CN105330994B - 一种无卤无磷阻燃发泡材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无卤无磷阻燃发泡材料，由组分A和组分B经混炼、硫化发泡而成，其中，组分A包括：三元乙丙橡胶、有机倍半硅氧烷、氢氧化镁和可膨胀石墨；组分B包括：氯丁橡胶、硼酸锌和Sb2O3。本发明对应三元乙丙橡胶与氯丁橡胶，分别加入有机倍半硅氧烷、氢氧化镁、可膨胀石墨和硼酸锌、Sb2O3两种无卤无磷的阻燃体系，实现阻燃协同效应，制备得到的阻燃发泡材料具有较高的泡孔密度和优异的阻燃性能，能够较好的耐低温、耐热、耐臭氧和耐天候老化，同时力学性能优异。

Description

一种无卤无磷阻燃发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及阻燃材料技术领域，尤其涉及一种无卤无磷阻燃发泡材料及其制备方法。
背景技术
近几十年来，随着经济的高速发展，发泡橡胶材料市场也在不断壮大，但是其较差的阻燃性一直是个难以解决的问题。
例如，三元乙丙橡胶(EPDM)发泡材料因其优异的回弹性、电绝缘性、低密度高填充性、耐低温性、耐热性、耐臭氧性及耐天候老化性等性能，已经广泛应用于各行各业，但阻燃性能的欠缺影响了其在某些领域的应用。
目前，解决EPDM发泡橡胶的阻燃性问题，一般是通过添加含卤和含磷的阻燃剂，或者加入大剂量的无机阻燃剂。前者不符合绿色环保的社会趋势，后者往往降低了材料的其他性能，如力学性能。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种无卤无磷阻燃发泡材料及其制备方法，制备的无卤无磷阻燃发泡材料具有较高的阻燃性能和优异的力学性能。
本发明提供了一种无卤无磷阻燃发泡材料，由组分A和组分B经混炼、硫化发泡而成，其中，
组分A包括：三元乙丙橡胶、有机倍半硅氧烷、氢氧化镁和可膨胀石墨；
组分B包括：氯丁橡胶、硼酸锌和Sb2O3。
优选的，
组分A包括：
组分B包括：
氯丁橡胶 0～40重量份，且含量不为0；
硼酸锌 10～20重量份；
Sb2O3 3～20重量份。
优选的，所述有机倍半硅氧烷为聚倍半硅氧烷。
优选的，组分A还包括：硬脂酸、氧化锌、炭黑、防老剂和硅烷偶联剂。
优选的，组分B还包括：氧化镁和硬脂酸。
本发明还提供了一种上述无卤无磷阻燃发泡材料的制备方法，包括：
A)分别将组分A、组分B进行混炼，得到组分A母炼胶和组分B母炼胶；
B)将组分A母炼胶、组分B母炼胶、硫化剂和发泡剂进行混炼，得到混炼胶；
C)硫化发泡成型得到阻燃发泡材料。
优选的，所述步骤B)、C)之间还包括：
薄通和停放熟成。
优选的，所述组分A的混炼条件为：温度≤110℃，混炼时间为5～10min；所述组分B的混炼条件为：温度≤90℃，混炼时间为5～10min。
优选的，所述步骤B)混炼条件为：温度≤70℃，混炼时间为5～10min。
优选的，所述步骤C)硫化发泡成型条件为：温度180±5℃，压力10～12MPa，时间10～15min，然后在室温下冷却15～20min定形。
与现有技术相比，本发明提供了一种无卤无磷阻燃发泡材料，由组分A和组分B经混炼、硫化发泡而成，其中，组分A包括：三元乙丙橡胶、有机倍半硅氧烷、氢氧化镁和可膨胀石墨；组分B包括：氯丁橡胶、硼酸锌和Sb2O3。本发明对应三元乙丙橡胶与氯丁橡胶，分别加入有机倍半硅氧烷、氢氧化镁、可膨胀石墨和硼酸锌、Sb2O3两种无卤无磷的阻燃体系，实现阻燃协同效应，制备得到的阻燃发泡材料具有较高的泡孔密度和优异的阻燃性能，能够较好的耐低温、耐热、耐臭氧和耐天候老化，同时力学性能优异。
具体实施方式
本发明提供了一种无卤无磷阻燃发泡材料，由组分A和组分B经混炼、硫化发泡而成，其中，
组分A包括：三元乙丙橡胶、有机倍半硅氧烷、氢氧化镁和可膨胀石墨；
组分B包括：氯丁橡胶、硼酸锌和Sb2O3。
本发明对应三元乙丙橡胶与氯丁橡胶，分别加入有机倍半硅氧烷、氢氧化镁、可膨胀石墨和硼酸锌、Sb2O3两种无卤无磷的阻燃体系，实现阻燃协同效应，制备得到的阻燃发泡材料具有较高的泡孔密度和优异的阻燃性能，能够较好的耐低温、耐热、耐臭氧和耐天候老化，同时力学性能优异。
本发明中，所述无卤无磷阻燃发泡材料由组分A和组分B经混炼、硫化发泡而成。
其中，组分A包括：三元乙丙橡胶、有机倍半硅氧烷、氢氧化镁和可膨胀石墨。
所述三元乙丙橡胶为一种非极性、无结晶的橡胶，其第三单体为乙叉降冰片烯(ENB)。在本发明的某些具体实施例中，所述三元乙丙橡胶为日本合成橡胶公司生产的三元乙丙橡胶EP 35。
所述三元乙丙橡胶含量为60～100重量份，优选为70～90重量份，在本发明的某些具体实施例中，其含量为70或80重量份。
所述有机倍半硅氧烷优选为聚倍半硅氧烷，其分子式为(RSiO1.5)m，其中R为H、烃基、亚烃基、芳香基或者亚芳香基基团，也可以是这些基团的有机功能衍生物。本发明对此并无限定，只要分子中氧原子数为硅原子数的1.5倍即可。在本发明的某些具体实施例中，所述聚倍半硅氧烷为聚苯基倍半硅氧烷(PPSQ)或笼型聚倍半硅氧烷(POSS)。
所述有机倍半硅氧烷含量为1～10重量份，优选为5～10重量份，在本发明的某些具体实施例中，其含量为5或10重量份。
所述氢氧化镁含量为20～40重量份，优选为20～30重量份，在本发明的某些具体实施例中，其含量为20或30重量份。
所述可膨胀石墨含量为5～10重量份，优选为7～10重量份，在本发明的某些具体实施例中，其含量为10重量份。
在本发明的某些具体实施例中，所述组分A还包括：硬脂酸、氧化锌、炭黑、防老剂和硅烷偶联剂。
所述氧化锌含量为5～10重量份，优选为8～10重量份，在本发明的某些具体实施例中，其含量为10重量份。
所述炭黑含量为10～30重量份，优选为15～25重量份，在本发明的某些具体实施例中，其含量为20重量份。在本发明的某些具体实施例中，所述炭黑为炭黑N330。
所述防老剂含量为1～2重量份，优选为1～1.5重量份，在本发明的某些具体实施例中，其含量为1重量份。在本发明的某些具体实施例中，所述防老剂为防老剂4010NA。
所述硅烷偶联剂含量为5～10重量份，优选为8～10重量份，在本发明的某些具体实施例中，其含量为10重量份。
组分B包括：氯丁橡胶、硼酸锌和Sb2O3。
所述氯丁橡胶为硫磺调节型橡胶，其为极性、结晶橡胶。其分子结构中，85％为反式-1,4-聚丁二烯，1.5％为1,2-聚丁二烯。在本发明的某些具体实施例中，所述氯丁橡胶为德国朗盛集团生产的氯丁橡胶CR 126。
所述氯丁橡胶含量为0～40重量份，且其含量不为0；优选为20～30重量份，在本发明的某些具体实施例中，其含量为20或30重量份。
所述硼酸锌含量为10～20重量份，优选为10～15重量份，在本发明的某些具体实施例中，其含量为10或15重量份。
所述Sb2O3含量为3～20重量份，优选为5～15重量份，在本发明的某些具体实施例中，其含量为5或10重量份。
在本发明的某些具体实施例中，所述组分B还包括：氧化镁和硬脂酸。
所述氧化镁含量为3～4重量份，在本发明的某些具体实施例中，其含量为4重量份。
本发明中，所述组分A和组分B中硬脂酸的总含量为4～6重量份，在本发明的某些具体实施例中，其含量为6重量份。所述硬脂酸在组分A、组分B中的比例优选为1：(0.8～1.2)，在本发明的某些具体实施例中，所述比例为1:1。
本发明在三元乙丙橡胶中添加了有机倍半硅氧烷、氢氧化镁和可膨胀石墨作为阻燃剂，在氯丁橡胶中添加了硼酸锌和Sb2O3作为阻燃剂，实现了阻燃协同效应。
本发明还提供了一种上述无卤无磷阻燃发泡材料的制备方法，包括：
A)分别将组分A、组分B进行混炼，得到组分A母炼胶和组分B母炼胶；
B)将组分A母炼胶、组分B母炼胶、硫化剂和发泡剂进行混炼，得到混炼胶；
C)硫化发泡成型得到阻燃发泡材料。
首先，在密闭式炼胶机中，制备三元乙丙橡胶母炼胶，即组分A母炼胶。本发明对各组分加入顺序并无特殊限定，在本发明的某些具体实施例中，所述组分A的加入顺序优选依次为：三元乙丙橡胶、硬脂酸、氧化锌、炭黑、防老剂、硅烷偶联剂、有机倍半硅氧烷、氢氧化镁、可膨胀石墨。
所述组分A的混炼条件优选为：温度≤110℃，混炼时间为5～10min。
然后制备氯丁橡胶母炼胶，即组分B母炼胶。本发明对各组分加入顺序并无特殊限定，在本发明的某些具体实施例中，所述组分B的加入顺序优选依次为：氯丁橡胶、氧化镁、硬脂酸、硼酸锌、Sb2O3。
所述组分B的混炼条件优选为：温度≤90℃，混炼时间为5～10min。
本发明中，制备组分A母炼胶和组分B母炼胶没有先后顺序。
然后在开放式炼胶机中，将组分A母炼胶、组分B母炼胶、硫化剂和发泡剂进行混炼，得到混炼胶。
本发明在制备混炼胶过程中，优选还加入防辐照剂、防水剂、氧化锌、、促进剂。
本发明对上述防辐照剂、防水剂、促进剂、发泡剂和硫化剂的具体种类并无特殊限定，可以为本领域常规的防辐照剂、防水剂、促进剂、发泡剂和硫化剂。所述促进剂优选为促进剂ETU、促进剂DM、促进剂TMTD；所述发泡剂优选为发泡剂AC；所述防辐照剂优选为防辐照剂UV-531；所述防水剂优选为防水剂甲基硅酸钾；所述硫化剂优选为硫磺。
本发明对所述各组分的加入顺序没有特殊限定，在本发明的某些具体实施例中，其加入顺序依次为：组分A母炼胶和组分B母炼胶，防辐照剂，防水剂，氧化锌，硫磺，促进剂ETU，促进剂DM，促进剂TMTD，发泡剂AC。
所述混炼胶过程加入的氧化锌与组分A中的氧化锌总含量为5～10重量份，优选为8～10重量份，在本发明的某些具体实施例中，其含量为10重量份。所述氧化锌在组分A，步骤B)混炼胶中的用量比例优选为1：(0.8～1.2)，在本发明的某些具体实施例中，所述比例为1:1。
本发明对所述防辐照剂、防水剂、硫化剂、促进剂、发泡剂的用量并无特殊限定，可以根据实际需要添加。所述防辐照剂的用量优选为9～11重量份，更优选为10重量份；所述防水剂的用量优选为9～11重量份，更优选为10重量份；所述硫化剂的用量优选为1～2重量份，更优选为1.4重量份；所述促进剂的用量优选为6～7重量份，更优选为6.2～6.5重量份；所述发泡剂的用量优选为7～10重量份，更优选为9重量份。
所述步骤B)混炼条件优选为：温度≤70℃，混炼时间为5～10min。
本发明优选的，混炼后还包括：薄通和停放熟成。
所述薄通的次数优选为3～8次，在本发明的某些具体实施例中，所述薄通的次数优选为6次。
胶料薄通后出片，厚度为0.8～1.0cm。
然后在质量为3～8kg的重物下常温停放8小时以上；要求停放的环境为无阳光直晒、湿度适中、无尘、通风条件良好。在本发明的某些具体实施例中，所述重物的重量为5kg。
然后将得到的粒料在平板硫化机上硫化发泡成型，得到最终产品阻燃发泡材料。
所述硫化发泡成型条件优选为：温度180±5℃，压力10～12MPa，时间10～15min，然后在室温下冷却15～20min定形。
本发明对上述原料的来源均无特殊限定，可以为普通市售。
本发明在具有高阻燃性能的氯丁橡胶与三元乙丙橡胶共混的基础上，加入合适的无卤无磷阻燃剂来提高泡材的阻燃性能，实现了发泡材料的无卤无磷化。通过硫化发泡工艺来制备泡孔大小合适、分布均匀的阻燃性能高的EPDM阻燃发泡材料。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的无卤无磷阻燃发泡材料及其制备方法进行详细描述。
实施例1
原料：
三元乙丙橡胶(EPDM)80份，氯丁橡胶(CR)20份，氧化锌10份，氧化镁4份，硬脂酸6份，炭黑N330 20份，有机倍半硅氧烷5份，阻燃剂氢氧化镁(MDH)30份，可膨胀石墨10份，阻燃剂硼酸锌(ZB)10份，阻燃剂Sb2O3 10份，防老剂4010NA 1份，防辐照剂UV-531 10份，硅烷偶联剂10份，防水剂甲基硅酸钾10份，硫磺1.4份，促进剂ETU 1份，促进剂DM1.2份，促进剂TMTD 4份，发泡剂AC 9份。
以上均为重量份。
制备方法：
(1)在密闭式炼胶机中，制备三元乙丙橡胶母炼胶。加料顺序为：EPDM→1/2份硬脂酸→1/2份氧化锌→炭黑N330→防老剂4010NA→硅烷偶联剂→有机倍半硅氧烷、MDH和可膨胀石墨。温度：≤110℃。混炼时间：5～10min。
(2)在密闭式炼胶机中，制备氯丁橡胶母炼胶。加料顺序为：CR→氧化镁→1/2份硬脂酸→ZB和Sb2O3。温度：≤90℃。混炼时间：5～10min。
(3)在开放式炼胶机上，制备EPDM/CR混炼胶。加料顺序为：EPDM母炼胶、CR母炼胶→防辐照剂→防水剂→1/2份氧化锌→硫磺→促进剂ETU→促进剂DM→促进剂TMTD→发泡剂AC。温度：≤70℃。混炼时间：5～10min。最后薄通6次。
(4)胶料出片和停放。
胶料薄通后出片，厚度为0.8～1.0cm。在质量为5kg的重物下常温停放8小时以上；要求停放的环境为无阳光直晒、湿度适中、无尘、通风条件良好。
(5)将上一步得到的粒料在平板硫化机上硫化发泡成型。其条件为：温度180±5℃，压力10～12MPa，时间10～15min。然后在室温(25℃)下冷却15～20min定形，制成最终产品。
对制备的产品进行性能检测，其中，
拉伸实验，按GB/T 528-2009进行测试，测试设备为深圳市新三思材料检验有限公司的CMT6104微机控制电子万能实验机。
压缩实验，按ASTM D1056-2007进行测试，测试设备为深圳市新三思材料检验有限公司的CMT6104微机控制电子万能实验机。
密度实验，按ASTM D1056-2007进行测试。
极限氧指数实验，按GB/T 10707-2008进行测试，测试设备为泰斯泰克(苏州)检测仪器科技有限公司的TTech-GBT2406-1的智能临界氧指数测试仪。
垂直燃烧实验，按照GB/T 10707-2008进行测试，测试设备为泰斯泰克(苏州)检测仪器科技有限公司的TTech-GBT2408-002的水平垂直燃烧试验仪。
实验结果见表1，表1是本发明无卤无磷阻燃发泡材料的性能测试结果。
表1 无卤无磷阻燃发泡材料的性能测试结果
实施例1 实施例2 实施例3
拉伸强度(MPa) 3.35 4.91 5.20
断裂伸长率(％) 286 263 315
压缩线弹性模量(MPa) 4.6 4.4 4.0
密度(g/cm3) 0.20 0.19 0.18
极限氧指数(％) 33 38 37
垂直燃烧等级 V1 V0 V0
实施例2
原料：
三元乙丙橡胶70份，氯丁橡胶30份，氧化锌10份，氧化镁4份，硬脂酸6份，炭黑N33020份，有机倍半硅氧烷5份，阻燃剂氢氧化镁30份，可膨胀石墨10份，阻燃剂硼酸锌10份，阻燃剂Sb2O3 10份，防老剂4010NA1份，防辐照剂UV-531 10份，硅烷偶联剂10份，防水剂甲基硅酸钾10份，硫磺1.4份，促进剂ETU 1份，促进剂DM 1.2份，促进剂TMTD 4份，发泡剂AC 9份。
具体制备方法与上述实施例1的制备方法相同。
性能测试结果见表1。
实施例3
原料：
三元乙丙橡胶70份，氯丁橡胶30份，氧化锌10份，氧化镁4份，硬脂酸6份，炭黑N33020份，有机倍半硅氧烷10份，阻燃剂氢氧化镁20份，可膨胀石墨10份，阻燃剂硼酸锌15份，阻燃剂Sb2O3 5份，防老剂4010NA1份，防辐照剂UV-531 10份，硅烷偶联剂10份，防水剂甲基硅酸钾10份，硫磺1.4份，促进剂ETU 1份，促进剂DM 1.2份，促进剂TMTD 4份，发泡剂AC 9份。
具体制备方法与上述实施例1的制备方法相同。
性能测试结果见表1。
由上述实施例可知，本发明制备的无卤无磷阻燃发泡材料具有较高的阻燃性能和优异的力学性能。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种无卤无磷阻燃发泡材料，由组分A、组分B经混炼、硫化发泡而成，其中，
组分A包括：
组分B包括：
氯丁橡胶 0～40重量份，且含量不为0；
硼酸锌 10～20重量份；
Sb2O3 3～20重量份。
2.根据权利要求1所述的阻燃发泡材料，其特征在于，所述有机倍半硅氧烷为聚倍半硅氧烷。
3.根据权利要求1所述的阻燃发泡材料，其特征在于，组分A还包括：硬脂酸、氧化锌、炭黑、防老剂和硅烷偶联剂。
4.根据权利要求1所述的阻燃发泡材料，其特征在于，组分B还包括：氧化镁和硬脂酸。
5.一种权利要求1～4任一项所述的无卤无磷阻燃发泡材料的制备方法，包括：
A)分别将组分A、组分B进行混炼，得到组分A母炼胶和组分B母炼胶；
B)将组分A母炼胶、组分B母炼胶、硫化剂和发泡剂进行混炼，得到混炼胶；
C)硫化发泡成型得到阻燃发泡材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B)、C)之间还包括：
薄通和停放熟成。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述组分A的混炼条件为：温度≤110℃，混炼时间为5～10min；所述组分B的混炼条件为：温度≤90℃，混炼时间为5～10min。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B)混炼条件为：温度≤70℃，混炼时间为5～10min。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C)硫化发泡成型条件为：温度180±5℃，压力10～12MPa，时间10～15min，然后在室温下冷却15～20min定形。
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