CN105199159B - 一种接枝石墨烯阻燃橡胶及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种接枝石墨烯阻燃橡胶及制备方法，涉及一种橡胶及制备方法，该组分及含量为：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质量份；阻燃协效剂用量1~10质量份；膨胀阻燃剂IFR(聚磷酸铵：季戊四醇：三聚氰胺=3：1：1)用量为25~35质量份。本发明制备的一种接枝石墨烯阻燃橡胶，其中的分子筛接枝石墨烯与橡胶基体具有相当优异的相容性和热阻隔效应。这将明显改善原有阻燃橡胶基体的力学性能与阻燃效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种橡胶及制备方法，特别是涉及一种接枝石墨烯阻燃橡胶及制备方法。
背景技术
橡胶属于可燃或易燃材料，提高橡胶及其制品的阻燃性能是一个日益迫切的研究课题。橡胶输送带，电缆保护套，电子、电气工业上以及飞机、汽车、火车和轮船等交通工具上使用的橡胶制品的阻燃化处理对其实用安全性非常重要。目前添加的阻燃剂分为有卤阻燃剂和无卤阻燃剂，而无卤阻燃剂中膨胀阻燃剂是目前应用最为广泛的，但是由于膨胀阻燃剂与橡胶的相容性问题，通常采用协同效应提升阻燃性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种接枝石墨烯阻燃橡胶及制备方法，该方法通过分子筛接枝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：
一种接枝石墨烯阻燃橡胶，该阻燃橡胶的组分及含量为：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 质量份 ；阻燃协效剂用量 1~10质量份； 膨胀阻燃剂IFR(聚磷酸铵：季戊四醇：三聚氰胺=3：1：1)用量为25~35质量份。
所述的一种接枝石墨烯阻燃橡胶，所述的阻燃协效剂为分子筛接枝石墨烯。
所述的一种接枝石墨烯阻燃橡胶，所选用的橡胶基体为天然橡胶、顺丁橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶、硅橡胶。
所述的一种接枝石墨烯阻燃橡胶，阻燃协效剂所选用的分子筛为MCM-22，MCM-41，MCM-48,SBA-15,沸石。
一种接枝石墨烯阻燃橡胶制备方法，该制备方法包括以下步骤
（1）将分子筛1-10质量份和KH5501-3质量份以及甲苯溶液在水浴中加热搅拌70-90℃ 6-9h，所得产物用甲苯离心洗涤；
（2）将氧化石墨烯0.5-5质量份在蒸馏水中溶解，用碳二亚胺（EDC）/N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）溶液中进行表面活化，再加入步骤（1）得到的分子筛进行表面接枝；
（3）将步骤（2）得到的氧化石墨烯接枝分子筛，通过添加水合肼，水浴加热90-100℃ 1-3h，进行配位还原，得到阻燃协效剂分子筛接枝石墨烯RGO-分子筛。
本发明的优点与效果是：
1.本发明采用分子筛接枝石墨烯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和分子筛的孔道结构使其具有良好的物理阻隔效应而发挥阻燃作用。
2.分子筛在石墨烯的表面进行接枝，增加了其比表面积，并且两者的复配，会抑制石墨烯与分子筛发生团聚，有助于在橡胶基体中的分散，使其相容性更好，提升基体的力学性能。
附图说明
图1为分子筛的氨基化；
图2为分子筛接枝功能化石墨烯。
具体实施方式
实施例1
称取SBA-15 5g、KH550 6ml、甲苯50ml，依次加入三口瓶，在80摄氏度的水浴中加热、搅拌8h，再将所的产物用甲苯离心洗涤。产物置于室内风干。得到氨基化后的SBA-15。
称取EDC 0.035g、NHS0.023g加入到20ml蒸馏水中制得活化溶液。
将氧化石墨烯用300ml蒸馏水溶解，并加入11ml的活化溶液，活化半小时。再将氨基化后的SBA-15与活化后的氧化石墨烯在常温下搅拌4h，将所得产物分别用蒸馏水和甲醇各离心洗涤2-3次后，用氨水调节PH至9-10。称取3ml的水合肼一并加入到三口瓶中，98摄氏度的水浴中搅拌2h。再将所得产物分别用蒸馏水和甲醇各离心洗涤2-3次，即可制得阻燃协效剂RGO-SBA-15。
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 ；介孔分子筛SBA-15接枝石墨烯5份 ；IFR(聚磷酸铵：季戊四醇：三聚氰胺=3：1：1)用量为35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。
实施例2
称取MCM-41 5g、KH550 6ml、甲苯50ml，依次加入三口瓶，在80摄氏度的水浴中加热、搅拌8h，再将所的产物用甲苯离心洗涤。产物置于室内风干。得到氨基化后的MCM-41。
称取EDC 0.035g、NHS0.023g加入到20ml蒸馏水中制得活化溶液。
将氧化石墨烯用300ml蒸馏水溶解，并加入11ml的活化溶液，活化半小时。再将氨基化后的SBA-15与活化后的氧化石墨烯在常温下搅拌4h，将所得产物分别用蒸馏水和甲醇各离心洗涤2-3次后，用氨水调节PH至9-10。称取3ml的水合肼一并加入到三口瓶中，98摄氏度的水浴中搅拌2h。再将所得产物分别用蒸馏水和甲醇各离心洗涤2-3次，即可制得阻燃协效剂RGO-MCM-41。
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 ；介孔分子筛MCM-41接枝石墨烯(1,3,5)份 ；IFR(聚磷酸铵：季戊四醇：三聚氰胺=3：1：1)用量为(39,37,35)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。
对比例
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 ； IFR(聚磷酸铵：季戊四醇：三聚氰胺=3：1：1)用量为40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。
| 对比组分 | 氧指数 | 燃烧等级 | 拉伸强度 |
| NR/IFR | 24.5 | 达不到等级 | 10.13 |
| NR/IFR/1%RGO-MCM41 | 26.3 | 达不到等级 | 11.50 |
| NR/IFR/3%RGO-MCM41 | 26.7 | 达不到等级 | 11.56 |
| NR/IFR/5%RGO-MCM41 | 27.5 | V-1 | 12.32 |
Claims (2)
1.一种接枝石墨烯阻燃橡胶，其特征在于：该阻燃橡胶的组分及含量为：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 ；介孔分子筛SBA-15接枝石墨烯5份 ；IFR用量为35份置于开炼机中，其中IFR为聚磷酸铵：季戊四醇：三聚氰胺=3：1：1，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；
所述的介孔分子筛SBA-15接枝石墨烯制备方法包括以下步骤
（1）称取SBA-15 5g、KH550 6ml、甲苯50ml，依次加入三口瓶，在80摄氏度的水浴中加热、搅拌8h，再将所的产物用甲苯离心洗涤；产物置于室内风干，得到氨基化后的SBA-15；
（2）称取EDC 0.035g、NHS0.023g加入到20ml蒸馏水中制得活化溶液；
将氧化石墨烯用300ml蒸馏水溶解，并加入11ml的活化溶液，活化半小时；再将氨基化后的SBA-15与活化后的氧化石墨烯在常温下搅拌4h，将所得产物分别用蒸馏水和甲醇各离心洗涤2-3次后，用氨水调节PH至9-10；称取3ml的水合肼一并加入到三口瓶中，98摄氏度的水浴中搅拌2h；再将所得产物分别用蒸馏水和甲醇各离心洗涤2-3次，即可制得阻燃协效剂RGO-SBA-15。
2.一种接枝石墨烯阻燃橡胶，其特征在于：该阻燃橡胶的组分及含量为：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 ；介孔分子筛MCM-41接枝石墨烯用量分别为1份,3份,5份 ；IFR中的聚磷酸铵：季戊四醇：三聚氰胺=3：1：1用量分别为39,37,35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；
所述的介孔分子筛MCM-41接枝石墨烯的制备方法：
（1）称取MCM-41 5g、KH550 6ml、甲苯50ml，依次加入三口瓶，在80摄氏度的水浴中加热、搅拌8h，再将所的产物用甲苯离心洗涤，产物置于室内风干，得到氨基化后的MCM-41；
（2）称取EDC 0.035g、NHS0.023g加入到20ml蒸馏水中制得活化溶液；
将氧化石墨烯用300ml蒸馏水溶解，并加入11ml的活化溶液，活化半小时；
再将氨基化后的SBA-15与活化后的氧化石墨烯在常温下搅拌4h，将所得产物分别用蒸馏水和甲醇各离心洗涤2-3次后，用氨水调节PH至9-10，称取3ml的水合肼一并加入到三口瓶中，98摄氏度的水浴中搅拌2h；
再将所得产物分别用蒸馏水和甲醇各离心洗涤2-3次，即可制得阻燃协效剂RGO-MCM-41。
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