CN105694213A - 三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体 - Google Patents
三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开的三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体按重量份计是由以下组分经动态硫化制备而成:聚丙烯100份、硅橡胶10~150份、三元乙丙橡胶20~150份、硫化抑制剂0.1~2.0份、交联剂0.5~10.0份和催化剂1.3×10-4~1.0×10-2份,且硅橡胶与EPDM的重量比为10:90~80:20。本发明提供的热塑性弹性体自增容作用好,不会出现相分离现象,同时在长期使用过程中无小分子析出,使最终产品具有爽滑的手感,表面不发粘。相较于传统TPV,本发明提供的热塑性弹性体还具有更高的耐磨性、耐热性、抗压缩变形性能,同时克服了硅橡胶TPV机械强度较低以及成本较高的缺点,同时也减少了添加相容剂而带来的成本问题,应用广泛。
Description
技术领域
本发明属于动态硫化热塑性弹性体及其制备技术领域,具体涉及一种三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体。
背景技术
动态硫化,是指橡胶相在与树脂熔融共混时发生交联反应的同时在高温、高剪切的作用下,交联橡胶被粉碎成微细的粒子分散在树脂中。这种方法制备的动态硫化热塑性弹性体(TPV)具有热固性橡胶的物理机械性能,又具有热塑性塑料的流动加工性,比简单共混的热塑性弹性体具有更好的加工和使用性能。
三元乙丙橡胶(EPDM)/PP动态硫化热塑性弹性体是目前应用最广泛的TPV,特别是在汽车行业中。目前商品化的EPDM/PPTPV的制备过程中大都采用酚醛树脂或过氧化物硫化体系(严满清,唐龙祥,硫化体系对动态硫化EPDM/PP热塑性弹性体性能的影响[J].塑料科技,2003,1(153):32-34)。由于酚醛树脂硫化慢,所以硫化温度一般较高,需配合氯化物做活化剂,并且材料加工之前需要干燥,而最终得到的产品颜色偏黄。而过氧化物硫化体系则易引起PP降解,导致材料的熔体强度和力学性能变差。为了避免这些问题,虽然CN100478387C采用聚硅氧烷做交联剂,氯铂酸做催化剂通过硅氢加成反应能够制备出颜色较浅的动态硫化EPDM/PP热塑性弹性体,但因在制备过程中需通过添加低粘度的增塑剂来调节硬度,而这些增塑剂在长期使用过程中会发生析出现象,从而影响制品的外观和使用。
此外,随着汽车高性能化的发展,传统的EPDM/PPTPV难以满足一些部件高可靠性的使用要求。美国专利US6013715A和US6479580B1公开了一种硅橡胶TPV,其中硅橡胶分散在聚烯烃树脂基体中,并通过硅氢加成反应来实现动态硫化。虽然这些硅橡胶TPV具有比EPDM/PPTPV更为优异的抗压缩变形、耐磨、耐高温等性能,但是完全用硅橡胶作弹性体组分,难以在机械强度和成本等方面满足需求。同时,由于硅橡胶分子链的非极性和较低的表面能,使得硅橡胶与大多数热塑性树脂相容性较差,共混时分散不好,易出现相分离,从而影响产品性能。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷,首先提供一种三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体。
本发明提供的三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体,按重量份计是由以下组分经动态硫化制备而成:
其中催化剂的重量份是以Pt、Pd、Rh、Ru、Ni或Co含量计,且硅橡胶与EPDM的重量比为10:90~80:20。
以上热塑性弹性体中所述硅橡胶中是由100份聚甲基乙烯基硅氧烷、20~60份增强填料和以增强填料重量计15~35wt%的结构控制剂混合而成,也可以按此配比直接从市面上购得。但要求聚甲基乙烯基硅氧烷分子量为20~80万,且其中乙烯基的摩尔分数为0.01~0.60%,优选0.07~0.35%;增强填料为20~60份,具体选用气相法或/和沉淀法制备的二氧化硅;结构控制剂为含羟基低聚硅氧烷(羟基硅油)、含硅氨(氮)烷或含硼硅氧烷中的任一种,优选羟基硅油,其添加量为增强填料的15~35wt%。
以上热塑性弹性体中所述三元乙丙橡胶(EPDM)的第三单体为亚乙基降冰片烯(ENB),含量为为0.1~9.0wt%,丙烯的含量为25~41wt%。
以上热塑性弹性体中所述硫化抑制剂为含炔类化合物,具体为己炔醇、1-乙炔基-1-环己醇、3-苯基-1-丁炔-3-醇、苯乙炔、丙炔醇、2-甲基-3-炔-2-醇或3-甲基-1-炔-2-醇。
以上热塑性弹性体中所述交联剂为含至少2个Si-H键的含氢硅油,含氢量为0.1~2.0wt%,优选0.36~1.60wt%。
以上热塑性弹性体中所述催化剂为Pt、Pd、Rh、Ru、Ni、Co及其化合物或络合物或混合物,优选Pt及其化合物或络合物或混合物,Pt含量为500~10000ppm或市售常用规格。
除以上组分外,还可以添加适量的加工助剂,包括但不限于抗氧剂、稳定剂、阻燃剂、抗紫外剂、光稳定剂、着色剂、矿物填料等本领域所熟知的聚合物加工助剂和辅助填料。
本发明提供的三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯热塑性弹性体的拉伸强度为9.34~18.04MPa,断裂伸长率为482.41~784.36%,磨耗体积为45.14~84.75mm3,色泽白色。
本发明提供的上述三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体的制备方法,该方法是先将聚丙烯、硅橡胶、三元乙丙橡胶、硫化抑制剂和交联剂在常规混合设备中混合均匀,然后加入催化剂,并在转子或螺杆的剪切作用下进行动态硫化,即可得到本发明的热塑性弹性体。混合和硫化温度为160~240℃,混合和硫化时间需根据具体树脂和其他组分确定。
其他加工助剂应在催化剂之前加入,使其能更均匀分散在体系中,或者直接添加到最终的热塑性弹性体中。
以上方法中所用的常规混合设备为混合器、密炼机或双螺杆挤出机中的任一种。
与现有技术相比,本发明具有以下积极效果:
1、由于本发明提供的热塑性弹性体是在聚丙烯和三元乙丙橡胶的体系中引入了硅橡胶,在通过硅氢加成反应实现EPDM和硅橡胶的动态硫化的同时,交联剂(含氢硅油)上的部分Si-H键与EPDM主链上的C=C键发生在线接枝反应,形成AB结构分子链。其EPDM主链一端可嵌入PP和EPDM组分中,而另一端的硅氧烷链又能够与硅橡胶很好的相容和缠结,加之各自分子链上残留的活性基团如羟基、烷氧基等能够相互形成氢键,进一步加强两者的结合,因而在整个体系中不仅可以起到很好的自增容作用,不会出现相分离现象,同时也减少了添加额外的相容剂而带来的成本问题。
2、由于本发明提供的热塑性弹性体中引入的硅橡胶可以在制备过程中起到润滑作用,一方面可使其具有较好的加工性能和脱模性,另一方面无需添加任何增塑剂、填充油,即可通过调整EPDM和硅橡胶的比例来满足不同的硬度和加工要求,因而解决了材料在长期使用过程中小分子的析出问题,使最终产品具有爽滑的手感,表面不发粘等优良的外观和使用性能。
3、由于本发明提供的热塑性弹性体中弹性体部分同时包含了EPDM和硅橡胶,因而可在提高材料的耐磨性、耐热性、抗压缩变形性能的同时,克服硅橡胶TPV机械强度较低以及成本较高的缺点,填补了EPDM/PP和硅橡胶TPV之间的空白。
4、由于本发明提供的三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体,具有优异的加工性能和使用性能,因而可以用于建筑、汽车配件、电线电缆、家用电器、医疗器械等领域,大大扩展其应用范围。
具体实施方式
下面给出实施例以对本发明进行进一步说明,有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。值得说明的是,1)以下实施例和对比例所用原料的份数均为重量份;2)以下实施例和对比例所得的热塑性弹性体的力学性能是按照GB/T528-2009标准进行测试的;耐磨性是按照DIN53516标准进行测试的。
实施例1~5
将100份聚甲基乙烯基硅氧烷、40份气相法二氧化硅,20份沉淀法二氧化硅和15份羟基硅油于常温下在捏合机里混合均匀即可获得硅橡胶1。其中聚甲基乙烯基硅氧烷分子量为55万,乙烯基摩尔分数为0.16%。
将MFI=26g/10min,牌号为7726的PP、EPDM4725P(亚乙基降冰片烯含量为5.0wt%,丙烯含量为25.0wt%)、硅橡胶1、硫化抑制剂——1-乙炔基-1-环己醇和抗氧剂B225按表1中的配比,在混合器中混合均匀,随后加入交联剂1——含氢量为0.80wt%的甲基封端的含氢硅油,待扭矩平衡后,加入催化剂1【氯铂酸-乙烯基四甲基硅氧烷络合物溶液(浓度2000ppm,以铂含量计)】进行动态硫化。混合及硫化温度为180℃,转子转速为60rpm。
将产物在平板硫化仪上于200℃压制成片,进行性能测试,结果见表1。
对比例1、2
按表1中原料配比,将与实施例1~5相同的PP、EPDM或硅橡胶、含氢硅油和抗氧剂加入到混合器中,随后加入与实施例1~5相同的含氢硅油,待扭矩平衡后,加入与实施例1~5相同的催化剂进行动态硫化。混合及硫化温度为180℃,转子转速为60rpm。
将产物在平板硫化仪上于200℃压制成片,进行性能测试,结果见表1。
表1
从表1结果看,实施例1~5所得的热塑性弹性体具有较好的力学性能,拉伸强度比硅橡胶TPV(对比例2)高30%以上,表面具有爽滑的手感,颜色较浅。实施例1~5所得的热塑性弹性体的耐磨性相较于对比例1获得了显著的提高,实施例3~5的磨耗体积与对比例2硅橡胶TPV相比接近。
实施例6~10
将100份聚甲基乙烯基硅氧烷、33份气相法二氧化硅和11.5份羟基硅油于常温下在捏合机里混合均匀即可获得硅橡胶2。其中聚甲基乙烯基硅氧烷分子量为80万,乙烯基摩尔分数为0.07%。
将100份聚甲基乙烯基硅氧烷、20份气相法二氧化硅和3份羟基硅油于常温下在捏合机里混合均匀即可获得硅橡胶3。其中聚甲基乙烯基硅氧烷分子量为20万,乙烯基摩尔分数为0.35%。
将MFI=26g/10min,牌号为7726的PP、EPDM5560(亚乙基降冰片烯含量为9.0wt%,丙烯含量为41.0wt%)或EPDM722P(亚乙基降冰片烯含量为0.1~1.0wt%,丙烯含量为29.0wt%)、硅橡胶2或/和3、硫化抑制剂——1-乙炔基-1-环己醇或己炔醇、交联剂2——含氢量为0.36wt%甲基封端的含氢硅油或交联剂3——含氢量为1.60wt%甲基封端的含氢硅油和抗氧剂B225按表2中的配比预混均匀后,从双螺杆挤出机主喂料口加入,随后在挤出机第二区侧喂料口加入催化剂1【氯铂酸,异丙醇稀释后100倍后使用】进行熔融挤出得到动态硫化后的热塑性弹性体颗粒。挤出机温度为180~220℃。
将产物在平板硫化仪上于190℃压制成片,进行性能测试,结果见表2。
表2
从表2结果看,实施例6~8所得的热塑性弹性体的综合性能最好,拉伸强度都大于10MPa,磨耗体积小于60mm3。
Claims (10)
1.一种三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体,该热塑性弹性体按重量份计是由以下组分经动态硫化制备而成:
其中催化剂的重量份是以Pt、Pd、Rh、Ru、Ni或Co含量计,且硅橡胶与EPDM的重量比为10:90~80:20。
2.根据权利要求1所述的三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体,该热塑性弹性体中所述硅橡胶为30~100份,是由100份聚甲基乙烯基硅氧烷、20~60份增强填料和以增强填料重量计15~35wt%的结构控制剂混合而成或直接从市面上购得。
3.根据权利要求2所述的三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体,该热塑性弹性体中所述聚甲基乙烯基硅氧烷分子量为20~80万,且其中乙烯基的摩尔分数为0.01~0.60%;增强填料为气相法或/和沉淀法制备的二氧化硅;结构控制剂为含羟基低聚硅氧烷、含硅氨(氮)烷或含硼硅氧烷中的任一种。
4.根据权利要求1或2或3所述的三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体,该热塑性弹性体中所述三元乙丙橡胶为30~100份,其中第三单体为亚乙基降冰片烯,含量为为0.1~9.0wt%,丙烯的含量为25~41wt%。
5.根据权利要求1或2或3所述的三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体,该热塑性弹性体中所述硫化抑制剂为己炔醇、1-乙炔基-1-环己醇、3-苯基-1-丁炔-3-醇、苯乙炔、丙炔醇、2-甲基-3-炔-2-醇或3-甲基-1-炔-2-醇中的任一种。
6.根据权利要求4所述的三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体,该热塑性弹性体中所述硫化抑制剂为己炔醇、1-乙炔基-1-环己醇、3-苯基-1-丁炔-3-醇、苯乙炔、丙炔醇、2-甲基-3-炔-2-醇或3-甲基-1-炔-2-醇中的任一种。
7.根据权利要求1或2或3所述的三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体,该热塑性弹性体中所述交联剂为含至少2个Si-H键的含氢硅油,含氢量为0.1~2.0wt%。
8.根据权利要求6所述的三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体,该热塑性弹性体中所述交联剂为含至少2个Si-H键的含氢硅油,含氢量为0.1~2.0wt%。
9.根据权利要求1或2或3所述的三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体,该热塑性弹性体中所述催化剂为Pt、Pd、Rh、Ru、Ni、Co及其化合物或络合物或混合物。
10.根据权利要求8所述的三元乙丙橡胶/硅橡胶/聚丙烯动态硫化热塑性弹性体,该热塑性弹性体中所述催化剂为Pt、Pd、Rh、Ru、Ni、Co及其化合物或络合物或混合物。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |