CN104927272A - Eva/evm共混型热塑性硫化胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种EVA/EVM共混型热塑性硫化胶及其制备方法,组成如下:EVA与EVM的质量比为1:1~4,过氧化物硫化剂DCP和交联助剂TAIC的用量分别是EVM质量的2%和3%;其制备包括以下步骤:(1)通过混炼,将EVM与过氧化物硫化剂及交联助剂混合均匀,制成混炼胶;(2)将EVA在高温混合器具中熔融塑化,之后将EVM混炼胶加入并与EVA熔体在温度场和剪切力场作用下进行动态硫化;(3)动态硫化结束后,取出动态硫化产物,根据需要进行热塑性成型。本发明的热塑性硫化胶具有较好的物理机械性能、较低的硬度以及较好的抗UV老化性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于EVA和EVM共混体系的热塑性硫化胶及其制备方法,具体地说,涉及一种通过动态硫化EVA/EVM共混体系而获得具有较好的物理机械性能、较低的硬度和抗UV老化性的热塑性硫化胶的制备方法,属于热塑性硫化胶的制备与性能研究。
背景技术
热塑性硫化胶是热塑性弹性体家族的一种,是采用动态硫化法而制备的,动态硫化是指在橡胶混炼胶和热塑性树脂的熔融共混过程中,在温度场和剪切力场的作用下,实现橡胶的“就地”硫化且橡胶相被撕碎成微小的硫化橡胶粒子分散于热塑性树脂相之中,最终呈现海-岛结构;动态硫化过程中的相形态演变及其形成决定了热塑性硫化胶的最终微观结构,并影响着其物理机械性能。热塑性硫化胶不仅具有类似传统硫化橡胶的力学特征,而且具有热塑性材料的成型特征,在聚合物共混及复合材料领域中占有重要的地位,目前已在汽车、建筑、医疗器械等领域得以应用。
目前,关于热塑性硫化胶的应用和报道以PP/EPDM共混体系居多,另有少数耐油性PA/NBR共混体系,但其它体系的相对很少。目前商业化的PP/EPDM共混型热塑性硫化胶,具有高强度、使用温度范围宽、耐油、加工流动性好等特点,但由于PP分子中存在大量的具有不稳定性的叔碳氢原子,使其稳定性较差、抗UV老化性不佳,一般需要添加抗氧剂、紫外线吸收剂等助剂来提高其稳定性和抗UV老化性;另一方面,PP/EPDM共混型热塑性硫化胶的硬度偏高,为了降低硬度,通常需要在热塑性硫化胶中大量充填软化剂,但存在着软化剂小分子迁移析出的隐患。
乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂简称EVA树脂,其中醋酸乙烯的质量含量在5%~40%;与聚乙烯相比,EVA树脂由于在分子链中引入了醋酸乙烯单体,从而降低了结晶度和硬度,提高了柔韧性和抗冲击性,并具有优良的耐候性和抗UV老化等优点。EVM橡胶也是乙烯与醋酸乙烯的共聚物,其中醋酸乙烯质量含量在40%~80%,EVM橡胶通常被称为乙华平,室温下处于高弹态,EVM硫化胶具有优良的耐候性、抗UV老化及低压缩永久变形。由于EVA树脂和EVM橡胶的分子结构类似,均由乙烯和醋酸乙烯结构单元组成,因此它们之间具有良好的界面相容性,将EVA/EVM共混体系进行动态硫化,可获得具有良好耐UV老化的新型热塑性硫化胶;而且,由于EVA和EVM的自身均为白色粒子,采用过氧化物硫化剂对EVA和EVM的共混体系进行动态硫化,产物易于获得色彩鲜艳的外观。本发明提供一种新的技术方案,在不添加抗氧剂、紫外线吸收剂以及不充填软化剂的情况,所制备的热塑性硫化胶就具备较低的硬度和较高的抗UV老化性。
发明内容
本发明针对PP/EDPM共混型热塑性硫化胶抗UV老化性不佳的弊病,以及未填充软化剂的PP/EPDM热塑性硫化胶硬度偏高的问题,制备出一种EVA/EVM共混型热塑性硫化胶,进一步开发热塑性硫化胶材料的产品品级,产物具有较低的硬度和较为优良的抗UV老化性。
本发明提供了一种EVA/EVM共混型热塑性硫化胶及其制备方法,包括下列顺序步骤:
(1)通过混炼工艺,在30℃的双辊开炼机上将EVM橡胶与过氧化物硫化剂及交联助剂混合均匀,制成EVM混炼胶;
(2)将EVA树脂在165℃的双辊开炼机上熔融塑化,之后加入EVM混炼胶,与熔融的EVA熔体在温度场和剪切力场作用下进行动态硫化8分钟;
(3)动态硫化结束后,橡胶相被硫化且被剪切成颗粒状分散相,分散于热塑性EVA树脂中;取出动态硫化产物,根据需要进行热塑性成型。
其中,动态硫化时的开炼机的双辊温度为165℃,EVA与EVM的质量比控制在1:1~4,过氧化物硫化剂DCP用量为EVM质量的2%,交联助剂TAIC用量为EVM质量的3%。
上述技术方案中,EVA树脂和EVM橡胶,均为无极性的乙烯单体与强极性的醋酸乙烯单体的共聚物,是一种支化度高的无规共聚物,随着醋酸乙烯含量的提高,乙烯-醋酸乙烯共聚物涵盖了从热塑性树脂到橡胶的所有材料。对于EVA树脂和EVM橡胶而言,由于醋酸乙烯的含量不同,前者在常温下是热塑性树脂,而后者在常温下则是橡胶;由于EVA和EVM的大分子主链均为饱和结构,且不存在不稳定的原子和基团,这就使得它们均具有良好的抗UV老化性。对于EVM橡胶与过氧化物硫化剂和交联助剂的混炼,由于EVM橡胶中的醋酸乙烯含量较高,使得自身具有强极性,在混炼过程中极容易发生粘辊现象而导致混炼工艺难以进行,将开放式炼胶机的温度严格控制在30℃,可确保混炼过程的顺利进行;另一方面,将过氧化物硫化剂和交联助剂事先分散于EVM橡胶中,之后再将EVM混炼胶和EVA熔体进行动态硫化,可以确保在动态硫化的过程中,绝大部分过氧化物硫化剂和交联助剂都用来引发EVM橡胶的交联,有效避免了过氧化物硫化剂和交联助剂过多进入EVA基体,导致基体交联以及热塑性的下降。采用DCP为过氧化物硫化剂,采用TAIC为交联助剂,可以确保动态硫化产物为白色,容易在其基础上通过着色而获得色彩鲜艳的热塑性硫化胶制品。对于所制备的EVA/EVM共混型热塑性硫化胶,具有较高的极性,采用平板硫化机模压成型时,如果在不锈钢模具内壁仅仅是按常规工艺喷涂脱模剂或者垫铝箔,则模压成型后,很容易出现热塑性硫化胶和模具之间发生较强粘结的现象,导致难以脱模;在模压成型时,在成型模具的内壁垫有聚四氟乙烯隔离膜,可以获得表面洁净的且不与模具发生粘结的样品。
在热塑性硫化胶中,热塑性树脂相为连续相,硫化橡胶粒子为分散相;为了观察EVA/EVM共混型热塑性硫化胶样品的微观结构,首先,将动态硫化产物置于100℃的二甲苯中刻蚀45分钟,将热塑性硫化胶样品表层中的EVA连续相刻蚀去除,硫化EVM橡胶粒子由于自身的交联结构而无法被刻蚀去除,如此一来,样品表层中的硫化EVM粒子就得以暴露;第二步,将刻蚀后样品在30℃的真空干燥箱中干燥24小时,彻底去除样品中的残留甲苯刻蚀液;第三步,在刻蚀且经干燥后的样品表面喷金,然后用扫描电子显微镜观察经过刻蚀的热塑性硫化胶的表面微观结构,扫描电子显微镜照片中的外观不规则的粒子,就是热塑性硫化胶中的硫化橡胶粒子,也就是热塑性硫化胶的分散相。对于热塑性硫化胶的断面形貌观察,首先将拉伸断面在真空喷金,而后用扫描电子显微镜观察热塑性硫化胶的拉伸断面形貌,对于热塑性硫化胶,由于自身具有橡胶的高弹性,因而在扫描电子显微镜下观察到的热塑性硫化胶的 拉伸断面应该是比较平坦的,这表明其自身具有较强的形变回复能力。通过对刻蚀后热塑性硫化胶的表层进行观察,以及对热塑性硫化胶的拉伸断面进行观察,可从微观结构上判断产物是否归属于热塑性硫化胶。本发明制备的热塑性硫化胶样品的刻蚀表层中的硫化EVM橡胶粒子外观不规则,尺寸为数微米,且为分散相;拉伸断面较为平坦;这就从其微观结构上验证了本发明制得的产物属于热塑性硫化胶。
本发明与现有技术相比,具有显著的积极效果和先进性:本发明采用EVA树脂和EVM橡胶的共混体系作为热塑性硫化胶的成分,在动态硫化过程中实现了EVM橡胶的完全动态硫化并成为体系的分散相;由于EVA基体和EVM分散相均具有优良的抗UV老化性,因而在不添加抗氧剂和紫外线吸收剂的情况下,其共混体系也具有较好的抗UV老化性;EVA/EVM的共混比在1:1~4的范围内,动态硫化产物符合热塑性硫化胶的力学行为特征,即扯断伸长率大于100%且100%定伸永久变形低于50%;由于EVA基体的硬度较低,因而在不填充软化剂的情况下,EVA/EVM热塑性硫化胶也具有相对较低的硬度。
本发明制得的EVA/EVM共混型热塑性硫化胶可用于需要较低硬度和较高耐UV老化性的场合。
附图说明
图1为按本发明方法制备的EVA/EVM(质量比1.0:1.5)共混型热塑性硫化胶材料表面刻蚀后的扫描电子显微镜照片。
图2为按本发明方法制备的EVA/EVM(质量比1.0:1.5)共混型热塑性硫化胶材料的拉伸断面的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式:下面的实施例是对本发明的进一步说明,而不是限制本发明的范围。
实施例1:EVA/EVM共混型热塑性硫化胶的制备
(1)先将50.0克EVM(醋酸乙烯质量含量为50%)橡胶粒子加入辊筒间距为1.0mm的30℃的开炼机,之后加入1.0克DCP和1.5克TAIC,混炼3分钟,获得EVM混炼胶;
(2)将50克EVA(醋酸乙烯质量含量为15%)树脂在165℃的双辊开炼机上熔融塑化;之后将EVM混炼胶加入开炼机,并与熔融的EVA熔体在温度场和剪切力场作用下进行动态硫化8分钟;
(3)动态硫化结束后,迅速从开炼机下片并冷却,之后将样品放入垫有聚四氟乙烯隔离膜的不锈钢模具内,用平板硫化机在165℃温度下预热5min,在10MPa的压力下模压8min,之后在室温条件的平板硫化机上冷压定型,获得片状样品。
按GB/T 528-2009和GB/T 529-2008测试试样的拉伸强度、扯断伸长率和撕裂强度;按GB/T531-2008测试邵尔A硬度;按ASTM 1566-2009测试100%定伸永久变形;抗UV老化性按GB/T16585-1996测试,辐照波长为310~315nm,老化时间为72hr。
通过动态硫化所制备出的EVA/EVM共混型热塑性硫化胶的物理机械性能见表1。
实施例2:EVA/EVM共混型热塑性硫化胶的制备
EVM(醋酸乙烯质量含量为50%)、DCP、TAIC和EVA(醋酸乙烯质量含量为20%)分别是60克、1.2克、1.8克和40克。其余与实施1相同。
实施例3:EVA/EVM共混型热塑性硫化胶的制备
EVM(醋酸乙烯质量含量为60%)、DCP、TAIC和EVA(醋酸乙烯质量含量为15%)分别是70克、1.4克、2.1克和30克。其余与实施1相同。
实施例4:EVA/EVM共混型热塑性硫化胶的制备
EVM(醋酸乙烯质量含量为60%)、DCP、TAIC和EVA(醋酸乙烯质量含量为20%)分别是80克、1.6克、2.4克和20克。其余与实施1相同。
表1 EVA/EVM共混型热塑性硫化胶的物理机械性能
在EVA和EVM的动态硫化产物中,决定强度高低的主要因素是树脂相的含量,决定高弹性的主要因素是橡胶相的含量。EVA与EVM的质量比控制在1:1~4,EVA中醋酸乙烯的质量含量为15~20%,EVM中醋酸乙烯的质量含量为50~60%,则动态硫化产物的物理机械性能,均符合热塑性硫化胶的范畴。对抗UV老化性的研究后发现,EVA/EVM共混型热塑性硫化胶在经过UV老化后,其拉伸强度、撕裂强度等主要力学性能指标的维持率在90%左右,表现出优良的抗UV老化能力。
显然,本发明上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所做的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (5)
1.一种EVA/EVM共混型热塑性硫化胶及其制备方法,由以下组分组成:EVA树脂与EVM橡胶的质量比控制在1:1~4,过氧化物硫化剂的用量为EVM质量的2%,交联助剂的用量为EVM质量的3%。
2.根据权利要求1所述的一种EVA/EVM共混型热塑性硫化胶及其制备方法,包括下列顺序步骤:首先在30℃的双辊开炼机上,将EVM橡胶与过氧化物硫化剂、交联助剂混合均匀,制成混炼胶;将EVA树脂在165℃的双辊开炼机上熔融塑化,之后加入EVM混炼胶,在温度场和剪切力场作用下动态硫化8分钟;动态硫化结束后,迅速从开炼机下片,冷却后采用平板硫化机进行成型。
3.根据权利要求1所述的一种EVA/EVM共混型热塑性硫化胶及其制备方法,其特征在于:EVA树脂中醋酸乙烯的质量含量为15~20%,EVM橡胶中醋酸乙烯的质量含量为50~60%。
4.根据权利要求1所述的一种EVA/EVM共混型热塑性硫化胶及其制备方法,其特征在于:所述的过氧化物硫化剂为DCP,所述的交联助剂为TAIC。
5.根据权利要求1所述的一种EVA/EVM共混型热塑性硫化胶及其制备方法,其特征在于:把权利要求2获得的样品放入垫有聚四氟乙烯隔离膜的不锈钢模具内,用平板硫化机在165℃温度下预热5min,在10~15MPa的压力下模压8min,之后在室温条件的平板硫化机上冷压定型,获得片状样品。
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