CN104910447A - 一种阻燃橡胶 - Google Patents

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Abstract

一种阻燃橡胶的制备方法，由以下组分制备得到，按质量分数混合：天然橡胶用量100质量份；硫化剂用量1.2~1.5质量份；促进剂CZ用量0.8~1.0质量份；促进剂TMTD用量0.2~0.4质量份；硬脂酸用量3.5~4.5质量份；氧化锌用量4.5~5质量份；防老剂4010用量1~2质量份；液体石蜡用量1~3质量份；炭黑用量30~40份；阻燃协效剂1~5质量份；聚磷酸铵用量35~40质量份；季戊四醇用量10~20质量份；三聚氰胺用量10~20质量份。其中阻燃协效剂为金属有机骨架接枝功能化石墨烯，通过苯甲酸对石墨烯进行功能化，使其与金属有机骨架实现双配位复合。本发明明显改善了现有橡胶基体的阻燃性能。

Description

一种阻燃橡胶
技术领域
本发明涉及一种橡胶，特别是涉及一种阻燃橡胶。
背景技术
   橡胶由于其优异的物理机械性能被广泛用于汽车、航空航天、石油开采、石化、电线电缆、轮胎胎面等行业。但是，其固有的高可燃性依旧使NR存在一些应用限制。因此，提高橡胶阻燃性能的重要性显而易见。
    膨胀阻燃剂IFR是由聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺组成，具有低烟雾量和低毒性等优点。在某些材料中具有比其他阻燃剂更加优异的阻燃表现。但是与传统阻燃剂相比又有很多自身局限性，自身添加量过大，成炭不稳定等导致材料阻燃性能及力学性能下降，从而限制IFR的应用。
    为了提高IFR的阻燃效果，采用协同效应提升阻燃性能。协效剂一般具有催化阻燃体系反应、增加成炭量、提高炭层品质等作用。而石墨烯作为当今的研究热点，其独特的二维片层结构，石墨烯在聚合物复合材料中具有良好的物理阻隔效应而发挥阻燃作用。但是由于石墨烯片层之间存在较强的相互作用，在制备聚合物纳米复合材料时容易发生团聚。因此，需要对石墨烯进行功能化。
金属有机骨架材料是由金属离子和侨连金属离子的有机配位聚合构成，这种材料所具有的高比表面积、易调节的孔道、多样性的骨架结构是无机多孔材料所不及。本专利将金属有机骨架接枝功能化石墨烯与膨胀阻燃剂复配对橡胶材料进行阻燃，有效的提高了阻燃性能，其中金属有机骨架中的金属阳离子，可以改善炭层的热氧化稳定性，提高成炭率，降低APP的挥发性。
并且，接枝之后的阻燃协效剂，大大提高了其比表面积，增加了阻燃剂与橡胶基体的相容性，使阻燃性能提高。
发明内容
    本发明的目的在于提供一种阻燃橡胶，该阻燃橡胶采用天然橡胶为基材，通过金属有机骨架接枝功能化石墨烯与膨胀阻燃剂进行协效，达到提高复合材料的阻燃性能以及燃烧炭层稳定性，进一步提高了橡胶的阻燃及力学性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种阻燃橡胶，所述橡胶由下列组分组成，按质量分数混合：天然橡胶用量100质量份；硫化剂用量1.2~1.5质量份；促进剂CZ用量0.8~1.0质量份；促进剂TMTD用量0.2~0.4质量份；硬脂酸用量3.5~4.5质量份；氧化锌用量4.5~5质量份；防老剂4010用量1~2质量份；液体石蜡用量1~3质量份；炭黑用量30~40份；阻燃协效剂 1~5质量份；聚磷酸铵用量35~40质量份；季戊四醇用量10~20质量份；三聚氰胺用量10~20质量份。
所述的.一种阻燃橡胶，所述阻燃协效剂为金属有机骨架接枝功能化石墨烯。
    所述的.一种阻燃橡胶，所述功能化石墨烯为苯甲酸改性还原石墨烯，使石墨烯表面富含大量羧基苯的功能化石墨烯。
所述的.一种阻燃橡胶，所述金属有机骨架与功能化石墨烯以双配位基的方式复合，实现金属有机骨架-接枝石墨烯一体化。
本发明的优点与效果是：
    1.本发明采用石墨烯功能化协效膨胀阻燃剂阻燃天然橡胶，相比膨胀阻燃剂阻燃天然橡胶具有更高的成炭能力以及耐热稳定性，石墨烯的独特二维片层结构，使其具有良好的物理阻隔效应而发挥阻燃作用。
    2.将石墨烯进行功能化改性，表面接枝金属有机骨架，增大其比表面积，使得石墨烯在橡胶中分散均匀，提高与橡胶基体的相容性，使其耐热稳定性升高；金属有机骨架的多孔结构，可以吸附橡胶在硫化过程中产生的H2S,降低硫化过程中的热量，使橡胶达到正常的交联度，从而提高橡胶的力学性能；并且金属有机骨架中的金属阳离子，可以改善碳层的热氧化稳定性，提高成炭率，降低APP的挥发性。
附图说明
    图1为氧化石墨烯的功能化改性化学式；
   图2为金属有机骨架接枝功能化石墨烯化学式。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
    本发明选取在线缆材料及电器领域内广泛采用的天然橡胶作为基材，通过金属有机骨架接枝功能化石墨烯作为阻燃协效剂，利用石墨烯在橡胶材料中良好的物理阻隔效应和金属有机骨架的多孔结构与催化成炭作用，提高复合材料的阻燃性能以及燃烧炭层的稳定性。同时，金属有机骨架与石墨烯的接枝改性，有效的提高了两者在橡胶基材中的利用率和分散性。
实施例：
    将1g氧化石墨烯超声分散在300ml的水溶液中，加入600mg的硼氢化钠，配置5%的碳酸钠溶液调节石墨烯水溶液的PH，使PH值达到9-10，在80℃下静止1h。离心得到产物。将产物离心分散到100ml的水溶液中，用1mol/L的盐酸溶液调节PH到5-6，加入18mg的亚硝酸钠和46mg的苯甲酸，在冰水浴下搅拌2h，离心得到功能化石墨烯。.
    将0.5g功能化石墨烯超声分散在100ml的水溶液中，常温加入AL-MOFs金属有机骨架常温搅拌4h，制备得到金属有机骨架接枝功能化石墨烯协效阻燃剂。
    天然橡胶100份；硫磺1.2份；促进剂CZ 0.8份；促进剂TMTD 0.35份；硬脂酸4份；氧化锌5份；防老剂1份；液体石蜡1份；炭黑35份；金属有机骨架接枝功能化石墨烯3份；7；三聚氰胺13.3份；季戊四醇13.3份置于开炼机中，于 55℃的温度下混炼，即得胶料，将胶料放置12小时后，在150℃/10MPa×Tc90的条件下进行硫化，得到阻燃橡胶。

Claims (4)

1.一种阻燃橡胶，其特征在于，所述橡胶由下列组分组成，按质量分数混合：天然橡胶用量100质量份；硫化剂用量1.2~1.5质量份；促进剂CZ用量0.8~1.0质量份；促进剂TMTD用量0.2~0.4质量份；硬脂酸用量3.5~4.5质量份；氧化锌用量4.5~5质量份；防老剂4010用量1~2质量份；液体石蜡用量1~3质量份；炭黑用量30~40份；阻燃协效剂 1~5质量份；聚磷酸铵用量35~40质量份；季戊四醇用量10~20质量份；三聚氰胺用量10~20质量份。
2.根据权利要求1所述的.一种阻燃橡胶，其特征在于，所述阻燃协效剂为金属有机骨架接枝功能化石墨烯。
3.根据权利要求2所述的.一种阻燃橡胶，其特征在于，所述功能化石墨烯为苯甲酸改性还原石墨烯，使石墨烯表面富含大量羧基苯的功能化石墨烯。
4.根据权利要求2所述的.一种阻燃橡胶，其特征在于，所述金属有机骨架与功能化石墨烯以双配位基的方式复合，实现金属有机骨架-接枝石墨烯一体化。
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