CN105802191A - 一种高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其原料包括：聚氨酯橡胶、氯丁橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、硬脂酸、氧化锌、硫黄、2，5‑二甲基‑2，5‑二(叔丁基过氧基)己烷、阻燃剂、改性复合填料、分子筛、碳化硅、石墨烯、六氟双酚A、1‑烯丙基‑3‑甲基咪唑氯盐、2,2‑双(3‑氨基‑4‑羟基苯基)六氟丙烷、促进剂DM、促进剂M、防老剂MC、氧化镧。本发明提出的高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其强度高，耐热性和耐水性能优异，阻燃性能好，使用寿命长。

Description

一种高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料
技术领域
本发明涉及聚氨酯技术领域，尤其涉及一种高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料。
背景技术
聚氨酯是在分子内含有氨基甲酸酯基的化合物的总称，更广义地讲,除了氨基甲酸酯基化合物外，还包括由脲基、脲基甲酸酯基、缩二脲基等异氰酸酯化合物衍生的所有聚合物，其具有优异的耐磨、耐油、耐撕裂、耐化学腐蚀等特性,广泛应用于工农业生产、国防建设和我们的日常生活当中。但是聚氨酯具有耐热性较差的缺陷，在高温条件下使用时，力学性能下降明显，再加上其作为有机高分子材料，容易燃烧，阻燃性不是很理想，且容易水解,不耐水、表面性能差，限制了聚氨酯材料在实际中的应用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其强度高，耐热性和耐水性能优异，阻燃性能好，使用寿命长。
本发明提出的一种高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶100份、氯丁橡胶10-35份、甲基乙烯基苯基硅橡胶5-20份、硬脂酸0.5-2份、氧化锌0.5-2份、硫黄1-2份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷2-4份、阻燃剂20-35份、改性复合填料10-25份、分子筛3-12份、碳化硅3-12份、石墨烯2-10份、六氟双酚A 2-5份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐2-5份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷2-8份、促进剂DM 0.8-2份、促进剂M0.3-1.2份、防老剂MC 1-2份、氧化镧2-5份；
其中，所述阻燃剂按重量份包括：可膨胀石墨5-15份、氢氧化铝5-12份、硼酸锌2-10份；
所述改性复合填料按照以下工艺进行制备：按重量份将5-15份纳米二氧化硅、10-30份酸化碳纳米管、3-10份硅镁土加入50-100份甲苯中，搅拌均匀后超声30-60min得到物料A；按重量份将2-10份3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷与5-20份甲苯混合均匀得到物料B；按重量份将10-25份物料A和5-20份物料B加入反应容器中，升温至65-75℃后反应3-5h，反应结束后经离心、洗涤、干燥得到所述改性复合填料。
优选地，其原料中，聚氨酯橡胶、氯丁橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶的重量比为100：18-30：8-17。
优选地，其原料中，氧化锌、硫黄、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷的重量比为0.9-1.8：1.2-1.7：2.6-3.7。
优选地，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶100份、氯丁橡胶14-25份、甲基乙烯基苯基硅橡胶12-16份、硬脂酸1-1.5份、氧化锌1-1.5份、硫黄1.3-1.6份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷3-3.5份、阻燃剂28-31份、改性复合填料18-22份、分子筛8-11份、碳化硅7-10份、石墨烯5-8份、六氟双酚A3-4份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐3.2-4.2份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷4.5-6.3份、促进剂DM 1-1.5份、促进剂M 0.8-1.1份、防老剂MC 1.3-1.7份、氧化镧3.2-4份。
优选地，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶100份、氯丁橡胶25份、甲基乙烯基苯基硅橡胶15份、硬脂酸1.3份、氧化锌1.2份、硫黄1.6份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷3.2份、阻燃剂30份、改性复合填料20份、分子筛10份、碳化硅8份、石墨烯7份、六氟双酚A 3.2份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐4份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷6份、促进剂DM 1.3份、促进剂M 1份、防老剂MC 1.6份、氧化镧4.2份。
优选地，所述阻燃剂按重量份包括：可膨胀石墨8-13份、氢氧化铝7-11份、硼酸锌4-9份。
优选地，所述阻燃剂按重量份包括：可膨胀石墨10份、氢氧化铝10份、硼酸锌5份。
优选地，所述改性复合填料按照以下工艺进行制备：按重量份将7-12份纳米二氧化硅、18-25份酸化碳纳米管、5.5-8份硅镁土加入65-80份甲苯中，搅拌均匀后超声40-50min得到物料A；按重量份将5.6-7份3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷与12-15份甲苯混合均匀得到物料B；按重量份将17-21份物料A和6-12份物料B加入反应容器中，升温至68-73℃后反应3.5-4.3h，反应结束后经离心、洗涤、干燥得到所述改性复合填料。
优选地，所述改性复合填料按照以下工艺进行制备：按重量份将10份纳米二氧化硅、20份酸化碳纳米管、7份硅镁土加入67份甲苯中，搅拌均匀后超声45min得到物料A；按重量份将6份3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷与13份甲苯混合均匀得到物料B；按重量份将20份物料A和10份物料B加入反应容器中，升温至70℃后反应4h，反应结束后经离心、洗涤、干燥得到所述改性复合填料。
优选地，所述石墨烯为改性石墨烯，所述改性石墨烯的改性剂为氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑。
本发明所述高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料可以按照常规的聚氨酯复合材料制备工艺制备而成。
本发明中，以聚氨酯橡胶为主料，并配合添加了氯丁橡胶和甲基乙烯基苯基硅橡胶对聚氨酯进行改性，三者按上述比例配合后，三者的界面变得模糊，成为了均相材料，且三者可以发挥各自的优势，显著提高了复合材料的耐候性和耐热性，同时改善了复合材料的阻燃性和耐介质性等，使得到的复合材料能满足难燃输送带、耐热胶管、耐候性电线电缆护套等苛刻条件的使用；以氧化锌、硫磺和2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷为硫化体系，加入体系中，体系中的聚氨酯可以促进硫化体系中的硫磺与促进剂发生作用，加快了硫键的形成，明显缩短了焦烧时间和正硫化时间，同时使得到的硫化胶具有较好的拉伸强度、撕裂强度和拉伸伸长率；在改性复合填料的制备过程中，以纳米二氧化硅、酸化碳纳米管和硅镁土作为无机填料，与3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷混合后，3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷中的硅羟基能与纳米二氧化硅、酸化碳纳米管和硅镁土表面的羟基发生反应，从而将3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷接枝到了纳米二氧化硅、酸化碳纳米管和硅镁土的表面得到了改性复合填料，将得到的改性复合填料加入体系中，因其表面含有与聚氨酯相同的基团，提高了其在体系中的分散性，同时能诱导体系的结晶，提高复合材料的玻璃化温度，使得到的复合材料稳定性提高，并具有更高的贮能模量、损耗模量和热稳定性，显著提高了复合材料的耐热性、耐候性、耐水性和强度；分子筛是一种具有孔状结构的硅酸盐材料，加入体系中后分子筛表面的硅羟基与能与体系中的异氰酸酯发生反应，形成一定的化学键，使分子间的作用力增强，与改性复合填料、氮化硅和石墨烯配合后提高复合材料的耐热性；1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐加入体系中能与石墨烯产生π-π和阳离子-π的相互作用，从而牢固的吸附于石墨烯的表面，加入体系中后，均匀分散于体系中，且与聚氨酯分子链之间存在较强的相互作用，相容性良好，显著提高了复合材料的机械和热力学性能；六氟双酚A加入体系中，一方面能与聚氨酯中的羟基进行反应，另一方面能与改性复合填料表面的羟基进行作用，从而进一步提高了改性复合填料在体系中的分散性。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶100份、氯丁橡胶35份、甲基乙烯基苯基硅橡胶5份、硬脂酸2份、氧化锌0.5份、硫黄2份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷2份、阻燃剂35份、改性复合填料10份、分子筛12份、碳化硅3份、石墨烯10份、六氟双酚A 2份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐5份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷2份、促进剂DM 2份、促进剂M 0.3份、防老剂MC 2份、氧化镧2份；
其中，所述阻燃剂按重量份包括：可膨胀石墨5份、氢氧化铝12份、硼酸锌2份；
所述改性复合填料按照以下工艺进行制备：按重量份将5份纳米二氧化硅、30份酸化碳纳米管、3份硅镁土加入100份甲苯中，搅拌均匀后超声30min得到物料A；按重量份将10份3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷与5份甲苯混合均匀得到物料B；按重量份将25份物料A和5份物料B加入反应容器中，升温至75℃后反应3h，反应结束后经离心、洗涤、干燥得到所述改性复合填料。
实施例2
本发明提出的一种高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶100份、氯丁橡胶10份、甲基乙烯基苯基硅橡胶20份、硬脂酸0.5份、氧化锌2份、硫黄1份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷4份、阻燃剂20份、改性复合填料25份、分子筛3份、碳化硅12份、石墨烯2份、六氟双酚A 5份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐2份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷8份、促进剂DM 0.8份、促进剂M 1.2份、防老剂MC 1份、氧化镧5份；
其中，所述阻燃剂按重量份包括：可膨胀石墨15份、氢氧化铝5份、硼酸锌10份；
所述改性复合填料按照以下工艺进行制备：按重量份将15份纳米二氧化硅、10份酸化碳纳米管、10份硅镁土加入50份甲苯中，搅拌均匀后超声60min得到物料A；按重量份将2份3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷与20份甲苯混合均匀得到物料B；按重量份将10份物料A和20份物料B加入反应容器中，升温至65℃后反应5h，反应结束后经离心、洗涤、干燥得到所述改性复合填料。
实施例3
本发明提出的一种高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶100份、氯丁橡胶25份、甲基乙烯基苯基硅橡胶15份、硬脂酸1.3份、氧化锌1.2份、硫黄1.6份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷3.2份、阻燃剂30份、改性复合填料20份、分子筛10份、碳化硅8份、石墨烯7份、六氟双酚A 3.2份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐4份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷6份、促进剂DM 1.3份、促进剂M 1份、防老剂MC 1.6份、氧化镧4.2份；
其中，所述阻燃剂按重量份包括：可膨胀石墨10份、氢氧化铝10份、硼酸锌5份；
所述石墨烯为改性石墨烯，所述改性石墨烯的改性剂为氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑；
所述改性复合填料按照以下工艺进行制备：按重量份将10份纳米二氧化硅、20份酸化碳纳米管、7份硅镁土加入67份甲苯中，搅拌均匀后超声45min得到物料A；按重量份将6份3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷与13份甲苯混合均匀得到物料B；按重量份将20份物料A和10份物料B加入反应容器中，升温至70℃后反应4h，反应结束后经离心、洗涤、干燥得到所述改性复合填料。
实施例4
本发明提出的一种高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶100份、氯丁橡胶14份、甲基乙烯基苯基硅橡胶16份、硬脂酸1份、氧化锌1.5份、硫黄1.3份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷3.5份、阻燃剂28份、改性复合填料22份、分子筛8份、碳化硅10份、石墨烯5份、六氟双酚A 4份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐3.2份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷6.3份、促进剂DM 1份、促进剂M 1.1份、防老剂MC 1.3份、氧化镧4份；
其中，所述阻燃剂按重量份包括:可膨胀石墨8份、氢氧化铝11份、硼酸锌4份；
所述改性复合填料按照以下工艺进行制备：按重量份将7份纳米二氧化硅、25份酸化碳纳米管、5.5份硅镁土加入80份甲苯中，搅拌均匀后超声40min得到物料A；按重量份将7份3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷与12份甲苯混合均匀得到物料B；按重量份将21份物料A和6份物料B加入反应容器中，升温至73℃后反应3.5h，反应结束后经离心、洗涤、干燥得到所述改性复合填料。
实施例5
本发明提出的一种高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶100份、氯丁橡胶25份、甲基乙烯基苯基硅橡胶12份、硬脂酸1.5份、氧化锌1份、硫黄1.6份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷3份、阻燃剂31份、改性复合填料18份、分子筛11份、碳化硅7份、石墨烯8份、六氟双酚A 3份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐4.2份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷4.5份、促进剂DM 1.5份、促进剂M 0.8份、防老剂MC 1.7份、氧化镧3.2份；
其中，所述阻燃剂按重量份包括：可膨胀石墨13份、氢氧化铝7份、硼酸锌9份；
所述改性复合填料按照以下工艺进行制备：按重量份将12份纳米二氧化硅、18份酸化碳纳米管、8份硅镁土加入65份甲苯中，搅拌均匀后超声50min得到物料A；按重量份将5.6份3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷与15份甲苯混合均匀得到物料B；按重量份将17份物料A和12份物料B加入反应容器中，升温至68℃后反应4.3h，反应结束后经离心、洗涤、干燥得到所述改性复合填料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其特征在于，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶100份、氯丁橡胶10-35份、甲基乙烯基苯基硅橡胶5-20份、硬脂酸0.5-2份、氧化锌0.5-2份、硫黄1-2份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷2-4份、阻燃剂20-35份、改性复合填料10-25份、分子筛3-12份、碳化硅3-12份、石墨烯2-10份、六氟双酚A 2-5份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐2-5份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷2-8份、促进剂DM 0.8-2份、促进剂M 0.3-1.2份、防老剂MC 1-2份、氧化镧2-5份；
其中，所述阻燃剂按重量份包括：可膨胀石墨5-15份、氢氧化铝5-12份、硼酸锌2-10份；
所述改性复合填料按照以下工艺进行制备：按重量份将5-15份纳米二氧化硅、10-30份酸化碳纳米管、3-10份硅镁土加入50-100份甲苯中，搅拌均匀后超声30-60min得到物料A；按重量份将2-10份3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷与5-20份甲苯混合均匀得到物料B；按重量份将10-25份物料A和5-20份物料B加入反应容器中，升温至65-75℃后反应3-5h，反应结束后经离心、洗涤、干燥得到所述改性复合填料。
2.根据权利要求1所述高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其特征在于，其原料中，聚氨酯橡胶、氯丁橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶的重量比为100：18-30：8-17。
3.根据权利要求1或2所述高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其特征在于，其原料中，氧化锌、硫黄、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷的重量比为0.9-1.8：1.2-1.7：2.6-3.7。
4.根据权利要求1-3中任一项所述高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其特征在于，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶100份、氯丁橡胶14-25份、甲基乙烯基苯基硅橡胶12-16份、硬脂酸1-1.5份、氧化锌1-1.5份、硫黄1.3-1.6份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷3-3.5份、阻燃剂28-31份、改性复合填料18-22份、分子筛8-11份、碳化硅7-10份、石墨烯5-8份、六氟双酚A 3-4份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐3.2-4.2份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷4.5-6.3份、促进剂DM 1-1.5份、促进剂M 0.8-1.1份、防老剂MC 1.3-1.7份、氧化镧3.2-4份。
5.根据权利要求1-4中任一项所述高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其特征在于，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶100份、氯丁橡胶25份、甲基乙烯基苯基硅橡胶15份、硬脂酸1.3份、氧化锌1.2份、硫黄1.6份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷3.2份、阻燃剂30份、改性复合填料20份、分子筛10份、碳化硅8份、石墨烯7份、六氟双酚A 3.2份、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐4份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷6份、促进剂DM 1.3份、促进剂M 1份、防老剂MC 1.6份、氧化镧4.2份。
6.根据权利要求1-5中任一项所述高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述阻燃剂按重量份包括：可膨胀石墨8-13份、氢氧化铝7-11份、硼酸锌4-9份。
7.根据权利要求1-6中任一项所述高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述阻燃剂按重量份包括：可膨胀石墨10份、氢氧化铝10份、硼酸锌5份。
8.根据权利要求1-7中任一项所述高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述改性复合填料按照以下工艺进行制备：按重量份将7-12份纳米二氧化硅、18-25份酸化碳纳米管、5.5-8份硅镁土加入65-80份甲苯中，搅拌均匀后超声40-50min得到物料A；按重量份将5.6-7份3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷与12-15份甲苯混合均匀得到物料B；按重量份将17-21份物料A和6-12份物料B加入反应容器中，升温至68-73℃后反应3.5-4.3h，反应结束后经离心、洗涤、干燥得到所述改性复合填料。
9.根据权利要求1-8中任一项所述高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述改性复合填料按照以下工艺进行制备：按重量份将10份纳米二氧化硅、20份酸化碳纳米管、7份硅镁土加入67份甲苯中，搅拌均匀后超声45min得到物料A；按重量份将6份3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷与13份甲苯混合均匀得到物料B；按重量份将20份物料A和10份物料B加入反应容器中，升温至70℃后反应4h，反应结束后经离心、洗涤、干燥得到所述改性复合填料。
10.根据权利要求1-9中任一项所述高阻燃耐热耐水性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述石墨烯为改性石墨烯，所述改性石墨烯的改性剂为氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑。
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