酸盐为酸源，有机化的季戊四醇为碳源和气源，以有机化的坡缕石黏土为阻燃助剂。有机化密胺焦磷酸盐、季戊四醇、坡缕石黏土的质量比为20:2:1~1:1:1。

所述有机化密胺焦磷酸盐、季戊四醇、坡缕石黏土的制备工艺为：将密胺焦磷酸盐季、戊四醇、坡缕石黏土分别以1:1~1:5的质量固液比分散于无水乙醇中，然后加入密胺焦磷酸盐、季戊四醇、坡缕石黏土质量1%~20%的羟基硅油，加热到60~85℃，保温1~5h，冷却至室温，用蒸馏水洗涤、干燥、粉碎，即得有机化的密胺焦磷酸盐、季戊四醇、坡缕石黏土。

为了进一步改善复合材料的各项性能，在混炼中加入抗氧化剂（如ZnO）、润滑剂（EBS）、硫化剂（硫磺）、促进剂（TMTM），其加入量分别为三元乙丙橡胶-聚丙烯基体质量的1~5%、0.5~2.5%、0.5~1%、0.5~1%。

（二）无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的性能测试

1、氧指数测试

测试方法：根据国家标准JISK6269-1998用氧指数测定仪测试极限氧指数。样条标准为100×6.5×3mm³。

不同配比的阻燃剂对复合阻燃材料的氧指数见表1。

表1 不同配比的阻燃剂对复合阻燃材料的氧指数的影响

Figure 2013101339511100002DEST_PATH_IMAGE002

从表1的测试结果我们可以看出，本发明所制备复合材料氧指数均在29.2以上，完全满足国家标准。当阻燃剂之间的配比一定时，随着阻燃剂添加量的增大，复合材料的氧指数在逐渐增大。在阻燃剂中，坡缕石黏土和季戊四醇的量过大时，复合材料的氧指数有所降低，可能原因是膨胀型阻燃剂中碳源、气源及酸源比例失调的原因。

2、力学性能测试

根据国家标准GB/T528-1998在微机控制电子万能试验机上测试拉伸强度、拉断伸长率。不同配比的阻燃剂制备的复合阻燃材料的力学性能见表2。

表2 不同配比的阻燃剂对复合阻燃材料的力学性能的影响

Figure 2013101339511100002DEST_PATH_IMAGE004

从表2的结果可以看出，不同比例的阻燃剂对复合材料的力学性能影响较为明显，但本发明所制备复合材料力学性能均能满足电线电缆行业对外皮包覆材料的基本要求。由表中数据可以看出，随着阻燃剂添加量的增大，复合材料的力学性能逐渐降低。当阻燃剂中坡缕石黏土的含量提高时，复合材料的抗拉强度有所提高。

3、耐水性测试

测试方法：将基体与阻燃剂以5:1的质量比混炼制成阻燃复合材料片材，置于60℃水中侵泡48h后，置于烘箱中在70℃干燥24h，然后进行质量损失率测试和氧指数测试，并以未有机化的阻燃剂进行对比。结果见表3和表4。

表3 阻燃剂有机化前后对复合材料耐水性的影响

Figure 2013101339511100002DEST_PATH_IMAGE006

由表3的数据可以看出，有机化的复配阻燃剂制备的复合材料于60℃水侵泡48 h后后其质量几乎没有发生变化，说明复合材料的耐水性大大提高。

表4 阻燃剂有机化前后对复合材料阻燃性能的影响

Figure 2013101339511100002DEST_PATH_IMAGE008

由表4的数据可以看出，有机化的复配阻燃剂制备的复合材料于60℃水侵泡48 h后，其氧指数有所降低，但仍然高于阻燃材料的国家标准。

综上所述，本发明利用有机化的密胺焦磷酸盐、季戊四醇、坡缕石黏土的混合物为复配阻燃剂制备的无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料，具有很好的阻燃性能、力学性能和耐水性，有效提高了三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的综合性能，各项性能均满足与国家规定标准。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备和性能进行详细说明。

实施例1

（1）阻燃剂的有机化

称取60g密胺焦磷酸盐分散在150mL无水乙醇中，加3g羟基硅油，搅拌下加热到80℃，保温2小时，然后冷却至室温，用蒸馏水洗涤、干燥，粉碎，得有机化的密胺焦磷酸盐。

称取60g季戊四醇，分散在150mL无水乙醇中，加入3g羟基硅油，搅拌下加热到80℃，保温2小时，然后冷却至室温，用蒸馏水洗涤、干燥，粉碎，得有机化的季戊四醇。

称取60g坡缕石黏土，分散在150mL无水乙醇中，加入3g羟基硅油，搅拌下加热到80℃，保温2小时，然后冷却至室温，用蒸馏水洗涤、干燥，粉碎，得有机化的坡缕石黏土。

（2）阻燃性复合材料的制备

在开炼机升温到170℃条件下，先将560g PP预热3 min，然后加入840gEPDM通拔5次，混匀后依次加入抗氧化剂（ZnO）70 g、润滑剂（EBS）35g、硫化剂（硫磺）35g、促进剂（TMTM）35g，混炼5 min；加入复配阻燃剂70g（有机化密胺焦磷酸盐30g，有机化季戊四醇20g，有机化坡缕石黏土20g），混炼10 min；24h后将试样在180℃条件下，用液压平板硫化机硫化30min，制成所需规格的片材，然后制备成标准试样。

性能测试：复合材料的氧指数为29.2，抗拉强度为13.3Mpa，断裂伸长率为561.08%。

实施例2

（1）阻燃剂的有机化：同实施例1。

（2）阻燃性复合材料的制备

在开炼机升温到170℃条件下，先将28g PP预热3 min，然后加入42g EPDM通拔5次，混匀后依次加入抗氧化剂（ZnO）0.7g、润滑剂（EBS）0.35g、硫化剂（硫磺）0.35g、促进剂（TMTM）0.35g，混炼5 min；加入复配阻燃剂70g（有机化密胺焦磷酸盐30g，有机化季戊四醇20g，有机化坡缕石黏土20g），混炼10 min；24h后将试样在180℃条件下，用液压平板硫化机硫化30min，制成所需规格的片材，然后制备成标准试样。

性能测试：复合材料的氧指数为39.0：抗拉强度为10.4 Mpa，断裂伸长率为199.97%。

实施例3

（1）阻燃剂的有机化：同实施例1。

（2）阻燃性复合材料的制备

在开炼机升温到170℃条件下，先将36g PP预热3 min，然后加入54g EPDM通拔5次，混匀后依次加入抗氧化剂（ZnO）2.25g、润滑剂（EBS）1.123g、硫化剂（硫磺）0.56g 、促进剂（TMTM）0.589g，混炼5 min；加入复配阻燃剂90g（有机化密胺焦磷酸盐30g，有机化季戊四醇30g，有机化坡缕石黏土30g），混炼10 min；24h后将试样在180℃条件下，用液压平板硫化机硫化30min，制成所需规格的片材，然后制备成标准试样。

性能测试：复合材料的氧指数为38.2：抗拉强度为11.2 Mpa，断裂伸长率为188.23%。

实施例4

（1）阻燃剂的有机化：同实施例1。

（2）阻燃性复合材料的制备

在开炼机升温到170℃条件下，先将36g PP预热3 min，然后加入54g EPDM通拔5次，混匀后依次加入抗氧化剂（ZnO）2.43g、润滑剂（EBS）1.235g、硫化剂（硫磺）0.59g 、促进剂（TMTM）0.46g，混炼5 min；加入复配阻燃剂70g（有机化密胺焦磷酸盐60g，有机化季戊四醇6g，有机化坡缕石黏土4g），混炼10 min；24h后将试样在180℃条件下，用液压平板硫化机硫化30min，制成所需规格的片材，然后制备成标准试样。

性能测试：复合材料的氧指数为30.1：抗拉强度为10.9 Mpa，断裂伸长率为179.30%。

实施例5

（1）阻燃剂的有机化：同实施例1。

（2）阻燃性复合材料的制备

在开炼机升温到170℃条件下，先将280g PP预热3 min，然后加入420g EPDM通拔5次，混匀后依次加入抗氧化剂（ZnO）28g、润滑剂（EBS）12.3g、硫化剂（硫磺）5.1g 、促进剂（TMTM）4.6g，混炼5 min；加入复配阻燃剂70g（有机化密胺焦磷酸盐30g，有机化季戊四醇20g，有机化坡缕石黏土20g），混炼10 min；24h后将试样在180℃条件下，用液压平板硫化机硫化30min，制成所需规格的片材，然后制备成标准试样。

性能测试：复合材料的氧指数为33.4：抗拉强度为11.9Mpa，断裂伸长率为439.22%。

Claims

1.无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备方法，是以三元乙丙橡胶与聚丙烯为基体，以有机化的密胺焦磷酸盐、季戊四醇、坡缕石黏土的混合物为复配阻燃剂混炼而成；所述基体与复配阻燃剂的质量比为20:1～1:1。

2.如权利要求1所述无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述基体中，三元乙丙橡胶与聚丙烯的质量比为3:2。

3.如权利要求1所述无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述复配阻燃剂中，有机化的密胺焦磷酸盐、季戊四醇、坡缕石黏土的质量比为20:2:1～1:1:1。

4.如权利要求1所述无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述密胺焦磷酸盐有机化的工艺为：将密胺焦磷酸盐以1:1～1:5的质量固液比分散于无水乙醇中，然后加入密胺焦磷酸盐质量1%～20%的羟基硅油，加热到60～85℃，保温1～5h，冷却至室温，用蒸馏水洗涤、干燥、粉碎，即得有机化的密胺焦磷酸盐。

5.如权利要求1所述无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述季戊四醇的有机化的工艺为：将季戊四醇以1:1~1:5的质量固液比分散于无水乙醇中，然后加入季戊四醇质量1%~20%的羟基硅油，加热到60~85℃，保温1~5h，冷却至室温，用蒸馏水洗涤、干燥、粉碎，即得有机化的季戊四醇。

6.如权利要求1所述无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述坡缕石黏土的有机化工艺为：将坡缕石黏土以1:1～1:5的质量固液比分散于无水乙醇中，然后加入坡缕石黏土质量1%～20%的羟基硅油，加热到60～85℃，保温1～5h，冷却至室温，用蒸馏水洗涤、干燥、粉碎，即得有机化的坡缕石黏土。

7.如权利要求1~4所述任一无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：混炼中加入三元乙丙橡胶-聚丙烯基体质量1～5%的抗氧化剂。

8.如权利要求1~4所述任一无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：混炼中加入三元乙丙橡胶-聚丙烯基体质量0.5～2.5%的润滑剂。

9.如权利要求1~4所述任一无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：混炼中加入三元乙丙橡胶-聚丙烯基体质量0.5～1%的硫化剂。

10.如权利要求1~4所述任一无卤阻燃型三元乙丙橡胶-聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：混炼中加入三元乙丙橡胶-聚丙烯基体质量0.5～1%的促进剂。