CN105907078A - 一种耐热阻燃改性聚氨酯复合材料 - Google Patents

一种耐热阻燃改性聚氨酯复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶50‑80份、氯丁橡胶5‑10份、甲基乙烯基硅橡胶5‑15份、硬脂酸2‑3.5份、硫黄1‑2份、氧化镁2‑4份、可膨胀石墨10‑20份、氢氧化铝5‑15份、改性复合填料10‑20份、二苯基硅二醇2‑5份、六甲基二硅氮烷2‑5份、六氟双酚A 2‑8份、促进剂DM 0.8‑2份、促进剂M 0.3‑1.2份、防老剂1‑2份。本发明提出的耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，其强度高，耐热性能优异，阻燃性能好，使用寿命长。

Description

一种耐热阻燃改性聚氨酯复合材料
技术领域
本发明涉及聚氨酯技术领域，尤其涉及一种耐热阻燃改性聚氨酯复合材料。
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。聚氨酯树脂作为一种具有高强度、抗撕裂、耐磨等特性的高分子材料，目前已被用作滚筒、传送带、软管、汽车零件、鞋底、合成皮革、电线电缆和医用人工脏器等领域。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，存在阻燃性不是很理想的缺陷，从而限制了聚氨酯的应用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，其强度高，耐热性能优异，阻燃性能好，使用寿命长。
本发明提出的一种耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶50-80份、氯丁橡胶5-10份、甲基乙烯基硅橡胶5-15份、硬脂酸2-3.5份、硫黄1-2份、氧化镁2-4份、可膨胀石墨10-20份、氢氧化铝5-15份、改性复合填料10-20份、二苯基硅二醇2-5份、六甲基二硅氮烷2-5份、六氟双酚A 2-8份、促进剂DM 0.8-2份、促进剂M 0.3-1.2份、防老剂1-2份；
其中，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份酸化碳纳米管和3-10份凹凸棒土加入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、甲基乙烯基硅橡胶的重量比为55-74：6.5-8.5：7-13。
优选地，其原料中，硫黄、氧化镁、促进剂DM、促进剂M的重量比为1.2-1.8：2.6-3.5：1-1.7：0.6-1.1。
优选地，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶60-70份、氯丁橡胶7-8份、甲基乙烯基硅橡胶9-12份、硬脂酸2.6-3.3份、硫黄1.3-1.8份、氧化镁2.9-3.4份、可膨胀石墨13-17份、氢氧化铝8-11份、改性复合填料13-17份、二苯基硅二醇3.2-4份、六甲基二硅氮烷3-4份、六氟双酚A 3.8-5份、促进剂DM 1.2-1.5份、促进剂M 0.8-1份、防老剂1.3-1.8份。
优选地，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶66份、氯丁橡胶7.3份、甲基乙烯基硅橡胶10份、硬脂酸3份、硫黄1.6份、氧化镁3.2份、可膨胀石墨16份、氢氧化铝10份、改性复合填料15份、二苯基硅二醇3.7份、六甲基二硅氮烷3.6份、六氟双酚A 4.2份、促进剂DM 1.32份、促进剂M 0.9份、防老剂1.5份。
优选地，所述甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔分数为0.2-0.35％。
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8-13份纳米二氧化硅、18-26份酸化碳纳米管和5.5-7份凹凸棒土加入75-80份甲苯中，搅拌均匀后超声40-50min得到物料A；按重量份将5.8-7.5份3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷与10-16份甲苯混合均匀得到物料B；按重量份将18-21份物料A和10-16份物料B加入反应容器中，升温至68-72℃后反应3.6-4.3h，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份酸化碳纳米管和6份凹凸棒土加入76份甲苯中，搅拌均匀后超声45min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20份物料A和13.5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，所述防老剂为防老剂4020、防老剂RD、防老剂4010NA、防老剂MB、防老剂MC中的一种或者多种的混合物。
本发明所述耐热阻燃改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；以硫磺和氧化镁为硫化体系，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DM和促进剂M发生作用，加快硫键的形成，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；将可膨胀石墨和氢氧化铝配合加入体系中，具有协同作用，显著提高了复合材料的阻燃性；在改性复合填料的制备过程中，以纳米二氧化硅、酸化碳纳米管和凹凸棒土作为无机填料，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、酸化碳纳米管和凹凸棒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、酸化碳纳米管和凹凸棒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，显著提高了复合材料的耐热性、耐候性、耐水性和强度；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
本发明提出的一种耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶80份、氯丁橡胶5份、甲基乙烯基硅橡胶15份、硬脂酸2份、硫黄2份、氧化镁4份、可膨胀石墨10份、氢氧化铝15份、改性复合填料10份、二苯基硅二醇5份、六甲基二硅氮烷2份、六氟双酚A 8份、促进剂DM 0.8份、促进剂M 1.2份、防老剂1份；
其中，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份酸化碳纳米管和3份凹凸棒土加入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2
本发明提出的一种耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶50份、氯丁橡胶10份、甲基乙烯基硅橡胶5份、硬脂酸3.5份、硫黄1份、氧化镁2份、可膨胀石墨20份、氢氧化铝5份、改性复合填料20份、二苯基硅二醇2份、六甲基二硅氮烷5份、六氟双酚A 2份、促进剂DM 2份、促进剂M 0.3份、防老剂4020 2份；
其中，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份酸化碳纳米管和10份凹凸棒土加入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3
本发明提出的一种耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶70份、氯丁橡胶7份、甲基乙烯基硅橡胶12份、硬脂酸2.6份、硫黄1.8份、氧化镁2.9份、可膨胀石墨17份、氢氧化铝8份、改性复合填料17份、二苯基硅二醇3.2份、六甲基二硅氮烷4份、六氟双酚A 3.8份、促进剂DM 1.5份、促进剂M 0.8份、防老剂RD 1份、防老剂4010NA 0.8份；
其中，所述甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔分数为0.28％；
所述改性复合填料按照以下工艺进行制备：按重量份将8份纳米二氧化硅、26份酸化碳纳米管和5.5份凹凸棒土加入80份甲苯中，搅拌均匀后超声40min得到物料A；按重量份将7.5份3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷与10份甲苯混合均匀得到物料B；按重量份将21份物料A和10份物料B加入反应容器中，升温至72℃后反应3.6h，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
本发明提出的一种耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶60份、氯丁橡胶8份、甲基乙烯基硅橡胶9份、硬脂酸3.3份、硫黄1.3份、氧化镁3.4份、可膨胀石墨13份、氢氧化铝11份、改性复合填料13份、二苯基硅二醇4份、六甲基二硅氮烷3份、六氟双酚A 5份、促进剂DM 1.2份、促进剂M 1份、防老剂4020 0.2份、防老剂RD 0.3份、防老剂4010NA 0.2份、防老剂MB0.3份、防老剂MC 0.3份；
其中，所述甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔分数为0.35％；
所述改性复合填料按照以下工艺进行制备：按重量份将13份纳米二氧化硅、18份酸化碳纳米管和7份凹凸棒土加入75份甲苯中，搅拌均匀后超声50min得到物料A；按重量份将5.8份3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷与16份甲苯混合均匀得到物料B；按重量份将18份物料A和16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。
实施例5
本发明提出的一种耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶66份、氯丁橡胶7.3份、甲基乙烯基硅橡胶10份、硬脂酸3份、硫黄1.6份、氧化镁3.2份、可膨胀石墨16份、氢氧化铝10份、改性复合填料15份、二苯基硅二醇3.7份、六甲基二硅氮烷3.6份、六氟双酚A 4.2份、促进剂DM 1.32份、促进剂M 0.9份、防老剂4010NA 0.5份、防老剂MB 0.2份、防老剂MC 0.8份；
其中，所述甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔分数为0.2％；
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份酸化碳纳米管和6份凹凸棒土加入76份甲苯中，搅拌均匀后超声45min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20份物料A和13.5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。
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 (9)

1.一种耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，其特征在于，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶50-80份、氯丁橡胶5-10份、甲基乙烯基硅橡胶5-15份、硬脂酸2-3.5份、硫黄1-2份、氧化镁2-4份、可膨胀石墨10-20份、氢氧化铝5-15份、改性复合填料10-20份、二苯基硅二醇2-5份、六甲基二硅氮烷2-5份、六氟双酚A 2-8份、促进剂DM 0.8-2份、促进剂M 0.3-1.2份、防老剂1-2份；
其中，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份酸化碳纳米管和3-10份凹凸棒土加入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所述耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，其特征在于，其原料中，聚氨酯橡胶、氯丁橡胶、甲基乙烯基硅橡胶的重量比为55-74：6.5-8.5：7-13。
3.根据权利要求1或2所述耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，其特征在于，其原料中，硫黄、氧化镁、促进剂DM、促进剂M的重量比为1.2-1.8：2.6-3.5：1-1.7：0.6-1.1。
4.根据权利要求1-3中任一项所述耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，其特征在于，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶60-70份、氯丁橡胶7-8份、甲基乙烯基硅橡胶9-12份、硬脂酸2.6-3.3份、硫黄1.3-1.8份、氧化镁2.9-3.4份、可膨胀石墨13-17份、氢氧化铝8-11份、改性复合填料13-17份、二苯基硅二醇3.2-4份、六甲基二硅氮烷3-4份、六氟双酚A 3.8-5份、促进剂DM 1.2-1.5份、促进剂M 0.8-1份、防老剂1.3-1.8份。
5.根据权利要求1-4中任一项所述耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，其特征在于，其原料按重量份包括：聚氨酯橡胶66份、氯丁橡胶7.3份、甲基乙烯基硅橡胶10份、硬脂酸3份、硫黄1.6份、氧化镁3.2份、可膨胀石墨16份、氢氧化铝10份、改性复合填料15份、二苯基硅二醇3.7份、六甲基二硅氮烷3.6份、六氟双酚A 4.2份、促进剂DM 1.32份、促进剂M 0.9份、防老剂1.5份。
6.根据权利要求1-5中任一项所述耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔分数为0.2-0.35％。
7.根据权利要求1-6中任一项所述耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，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8-13份纳米二氧化硅、18-26份酸化碳纳米管和5.5-7份凹凸棒土加入75-80份甲苯中，搅拌均匀后超声40-50min得到物料A；按重量份将5.8-7.5份3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷与10-16份甲苯混合均匀得到物料B；按重量份将18-21份物料A和10-16份物料B加入反应容器中，升温至68-72℃后反应3.6-4.3h，反应结束后经离心、洗涤、干燥得到所述改性复合填料。
8.根据权利要求1-7中任一项所述耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，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份酸化碳纳米管和6份凹凸棒土加入76份甲苯中，搅拌均匀后超声45min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20份物料A和13.5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。
9.根据权利要求1-8中任一项所述耐热阻燃改性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述防老剂为防老剂4020、防老剂RD、防老剂4010NA、防老剂MB、防老剂MC中的一种或者多种的混合物。
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