CN105330986A - 一种阻燃三元乙丙橡胶发泡材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阻燃三元乙丙橡胶发泡材料及其制备方法。该材料主要由以下以重量份计的原料制成：100份三元乙丙橡胶、10~35份环烷油、10~30份炭黑、5~20份有机磷阻燃剂、10~25份壳聚糖、10~45份水滑石、0.5~1.5份硬酯酸、1.0~3.5份氧化锌、4.0~8.5份硫磺、2.0~4.5份二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）、1.0~3.5份2、2ˊ-二硫代二苯并噻唑（DM）、1.5~4.5份偶氮二甲酰胺（AC）。本发明所述的阻燃三元乙丙橡胶发泡材料具有无卤、阻燃性能好、综合性能优异等特点，适用于建筑保温、汽车配件、防水材料、电线电缆、空调制冷、军工器械等行业的使用。

Description

一种阻燃三元乙丙橡胶发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种发泡材料，特别涉及一种阻燃三元乙丙橡胶发泡材料及其制备方法。
背景技术
建筑是二氧化碳排放的主要部门，其能耗约占社会总能耗的1/3，因此为实现2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40%-45%的目标，建筑节能目标的贯彻落实举足轻重，是实现我国“低碳经济”的重要举措。“十二五”期间，全国城镇累计新建建筑面积将达到40亿-50亿平方米，同时我国既有建筑达430多亿平方米，95%属于高能耗建筑。我国单位建筑能耗是同纬度西欧和北美国家的2-3倍。据估算，北方地区超过20亿平方米的既有建筑需进行节能改造。不管是新增建筑还是既有建筑改造，大量的墙体保温需求都将造就一个巨大的墙体保温材料市场。
目前主要的墙体保温材料主要是岩棉、玻璃棉等无机材料和酚醛树脂、硬泡聚氨酯、可发性聚苯乙烯（EPS）、挤塑聚苯乙烯（XPS）等有机材料。岩棉防火性能最好，但保温性能最差；EPS和XPS保温性能稍好于岩棉，但防火性能最差。由于EPS、XPS价格低，占据我国建筑外墙保温市场总量的70%。三元乙丙橡胶（EPDM）发泡板材具有优异的化学稳定性能、良好的电绝缘性能、耐老化性能和防水性能等，作为新型、环保型墙体保温材料，将逐步取代传统的墙体保温材料。以EPDM为主要原料，配以各种优质辅助材料，经硫化、发泡而成的橡胶发泡板材，具有使用寿命长、导热系数低、用料薄、省空间、橡胶发泡板材密度小，质量轻等优点。
但EPDM发泡材料同大多数有机高分子材料一样，容易燃烧，且放热量大、发烟量大，并释放有毒气体，造成对环境严重的危害。由于其在使用过程中直接或间接引发的火灾，对人类社会的公共安全带来了巨大威胁，因此改善EPDM发泡材料的阻燃性能已成为一个极需解决的社会课题，同时也能拓宽其在建筑保温、汽车配件、防水材料、电线电缆、空调制冷、军工器械等行业的应用。传统阻燃剂在防止和减少火灾的方面取得很大成效，但随着环境保护要求的提高，功能单一、效率偏低以及易引发二次公害的阻燃剂，已难以适应目前高分子材料工业的发展需要。无卤阻燃是当今阻燃研究和应用领域热点之一，也符合环保和可持续发展的要求。特别是2003年欧盟《ROHS》及《WEEE》两个指令的颁布，2006年我国电子信息产品污染防治管理办法的公布，更大大推进了阻燃高分子材料无卤化、绿色化的进程。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供一种阻燃三元乙丙橡胶发泡材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种阻燃三元乙丙橡胶发泡材料，该材料主要由以下以重量份计的原料制成：100份三元乙丙橡胶、10~35份环烷油、10~30份炭黑、5~20份有机磷阻燃剂、10~25份壳聚糖、10~45份水滑石、0.5~1.5份硬酯酸、1.0~3.5份氧化锌、4.0~8.5份硫磺、2.0~4.5份二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）、1.0~3.5份2、2'-二硫代二苯并噻唑（DM）、1.5~4.5份偶氮二甲酰胺（AC）。
作为优选，所述的有机磷阻燃剂选自磷酸三苯酯、磷酸三（二甲苯）酯、磷酸三乙酯、乙基磷酸二乙酯、磷酸三异丙苯酯、磷酸三辛酯、甲苯基二苯基磷酸酯。
一种所述的阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的制备方法，包括如下步骤：（1）根据配比将原料机械混合后，制得三元乙丙橡胶共混物；（2）所述三元乙丙橡胶共混物经硫化发泡后，制得阻燃三元乙丙橡胶发泡材料。
作为优选，步骤（1）具体为：将三元乙丙橡胶放入双辊混炼机上塑炼5分钟，分别加入环烷油、炭黑、有机磷阻燃剂、壳聚糖、水滑石、硬酯酸、氧化锌混炼8分钟，再加入硫磺、TMTD、DM、AC混合均匀，薄通8次后下片，制得三元乙丙橡胶共混物。
作为优选，步骤（2）所述的硫化发泡方法为：将步骤（1）制得的三元乙丙橡胶共混物置于平板硫化机中硫化发泡，硫化发泡温度为160~190℃，硫化发泡时间为3~12分钟，模压为1~10MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在如下几方面：
1、本发明的阻燃三元乙丙橡胶发泡材料，采用无卤阻燃体系，减少了材料使用过程中的“二次危害”；
2、本发明的阻燃三元乙丙橡胶发泡材料，所用有机磷阻燃剂为液态，具有阻燃增塑双重功能，并可代替卤化系阻燃剂；所用无机阻燃剂为水滑石，对基体材料阻燃的同时，能提高基体材料的机械强度；以壳聚糖作为膨胀阻燃体系的气源和炭源，减少了小分子阻燃剂的使用量，有利于材料综合性能的提高；
3、本发明阻燃三元乙丙橡胶发泡材料利用了膨胀阻燃剂-水滑石协同阻燃体系，很大程度上提高阻燃剂的阻燃效率，减少其使用量；
4、本发明所述的阻燃三元乙丙橡胶发泡材料具有无卤、阻燃性能好、综合性能优异等特点，适用于建筑保温、汽车配件、防水材料、电线电缆、空调制冷、军工器械等行业的使用。
本发明所述的阻燃三元乙丙橡胶发泡材料不含卤素、性能优异、适用范围广、符合环保要求。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
将100份三元乙丙橡胶放入双辊混炼机上塑炼5分钟，再加入10份环烷油、30份炭黑、20份磷酸三苯酯、25份壳聚糖、10份水滑石、0.5份硬酯酸、1.0份氧化锌混炼8分钟，再加入4.0份硫磺、2.0份TMTD、1.0份DM、4.5份AC混合均匀，薄通8次后下片，制得三元乙丙橡胶共混物。再将三元乙丙橡胶共混物置于平板硫化机中，在温度为160℃，模压为10MPa条件下，硫化发泡12分钟，制得阻燃三元乙丙橡胶发泡材料，测得该阻燃材料的极限氧指数为28.7%。
实施例2
阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的制备操作同实施例1。阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的配方为100份三元乙丙橡胶、35份环烷油、30份炭黑、5份磷酸三辛酯、10份壳聚糖、45份水滑石、1.5份硬酯酸、3.5份氧化锌、8.5份硫磺、4.5份TMTD、3.5份DM、1.5份AC，硫化发泡温度为190℃，硫化发泡时间为3分钟，模压为1MPa，测得阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的极限氧指数为26.2%。
实施例3
阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的制备操作同实施例1。阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的配方为100份三元乙丙橡胶、15份环烷油、20份炭黑、10份磷酸三异丙苯酯、20份壳聚糖、15份水滑石、1.0份硬酯酸、2.0份氧化锌、5.5份硫磺、2.5份TMTD、1.5份DM、2.5份AC，硫化发泡温度为180℃，硫化发泡时间为6分钟，模压为3MPa，测得阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的极限氧指数为28.7%。
实施例4
阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的制备操作同实施例1。阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的配方为100份三元乙丙橡胶、20份环烷油、15份炭黑、20份磷酸三乙酯、25份壳聚糖、35份水滑石、1.5份硬酯酸、3.0份氧化锌、6.5份硫磺、2.0份TMTD、1.0份DM、3.5份AC，硫化发泡温度为170℃，硫化发泡时间为8分钟，模压为5MPa，测得阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的极限氧指数为30.5%。
实施例5
阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的制备操作同实施例1。阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的配方为100份三元乙丙橡胶、15份环烷油、20份炭黑、5份磷酸三（二甲苯）酯、10份甲苯基二苯基磷酸酯、25份壳聚糖、15份水滑石、1.5份硬酯酸、3.0份氧化锌、6.5份硫磺、2.0份TMTD、1.0份DM、3.5份AC，硫化发泡温度为170℃，硫化发泡时间为8分钟，模压为5MPa，测得阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的极限氧指数为29.0%。
实施例6
阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的制备操作同实施例1。阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的配方为100份三元乙丙橡胶、10份环烷油、25份炭黑、20份乙基磷酸二乙酯、20份壳聚糖、35份水滑石、1.5份硬酯酸、2.0份氧化锌、6.0份硫磺、1.0份TMTD、1.5份DM、3.0份AC，硫化发泡温度为180℃，硫化发泡时间为7分钟，模压为6MPa，测得阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的极限氧指数为31.4%。
作为比较，采用实施例6的阻燃三元乙丙橡胶发泡材料配方中由乙基磷酸二乙酯和壳聚糖组成的膨胀阻燃体系，被相同份数的传统的膨胀阻燃剂（即30份聚磷酸铵和10份季戊四醇）代替，所得阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的性能测试结果比较见表1。
表1
阻燃三元乙丙橡胶发泡材料I 阻燃三元乙丙橡胶发泡材料II
极限氧指数 (%) 30.1 31.4
断裂强度 (MPa) 4.56 6.74
断裂延伸率 (%) 317 589
其中，阻燃三元乙丙橡胶发泡材料I：配方为100份三元乙丙橡胶、10份环烷油、25份炭黑、30份聚磷酸铵、10份季戊四醇、35份水滑石、1.5份硬酯酸、2.0份氧化锌、6.0份硫磺、1.0份TMTD、1.5份DM、3.0份AC，制备工艺同由实施例6；阻燃三元乙丙橡胶发泡材料II：配方和制备工艺同由实施例6。
从极限氧指数值可以看出，相比传统的膨胀阻燃剂，本发明所用的膨胀阻燃体系更能有效提高三元乙丙橡胶发泡材料的阻燃性能，且其对三元乙丙橡胶发泡材料的力学性能改性效果优于无卤阻燃剂同类产品。
发明所用的液态有机磷阻燃剂具有阻燃增塑双重功能，可提高三元乙丙橡胶发泡材料延展性，所用的壳聚糖是一种大分子材料，相比小分子的季戊四醇，对基体材料具有更好的增强作用。此外，由聚磷酸铵和季戊四醇组成的膨胀阻燃剂，由于和基体材料的相容性很差（聚磷酸铵是一种盐），容易从基体中析出，污染材料表面，降低了橡胶制品的外观品质，而有机磷阻燃剂和基体材料具有良好的相容性，从而减少了材料使用过程中由于阻燃剂析出造成的“二次危害”。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (5)

1.一种阻燃三元乙丙橡胶发泡材料，其特征在于该材料主要由以下以重量份计的原料制成：100份三元乙丙橡胶、10~35份环烷油、10~30份炭黑、5~20份有机磷阻燃剂、10~25份壳聚糖、10~45份水滑石、0.5~1.5份硬酯酸、1.0~3.5份氧化锌、4.0~8.5份硫磺、2.0~4.5份二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）、1.0~3.5份2、2'-二硫代二苯并噻唑（DM）、1.5~4.5份偶氮二甲酰胺（AC）。
2.根据权利要求1所述的阻燃三元乙丙橡胶发泡材料，其特征在于：所述的有机磷阻燃剂选自磷酸三苯酯、磷酸三（二甲苯）酯、磷酸三乙酯、乙基磷酸二乙酯、磷酸三异丙苯酯、磷酸三辛酯、甲苯基二苯基磷酸酯。
3.一种权利要求1所述的阻燃三元乙丙橡胶发泡材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
（1）根据配比将原料机械混合后，制得三元乙丙橡胶共混物；
（2）所述三元乙丙橡胶共混物经硫化发泡后，制得阻燃三元乙丙橡胶发泡材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）具体为：将三元乙丙橡胶放入双辊混炼机上塑炼5分钟，分别加入环烷油、炭黑、有机磷阻燃剂、壳聚糖、水滑石、硬酯酸、氧化锌混炼8分钟，再加入硫磺、TMTD、DM、AC混合均匀，薄通8次后下片，制得三元乙丙橡胶共混物。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的硫化发泡方法为：将步骤（1）制得的三元乙丙橡胶共混物置于平板硫化机中硫化发泡，硫化发泡温度为160~190℃，硫化发泡时间为3~12分钟，模压为1~10MPa。
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