CN103819893A - 一种阻燃抗静电互穿网络弹性体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻燃抗静电互穿网络弹性体及其制备方法，所述弹性体由以下重量份的各组分组成：聚酯多元醇30～45份，异氰酸酯28～42份，环氧树脂10～15份，扩链剂5～12份，阻燃剂3～15份，季铵类抗静电剂1～4份，导电炭黑1～4份，增塑剂1～5份，纳米填料2～5份，催化剂0.2～0.8份，改性剂0.02～0.1份，抗氧剂0.4～1份；本发明提供的阻燃抗静电互穿网络弹性体，不仅耐磨性能、抗老化性能、耐低温性能、耐高温性能优良，而且阻燃等级达到V-0级，表面电阻小于3.8×108，达到了国家煤安标准，是钢制托辊的优良替代品。

Description

一种阻燃抗静电互穿网络弹性体及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种弹性材料及其制备方法，特别是指一种阻燃抗静电互穿网络弹性体及其制备方法。 

背景技术

目前，煤矿井下带式输送机托辊主要为钢制托辊，然而钢制托辊的缺陷已经很明显，具体表现为：①耐磨性差，特别是长时间的磨损后其表面易产生毛刺，导致划伤、划破皮带，造成重大经济损失；②耐化学腐蚀性差，在高腐蚀环境下使用时寿命极短；③因机械加工过程中的误差以及辊筒焊接、固定等原因，影响托辊的同心同轴度，造成工作稳定性差，噪音大，④使用寿命短（一般为2-3个月），需要频繁更换，且质量重，因此给带式输送机的维护增加了大量工作量、劳动强度，并致制作成本和使用成本显著提高；⑤与皮带摩擦的过程中很容易产生静电，带来了很大的安全隐患。在煤矿领域，皮带机代替传统的斗车运输已经成为一种趋势，为了适应行业的发展，寻求一种高质量矿井皮带机托辊成为了科研工作者的重点工作。 

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种耐磨性能、抗老化性能、耐低温性能、耐高温性能优良的阻燃抗静电互穿网络弹性体及其制备方法。 

基于上述目的本发明提供的一种阻燃抗静电互穿网络弹性体，由以下重量份的各组分组成：聚酯多元醇30～45份，异氰酸酯28～42份，环氧树脂10～15份，扩链剂5～12份，阻燃剂3～15份，季铵类抗静电剂1～4份，导电炭黑1～4份，增塑剂1～5份，纳米填料2～5份，催化剂0.2～0.8份，改性剂0.02～0.1份，抗氧剂0.4～1份。 

优选的，所述聚酯多元醇为分子量1000～2000的聚四氰呋喃、分子量1000～2000的聚环氧丙烷三元醇、分子量1000～2000的聚己内酯二醇的混 合物；其混合比例范围为：聚四氰呋喃20%～50%，聚环氧丙烷三元醇10%～30%，聚己内酯二醇20%～50%。 

可选的，所述异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯和4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种。 

可选的，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、溴化环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种。 

优选的，所述扩链剂为3,3-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷。 

可选的，所述阻燃剂为三-（2-氯丙基）磷酸酯、三-（2-氯乙基）磷酸酯、三-（2-溴丙基）磷酸酯、四-（2-氯乙基）亚乙基二磷酸酯、甲基膦酸二甲酯、乙基膦酸二乙酯中的一种。 

可选的，所述季铵盐抗静电剂为十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐、三羟乙基甲基季铵硫酸酯、N-烷基二甲基乙铵硫酸乙酯中的一种。 

可选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、环氧大豆油中的一种。 

可选的，所述纳米填料为纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化铝中的一种。 

可选的，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，辛酸亚锡，异辛酸钾，异辛酸锌中的一种。 

可选的，所述改性剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570、钛酸酯、铝酸酯中的一种。 

优选的，所述炭黑为导电炭黑，所述抗氧剂为抗氧剂1010。 

本发明还提供了一种如上述任意一项所述的阻燃抗静电互穿网络弹性体的制备方法，包括以下步骤： 

通过带喷雾器的高速混合机将用无水乙醇稀释到重量的100倍后的改性剂均匀喷洒在纳米填料的表面；将表面浸润了改性剂的纳米填料在温度为120℃的烘箱内反应2小时，制得改性纳米填料； 

将聚酯多元醇、阻燃剂、纳米填料、增塑剂和抗氧剂置入反应釜并密封，维持真空度维持在-0.9MPa；加热至120℃后搅拌30分钟，再向反应釜中置入异氰酸酯和催化剂，真空度维持在-0.9MPa，搅拌反应2小时，氰酸酯基的含量控制在4.5%～5%之间；物料自然冷却至常温，制得预聚体； 

通过浇注机将预聚体加热至80℃，将扩链剂、季铵类抗静电剂加热至120℃；将预聚体和扩链剂、季铵类抗静电剂分别搅拌10分钟后，维持真空度-0.9MPa15分钟；启动浇注机，将上述两种物料瞬间混合好后浇注到已预热好的模具内；将浇满物料的模具在120℃的固化箱内反应1小时，然后脱模；将脱模后的胚体继续在120℃的保温箱内二次反应10小时，制得阻燃抗静电互穿网络弹性体。 

从上面所述可以看出，本发明提供的一种阻燃抗静电互穿网络弹性体，用这种弹性体制备托辊不仅耐磨性能、抗老化性能、耐低温性能、耐高温性能优良；而且阻燃等级达到V-0级，表面电阻小于3.8×108，达到了国家煤安标准；是矿井钢制托辊的优良替代品。 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。 

本发明实施例提供了一种阻燃抗静电互穿网络弹性体，由以下重量份的各组分组成：聚酯多元醇30～45份，异氰酸酯28～42份，环氧树脂10～15份，扩链剂5～12份，阻燃剂3～15份，季铵类抗静电剂1～4份，导电炭黑1～4份，增塑剂1～5份，纳米填料2～5份，催化剂0.2～0.8份，改性剂0.02～0.1份，抗氧剂0.4～1份。 

本发明实施例还提供了一种如上述的阻燃抗静电互穿网络弹性体的制备方法，包括以下步骤： 

通过带喷雾器的高速混合机将用无水乙醇稀释到重量的100倍后的改性剂均匀喷洒在纳米填料的表面；将表面浸润了改性剂的纳米填料在温度为120℃的烘箱内反应2小时，制得改性纳米填料； 

将聚酯多元醇、阻燃剂、纳米填料、增塑剂和抗氧剂置入反应釜并密封，维持真空度维持在-0.9MPa；加热至120℃后搅拌30分钟，再向反应釜中置入异氰酸酯和催化剂，真空度维持在-0.9MPa，搅拌反应2小时，氰酸酯基的含量控制在4.5%～5%之间；物料自然冷却至常温，制得预聚体； 

通过浇注机将预聚体加热至80℃，将扩链剂、季铵类抗静电剂加热至120℃；将预聚体和扩链剂、季铵类抗静电剂分别搅拌10分钟后，维持真空度-0.9MPa15分钟；启动浇注机，将上述两种物料瞬间混合好后浇注到已预 热好的模具内；将浇满物料的模具在120℃的固化箱内反应1小时，然后脱模；将脱模后的胚体继续在120℃的保温箱内二次反应10小时，制得阻燃抗静电互穿网络弹性体。 

实施例一 

阻燃抗静电互穿网络弹性体按质量份计成分如下： 

分子量1000～2000的聚四氰呋喃15份 

分子量1000～2000的聚环氧丙烷三元醇4份 

分子量1000～2000的聚己内酯二醇15份 

2，4-甲苯二异氰酸酯：34份 

双酚A环氧树脂：10份 

3,3-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷：8份 

三-（2-氯乙基）磷酸酯：4份 

十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐：2份 

导电炭黑：2份 

邻苯二甲酸二辛酯：3份 

纳米碳酸钙：3份 

二月桂酸二丁基锡：0.4份 

硅烷偶联剂KH-560：0.04份 

抗氧剂1010：0.5份 

其中，聚四氰呋喃、聚环氧丙烷三元醇、聚己内酯二醇的混合比例范围为：聚四氰呋喃20%～50%，聚环氧丙烷三元醇10%～30%，聚己内酯二醇20%～50%。 

按照以下制备方法制备上述的阻燃抗静电互穿网络弹性体： 

（1）纳米填料改性处理 

①按实施例一所述的比重称取硅烷偶联剂KH-560和纳米碳酸钙； 

②用无水乙醇将硅烷偶联剂KH-560稀释到重量的100倍； 

③将纳米碳酸钙置于带喷雾器的高速混合机的桶体内，稀释后的硅烷偶联剂KH-560置于喷雾器的瓶腔内； 

④分别启动搅拌开关和喷雾器开关，让硅烷偶联剂KH-560均匀地喷洒在纳米碳酸钙的表面； 

⑤将表面浸润了硅烷偶联剂KH-560的纳米碳酸钙在温度为120℃的烘箱 内反应2小时，制得改性米碳酸钙。 

（2）制备预聚体 

①按实施例一所述的比重称取分子量1000～2000的聚四氰呋喃、分子量1000～2000的聚环氧丙烷三元醇、分子量1000～2000的聚己内酯二醇、2,4-甲苯二异氰酸酯、三-（2-氯乙基）磷酸酯、纳米碳酸钙、导电炭黑、二月桂酸二丁基锡、邻苯二甲酸二辛酯和抗氧剂1010。 

②在反应釜内加入称量好的分子量1000～2000的聚四氰呋喃、分子量1000～2000的聚环氧丙烷三元醇、分子量1000～2000的聚己内酯二醇、三-（2-氯乙基）磷酸酯、米碳酸钙、邻苯二甲酸二辛酯和抗氧剂1010，密封； 

③开启反应釜真空泵开关，真空度维持在-0.9MPa； 

④启动反应釜加入开关，温度达到120℃后，启动搅拌开关搅拌30分钟； 

⑤关闭真空泵开关，真空度到常压后向反应釜内加入称量好的2,4-甲苯二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡； 

⑥重新开启真空泵开关，真空度维持在-0.9MPa，搅拌反应2小时，氰酸酯基的含量控制在4.5%～5%之间。 

⑦最后分别关闭反应釜搅拌开关、加热开关、真空泵开关，物料自然冷却至常温，制得预聚体。 

（3）制备阻燃抗静电互穿网络弹性体 

①将步骤（2）制备的预聚体置于浇注机的A罐内，将按上述实施例所述的比重称取3,3-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷、十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐置于浇注机的B罐内; 

②启动浇注机的加热开关，A罐加热至80℃，B罐加热至120℃; 

③启动浇注机搅拌开关，对A、B罐分别搅拌10分钟； 

④停止搅拌开关，启动真空泵开关，真空度维持-0.9MPa15分钟，然后停止真空泵开关； 

⑤启动浇注机浇注开关，将A、B罐流出的物料瞬间混合好后浇注到已预热好的模具内； 

⑥将浇满物料的模具在120℃的固化箱内反应1小时，然后脱模； 

⑦将脱模后的胚体继续在120℃的保温箱内二次反应10小时，制得阻燃抗静电互穿网络弹性体。 

实施例二 

阻燃抗静电互穿网络弹性体按质量份计成分如下： 

分子量1000～2000的聚四氰呋喃10份 

分子量1000～2000的聚环氧丙烷三元醇10份 

分子量1000～2000的聚己内酯二醇10份 

2，4-甲苯二异氰酸酯：38份 

酚醛环氧树脂：10份 

3,3-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷：8份 

甲基膦酸二甲酯：4份 

N-烷基二甲基乙铵硫酸乙酯：2份 

导电炭黑：2份 

邻苯二甲酸二丁酯：3份 

纳米二氧化硅：3份 

辛酸亚锡：0.4份 

硅烷偶联剂KH-560：0.04份 

抗氧剂1010：0.5份 

其中，聚四氰呋喃、聚环氧丙烷三元醇、聚己内酯二醇的混合比例范围为：聚四氰呋喃20%～50%，聚环氧丙烷三元醇10%～30%，聚己内酯二醇20%～50%。 

按照以下制备方法制备上述的阻燃抗静电互穿网络弹性体： 

（1）纳米二氧化硅改性处理 

①按实施例二所述的比重称取硅烷偶联剂KH-560和纳米二氧化硅； 

②用无水乙醇将硅烷偶联剂KH-560稀释到重量的100倍； 

③将纳米二氧化硅置于带喷雾器的高速混合机的桶体内，稀释后的硅烷偶联剂KH-560置于喷雾器的瓶腔内； 

④分别启动搅拌开关和喷雾器开关，让硅烷偶联剂KH-560均匀地喷洒在纳米二氧化硅的表面； 

⑤将表面浸润了硅烷偶联剂KH-560的纳米二氧化硅在温度为120℃的烘箱内反应2小时，制得改性纳米二氧化硅。 

（2）制备预聚体 

①按实施例二所述的比重称取分子量1000～2000的聚四氰呋喃、分子量 1000～2000的聚环氧丙烷三元醇、分子量1000～2000的聚己内酯二醇、2,4-甲苯二异氰酸酯、甲基膦酸二甲酯、纳米二氧化硅、导电炭黑、辛酸亚锡、邻苯二甲酸二丁酯和抗氧剂1010。 

②在反应釜内加入称量好的分子量1000～2000的聚四氰呋喃、分子量1000～2000的聚环氧丙烷三元醇、分子量1000～2000的聚己内酯二醇、甲基膦酸二甲酯、纳米二氧化硅、邻苯二甲酸二丁酯和抗氧剂1010，密封； 

③开启反应釜真空泵开关，真空度维持在-0.9MPa； 

④启动反应釜加入开关，温度达到120℃后，启动搅拌开关搅拌30分钟； 

⑤关闭真空泵开关，真空度到常压后向反应釜内加入称量好的2,4-甲苯二异氰酸酯和辛酸亚锡； 

⑥重新开启真空泵开关，真空度维持在-0.9MPa，搅拌反应2小时，氰酸酯基的含量控制在4.5%～5%之间。 

⑦最后分别关闭反应釜搅拌开关、加热开关、真空泵开关，物料自然冷却至常温，制得预聚体。 

（3）制备阻燃抗静电互穿网络弹性体 

①将步骤（2）制备的预聚体置于浇注机的A罐内，将按上述实施例所述的比重称取3,3-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷、N-烷基二甲基乙铵硫酸乙酯置于浇注机的B罐内; 

②启动浇注机的加热开关，A罐加热至80℃，B罐加热至120℃; 

③启动浇注机搅拌开关，对A、B罐分别搅拌10分钟； 

④停止搅拌开关，启动真空泵开关，真空度维持-0.9MPa15分钟，然后停止真空泵开关； 

⑤启动浇注机浇注开关，将A、B罐流出的物料瞬间混合好后浇注到已预热好的模具内； 

⑥将浇满物料的模具在120℃的固化箱内反应1小时，然后脱模； 

⑦将脱模后的胚体继续在120℃的保温箱内二次反应10小时，制得阻燃抗静电互穿网络弹性体。 

通过本发明实施例的方法制备的阻燃抗静电互穿网络弹性体与目前常用的用于制作托辊筒体的标准弹性体相比，对比结果如下： 

表1本发明实施例的弹性体与常用标准弹性体性能对比 

从上表可以看出，本发明实施例提供的一种阻燃抗静电互穿网络弹性体，用于制作性能优良的托辊，具体表现为：①耐磨性能极佳，是钢制托辊的2～3倍；②具有很强的耐酸、碱、盐腐蚀能力；③筒体表面硬度为邵氏A85～98，与胶带的硬度比较接近，而且与胶带具有很好的粘附力，不容易打滑，因此正常工作情况下托辊对胶带的磨损极小，噪音低；④阻燃效果达V-0级，达到国家标准MT/T1019-2006的要求；⑤托辊与皮带滚动摩擦的过程中产生静电很少，而且筒体的表面电阻率低于3.8×108Ω/sq，具有较好的导电性能，达到国家标准MT/T1019-2006的要求。是矿井皮带机用钢制托辊的优良替代品，由很好的市场前景。 

在本发明的一些实施例中，所述异氰酸酯还可以为4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯。 

所述环氧树脂还可以为溴化环氧树脂。 

所述阻燃剂还可以为三-（2-氯丙基）磷酸酯、三-（2-溴丙基）磷酸酯、四-（2-氯乙基）亚乙基二磷酸酯或乙基膦酸二乙酯。 

所述季铵盐抗静电剂还可以为三羟乙基甲基季铵硫酸酯。 

所述增塑剂还可以为环氧大豆油。 

所述纳米填料还可以为纳米二氧化钛或纳米氧化铝。 

所述催化剂还可以为异辛酸钾或异辛酸锌。 

所述改性剂还可以为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-570、钛酸酯或铝酸酯。 

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例 而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (13)

1.一种阻燃抗静电互穿网络弹性体，其特征在于，由以下重量份的各组分组成：聚酯多元醇30～45份，异氰酸酯28～42份，环氧树脂10～15份，扩链剂5～12份，阻燃剂3～15份，季铵类抗静电剂1～4份，导电炭黑1～4份，增塑剂1～5份，纳米填料2～5份，催化剂0.2～0.8份，改性剂0.02～0.1份，抗氧剂0.4～1份。

2.根据权利要求1所述的阻燃抗静电互穿网络弹性体，其特征在于，所述聚酯多元醇为分子量1000～2000的聚四氰呋喃、分子量1000～2000的聚环氧丙烷三元醇、分子量1000～2000的聚己内酯二醇的混合物；其混合比例范围为：聚四氰呋喃20%～50%，聚环氧丙烷三元醇10%～30%，聚己内酯二醇20%～50%。

3.根据权利要求1所述的阻燃抗静电互穿网络弹性体，其特征在于，所述异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯和4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种。

4.根据权利要求1所述的阻燃抗静电互穿网络弹性体，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、溴化环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种。

5.根据权利要求1所述的阻燃抗静电互穿网络弹性体，其特征在于，所述扩链剂为3,3-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷。

6.根据权利要求1所述的阻燃抗静电互穿网络弹性体，其特征在于，所述阻燃剂为三-（2-氯丙基）磷酸酯、三-（2-氯乙基）磷酸酯、三-（2-溴丙基）磷酸酯、四-（2-氯乙基）亚乙基二磷酸酯、甲基膦酸二甲酯、乙基膦酸二乙酯中的一种。

7.根据权利要求1所述的阻燃抗静电互穿网络弹性体，其特征在于，所述季铵盐抗静电剂为十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐、三羟乙基甲基季铵硫酸酯、N-烷基二甲基乙铵硫酸乙酯中的一种。

8.根据权利要求1所述的阻燃抗静电互穿网络弹性体，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、环氧大豆油中的一种。

9.根据权利要求1所述的阻燃抗静电互穿网络弹性体，其特征在于，所述纳米填料为纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化铝中的一种。

10.根据权利要求1所述的阻燃抗静电互穿网络弹性体，其特征在于，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，辛酸亚锡，异辛酸钾，异辛酸锌中的一种。

11.根据权利要求1所述的阻燃抗静电互穿网络弹性体，其特征在于，所述改性剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570、钛酸酯、铝酸酯中的一种。

12.根据权利要求1所述的阻燃抗静电互穿网络弹性体，其特征在于，所述炭黑为导电炭黑，所述抗氧剂为抗氧剂1010。

13.一种如权利要求1至12任意一项所述的阻燃抗静电互穿网络弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过带喷雾器的高速混合机将用无水乙醇稀释到重量的100倍后的改性剂均匀喷洒在纳米填料的表面；将表面浸润了改性剂的纳米填料在温度为120℃的烘箱内反应2小时，制得改性纳米填料；

将聚酯多元醇、阻燃剂、纳米填料、增塑剂和抗氧剂置入反应釜并密封，维持真空度维持在-0.9MPa；加热至120℃后搅拌30分钟，再向反应釜中置入异氰酸酯和催化剂，真空度维持在-0.9MPa，搅拌反应2小时，氰酸酯基的含量控制在4.5%～5%之间；物料自然冷却至常温，制得预聚体；

通过浇注机将预聚体加热至80℃，将扩链剂、季铵类抗静电剂加热至120℃；将预聚体和扩链剂、季铵类抗静电剂分别搅拌10分钟后，维持真空度-0.9MPa15分钟；启动浇注机，将上述两种物料瞬间混合好后浇注到已预热好的模具内；将浇满物料的模具在120℃的固化箱内反应1小时，然后脱模；将脱模后的胚体继续在120℃的保温箱内二次反应10小时，制得阻燃抗静电互穿网络弹性体。