CN106146922A - 一种阻燃功能橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种阻燃功能橡胶及其制备方法，涉及一种橡胶及其制备方法，本发明从分子设计角度出发在亚硝酸钠、盐酸作为催化剂的条件下，通过重氮化反应将对氨基苯甲酸和石墨烯结合在一起，制备了一种含有大量羧基的苯甲酸功能化石墨烯。本发明选用N' N~二环己基碳二亚胺( DCC) 和 4－二甲氨基吡啶( DMAP)催化剂的作用下，通过酯化反应使苯甲酸功能化石墨烯表面活化后的羧基与环氧化天然橡胶的羟基进行键合，从而实现阻燃剂和天然橡胶基体的化学键合，这种制备方法实现了复合材料中橡胶基体与阻燃剂的分子级混合。从根本上同时解决阻燃剂、纳米增强剂的分散、橡胶基体之间的界面问题。

Description

一种阻燃功能橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种橡胶及其制备方法，特别是涉及一种阻燃功能橡胶及其制备方法。

背景技术

随着科技的飞速发展，阻燃剂是仅次于增塑剂的第二大添加剂，广泛应用于电子电气、家具织物、建筑材料、交通工具等领域。它默默地为我们筑起一道防火墙，阻止或减缓火灾的发生或蔓延。卤素阻燃剂是最先被发现的阻燃剂，其阻燃原理主要是利用卤元素在燃烧后产生大量不可燃气体阻止材料进一步燃烧。膨胀型阻燃剂是一类发展极快的环保型阻燃剂。膨胀型阻燃剂以磷氮为主要阻燃元素，同时在高聚物受热时会在表面产生一层均匀的炭层，隔热、隔氧、抑烟、并能防止产生熔滴，而且不会产生有毒气体。为了达到理想的阻燃效果，通常需要添加较大量的膨胀型阻燃剂，但是，体系中基体与阻燃剂、纳米协效剂、纳米增强剂的界面亲和力主要依赖于它们之间的物理相互作用。由于它们之间表面能差异较大，界面相容性不好，从而在混炼胶时形成大量缺陷和空隙，导致橡胶体系的阻燃效率提高有限、力学性能下降明显。同时，由于传统膨胀型阻燃剂在材料基体中易团聚以及与材料基体相容性差的原因，会导致阻燃剂在材料基体中出现分散不均匀、易向基体表面迁移以及热稳定性差等现象。这大大影响了材料的力学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阻燃功能橡胶及其制备方法，本发明将石墨烯进行功能化，然后将功能化石墨烯接枝到环氧化天然橡胶上，极大的提高了天然橡胶的热性能并保留了其原有的力学性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种阻燃功能橡胶，所述功能橡胶由下列物质按质量分数混合而成：天然橡胶 50~80份；石墨烯橡胶功能材料 20~50份；硬脂酸 1~4份；氧化锌 3~5份；促进剂CZ 1~4份；防老剂4010 1~3份；炭黑10~30份；硫磺 1~3份；石蜡2~10份。

一种阻燃功能橡胶制备方法，所述方法包括以下制备具体步骤：

（1）苯甲酸功能化石墨烯的制备，1~2g对氨基苯甲酸和0.2~0.4g氢氧化钠加入到反应容器中, 并加入50~100ml蒸馏水，然后在0~5℃情况下缓慢加入0.5~1g亚硝酸钠和5~10ml浓度在20%的HCl并搅拌45~60min；把超声后的0.2~0.5g石墨烯加入到溶液中并在0~5℃搅拌3~4h；最后把所得溶液的PH值调到2~3并用透析膜透析2~3次，最后把所得产品用有机溶剂洗到中性；

（2）环氧化天然橡胶的制备，10~50g含量为60%天然胶乳溶解到100~200ml蒸馏水中，然后加入20~40ml过氧乙酸在0~5℃超声搅拌10~20h，所得产物进行干燥—漂洗—干燥得到环氧化天然橡胶；

（3）石墨烯橡胶功能材料的制备，准备10~50g环氧化天然橡胶并剪碎溶解到100~200ml二甲苯当中，然后在80~120℃下加入1~10ml N'N~二环己基碳二亚胺( DCC) 和1~5g 4－二甲氨基吡啶( DMAP)并搅拌5~20min，然后加入0.5~5g苯甲酸功能化石墨烯并搅拌2~8h，最后干燥得到石墨烯橡胶功能材料；

（4）最后将上述材料在开炼机上塑炼10~20分钟，24小时后平板硫化即得。

本发明的优点与效果是：

本发明将石墨烯进行功能化，然后将功能化石墨烯接枝到环氧化天然橡胶上。以日常生活和生产中应用广泛的天然橡胶为基材，从分子设计角度出发将石墨烯进行功能化并和环氧化天然橡胶进行一体化，有效的改善了传统阻燃剂在橡胶基体中易团聚、分散性差、抗表面迁移能力弱、与橡胶基体相容性差添加量大等问题，极大的提高了天然橡胶的热性能并保留了其原有的力学性能。

附图说明

图1为苯甲酸功能化石墨烯的合成机理图；

图2为环氧化天然橡胶的合成机理图；

图3为阻燃剂和环氧化天然橡胶一体化的合成机理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

将50g环氧化天然橡胶溶解在200ml二甲苯中，然后加入10ml N'N~二环己基碳二亚胺( DCC) 和5g 4－二甲氨基吡啶( DMAP)并搅拌20min，最后加入20g苯甲酸功能化石墨烯并在95℃的情况下搅拌8h。然后干燥—洗涤—干燥，得到石墨烯橡胶功能材料，取功能橡胶20g；天然橡胶80 g；硫磺2.0 g；促进剂CZ 1g；硬脂酸4g；氧化锌5 g；防老剂1 g；液体石蜡2g；炭黑30 g置于开炼机中，于 55℃的温度下混炼，24小时后平板硫化即得阻燃天然橡胶。

苯甲酸功能化石墨烯的合成机理式如图1所示。

环氧化天然橡胶合成机理式如图2所示。

阻燃剂和环氧化天然橡胶一体化的合成机理式如图3所示。

Claims (2)

1.一种阻燃功能橡胶，其特征在于，所述功能橡胶由下列物质按质量分数混合而成：天然橡胶 50~80份；石墨烯橡胶功能材料 20~50份；硬脂酸 1~4份；氧化锌 3~5份；促进剂CZ1~4份；防老剂4010 1~3份；炭黑10~30份；硫磺 1~3份；石蜡2~10份。

2.一种阻燃功能橡胶制备方法，其特征在于，所述方法包括以下制备具体步骤：

（1）苯甲酸功能化石墨烯的制备，1~2g对氨基苯甲酸和0.2~0.4g氢氧化钠加入到反应容器中, 并加入50~100ml蒸馏水，然后在0~5℃情况下缓慢加入0.5~1g亚硝酸钠和5~10ml浓度在20%的HCl并搅拌45~60min；把超声后的0.2~0.5g石墨烯加入到溶液中并在0~5℃搅拌3~4h；最后把所得溶液的PH值调到2~3并用透析膜透析2~3次，最后把所得产品用有机溶剂洗到中性；

（2）环氧化天然橡胶的制备，10~50g含量为60%天然胶乳溶解到100~200ml蒸馏水中，然后加入20~40ml过氧乙酸在0~5℃超声搅拌10~20h，所得产物进行干燥—漂洗—干燥得到环氧化天然橡胶；

（3）石墨烯橡胶功能材料的制备，准备10~50g环氧化天然橡胶并剪碎溶解到100~200ml二甲苯当中，然后在80~120℃下加入1~10ml N'N~二环己基碳二亚胺( DCC) 和1~5g 4－二甲氨基吡啶( DMAP)并搅拌5~20min，然后加入0.5~5g苯甲酸功能化石墨烯并搅拌2~8h，最后干燥得到石墨烯橡胶功能材料；

（4）最后将上述材料在开炼机上塑炼10~20分钟，24小时后平板硫化即得。