CN107163310A - 一种无卤阻燃橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无卤阻燃橡胶及其制备方法，属于橡胶制备技术领域。本发明利用硅烷偶联剂的羟基与聚磷酸铵表面的羟基反应改性，制得阻燃效果好的改性聚磷酸铵，再以钠基蒙脱土为原料，并与铝离子进行离子交换，再将镁铝与改性聚磷酸铵插入蒙脱土层间，制备层层组装的具有三维互锁结构层状改性蒙脱土，最后与天然橡胶，氧化锌等混炼硫化，制得无卤阻燃橡胶。本发明利用三维互锁结构层状改性蒙脱土阻断可燃气体和氧气的运输及燃烧产物逃离的作用，从而赋予天然橡胶优异的阻燃性能，且在燃烧过程中起到减少热量释放的作用。

Description

一种无卤阻燃橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种无卤阻燃橡胶及其制备方法，属于橡胶制备技术领域。

背景技术

天然橡胶是一种以聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，由于天然橡胶质轻、耐水、耐潮、电绝缘性能优异、成型加工性优良，目前已被广泛用于航空、交通运输、建筑及家用电器工业。但由于天然橡胶，极易燃烧，往往由于过热及短路而导制火灾发生，并且会在燃烧过程中释放大量黑烟。这因此在某种程度上影响了天然橡胶材料在电器工业上的进一步推广。因此，解决橡胶材料的阻燃问题成为摆在当前应用高分子工业发展的重要问题。

目前添加各类阻燃剂是对橡胶材料进行阻燃改性的主要手段。其中，卤系阻燃剂是应用量最大的一类传统阻燃剂，具有添加量小的特点，但其燃烧时产生大量烟雾、毒性物质和强腐蚀性物质而危害环境及人类健康，且传统阻燃剂的阻燃效果不佳。此外，由于在天然橡胶制备过程中采用阻燃剂预处理这一过程过于复杂，往往导致生产效率低下。

因此，阻燃效果好、低毒的无卤阻燃橡胶的研制和使用已成为阻燃材料研究和发展的主要方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前天然橡胶易燃烧，而添加的阻燃剂预处理过于复杂、阻燃效果不佳的问题，本发明提供了一种无卤阻燃橡胶及其制备方法。

为解决技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种无卤阻燃橡胶，包括天然橡胶、氧化锌、蒙脱土、硬脂酸、过氧化二异丙苯、促进剂CZ、抗老化剂RD，其特征在于，所述蒙脱土为三维互锁结构层状改性蒙脱土。

所述原料的重量份为65～70份天然橡胶，2～4份氧化锌，15～25份蒙脱土，1～2份硬脂酸，1～2份过氧化二异丙苯，0.5～0.8份促进剂CZ，0.3～0.5份抗老化剂RD。

所述三维互锁结构层状改性蒙脱土为50～60份铝基蒙脱土，20～22份十六烷基三甲基溴化铵，8～10份硝酸镁，1～2份硝酸铝和3～5份改性聚磷酸铵，在70～80℃下保温反应1～2h后离心分离、干燥粉碎制得。

所述铝基蒙脱土为8～10份三氯化铝与50～60份钠基蒙脱土超声分散在去离子水中后静置1～2h过滤、洗涤、干燥、粉碎、过筛制得。

所述改性聚磷酸铵为经硅烷偶联剂KH-550改性的低聚合度聚磷酸铵。

一种无卤阻燃橡胶的制备方法，具体步骤为：

S1.配置原料；

S2.将原料加入混炼机中混炼8～10min，得混炼胶料；

S3.将混炼胶料置于平板硫化机上，在170～180℃下，压力为10～12MPa，进行一次硫化15～20min，再转入鼓风干燥箱中，在200～210℃下二次硫化3～4h，得无卤阻燃橡胶。

本发明的有益技术效果是：

本发明利用硅烷偶联剂的羟基与聚磷酸铵表面的羟基反应改性，制得阻燃效果好的改性聚磷酸铵，再以钠基蒙脱土为原料，并与铝离子进行离子交换，再将镁铝与改性聚磷酸铵插入蒙脱土层间，制备层层组装的具有三维互锁结构的层状改性蒙脱土，最后与天然橡胶，氧化锌等混炼硫化，即可制得无卤阻燃橡胶，本发明利用三维互锁结构层状改性蒙脱土阻断可燃气体和氧气的运输及燃烧产物逃离的作用，从而赋予天然橡胶优异的阻燃性能，且可在燃烧过程中起到减少热量释放。

具体实施方式

量取1～2mL硅烷偶联剂KH-550，加入4～8mL质量分数为90%乙醇溶液中，在50～55℃恒温水浴下，以300～400r/min搅拌水解25～30min，再加入160～180g低聚合度聚磷酸铵，600～800mL无水乙醇，在60～65℃恒温水浴下，继续搅拌50～60min，再在80～90℃下减压蒸馏至干，得改性聚磷酸铵，称取8～10g三氯化铝加入500～600mL去离子水中，以200～300r/min搅拌5～10min，再加入50～60g钠基蒙脱土，并以500W超声波超声分散30～40min，静置1～2h后过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼3～5次，将滤饼置于60～70℃干燥箱中干燥20～24h，再将干燥后的滤饼加入粉碎机中粉碎，过200目筛，得铝基蒙脱土，称取50～60g铝基蒙脱土加入500～600mL去离子水，在70～80℃恒温水浴下搅拌30～40min，再加入20～22g十六烷基三甲基溴化铵，继续搅拌1～2h，得改性液，向改性液中加入8～10g硝酸镁，1～2g硝酸铝，3～5g改性聚磷酸铵，在25～30℃恒温水浴下，以300～400r/min搅拌30～40min，得混合液，再用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节混合液pH为11.0～11.5，在70～80℃下保温反应1～2h，得反应液，将反应液冷却至室温后装入离心机中，以3000～4000r/min离心分离10～15min，取沉淀，用去离子水洗涤沉淀3～5次，将沉淀置于干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，再将干燥后的沉淀加入粉碎机中粉碎，过200目筛，得三维互锁结构层状改性蒙脱土，按重量份数计，取65～70份天然橡胶，2～4份氧化锌，15～25份三维互锁结构层状改性蒙脱土，1～2份硬脂酸，1～2份过氧化二异丙苯，0.5～0.8份促进剂CZ，0.3～0.5份抗老化剂RD，加入混炼机中混炼8～10min，得混炼胶料，将混炼胶料置于平板硫化机上，在170～180℃下，压力为10～12MPa，进行一次硫化15～20min，再转入鼓风干燥箱中，在200～210℃下二次硫化3～4h，得无卤阻燃橡胶。

实例1

量取1mL硅烷偶联剂KH-550，加入4mL质量分数为90%乙醇溶液中，在50℃恒温水浴下，以300r/min搅拌水解25min，再加入160g低聚合度聚磷酸铵，600mL无水乙醇，在60℃恒温水浴下，继续搅拌50min，再在80℃下减压蒸馏至干，得改性聚磷酸铵，称取8g三氯化铝加入500mL去离子水中，以200r/min搅拌5min，再加入50g钠基蒙脱土，并以500W超声波超声分散30min，静置1h后过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼3次，将滤饼置于60℃干燥箱中干燥20h，再将干燥后的滤饼加入粉碎机中粉碎，过200目筛，得铝基蒙脱土，称取50g铝基蒙脱土加入500mL去离子水，在70℃恒温水浴下搅拌30min，再加入20g十六烷基三甲基溴化铵，继续搅拌1h，得改性液，向改性液中加入8g硝酸镁，1g硝酸铝，3g改性聚磷酸铵，在25℃恒温水浴下，以300r/min搅拌30min，得混合液，再用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节混合液pH为11.0，在70℃下保温反应1h，得反应液，将反应液冷却至室温后装入离心机中，以3000r/min离心分离10min，取沉淀，用去离子水洗涤沉淀3次，将沉淀置于干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，再将干燥后的沉淀加入粉碎机中粉碎，过200目筛，得三维互锁结构层状改性蒙脱土，按重量份数计，取65份天然橡胶，2份氧化锌，15份三维互锁结构层状改性蒙脱土，1份硬脂酸，1份过氧化二异丙苯，0.5份促进剂CZ，0.3份抗老化剂RD，加入混炼机中混炼8min，得混炼胶料，将混炼胶料置于平板硫化机上，在170℃下，压力为10MPa，进行一次硫化15min，再转入鼓风干燥箱中，在200℃下二次硫化3h，得无卤阻燃橡胶。

实例2

量取2mL硅烷偶联剂KH-550，加入6mL质量分数为90%乙醇溶液中，在53℃恒温水浴下，以350r/min搅拌水解28min，再加入170g低聚合度聚磷酸铵，700mL无水乙醇，在63℃恒温水浴下，继续搅拌55min，再在85℃下减压蒸馏至干，得改性聚磷酸铵，称取9g三氯化铝加入550mL去离子水中，以250r/min搅拌8min，再加入55g钠基蒙脱土，并以500W超声波超声分散35min，静置1h后过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼4次，将滤饼置于65℃干燥箱中干燥22h，再将干燥后的滤饼加入粉碎机中粉碎，过200目筛，得铝基蒙脱土，称取55g铝基蒙脱土加入550mL去离子水，在75℃恒温水浴下搅拌35min，再加入21g十六烷基三甲基溴化铵，继续搅拌1h，得改性液，向改性液中加入9g硝酸镁，1g硝酸铝，4g改性聚磷酸铵，在28℃恒温水浴下，以350r/min搅拌35min，得混合液，再用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节混合液pH为11.3，在75℃下保温反应1h，得反应液，将反应液冷却至室温后装入离心机中，以3500r/min离心分离13min，取沉淀，用去离子水洗涤沉淀4次，将沉淀置于干燥箱中，在108℃下干燥至恒重，再将干燥后的沉淀加入粉碎机中粉碎，过200目筛，得三维互锁结构层状改性蒙脱土，按重量份数计，取68份天然橡胶，3份氧化锌，20份三维互锁结构层状改性蒙脱土，1份硬脂酸，1份过氧化二异丙苯，0.6份促进剂CZ，0.4份抗老化剂RD，加入混炼机中混炼9min，得混炼胶料，将混炼胶料置于平板硫化机上，在175℃下，压力为11MPa，进行一次硫化18min，再转入鼓风干燥箱中，在205℃下二次硫化3h，得无卤阻燃橡胶。

实例3

量取2mL硅烷偶联剂KH-550，加入8mL质量分数为90%乙醇溶液中，在55℃恒温水浴下，以400r/min搅拌水解30min，再加入180g低聚合度聚磷酸铵，800mL无水乙醇，在65℃恒温水浴下，继续搅拌60min，再在90℃下减压蒸馏至干，得改性聚磷酸铵，称取10g三氯化铝加入600mL去离子水中，以300r/min搅拌10min，再加入60g钠基蒙脱土，并以500W超声波超声分散40min，静置2h后过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼5次，将滤饼置于70℃干燥箱中干燥24h，再将干燥后的滤饼加入粉碎机中粉碎，过200目筛，得铝基蒙脱土，称取60g铝基蒙脱土加入600mL去离子水，在80℃恒温水浴下搅拌40min，再加入22g十六烷基三甲基溴化铵，继续搅拌2h，得改性液，向改性液中加入10g硝酸镁，2g硝酸铝，5g改性聚磷酸铵，在30℃恒温水浴下，以400r/min搅拌40min，得混合液，再用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节混合液pH为11.5，在80℃下保温反应2h，得反应液，将反应液冷却至室温后装入离心机中，以4000r/min离心分离15min，取沉淀，用去离子水洗涤沉淀5次，将沉淀置于干燥箱中，在110℃下干燥至恒重，再将干燥后的沉淀加入粉碎机中粉碎，过200目筛，得三维互锁结构层状改性蒙脱土，按重量份数计，取70份天然橡胶，4份氧化锌，25份三维互锁结构层状改性蒙脱土，2份硬脂酸，2份过氧化二异丙苯，0.8份促进剂CZ，0.5份抗老化剂RD，加入混炼机中混炼10min，得混炼胶料，将混炼胶料置于平板硫化机上，在180℃下，压力为12MPa，进行一次硫化20min，再转入鼓风干燥箱中，在210℃下二次硫化4h，得无卤阻燃橡胶。

对实例1～3制得的无卤阻燃橡胶和市售阻燃橡胶（对比例）进行性能检测，其检测结果如下表1：

表1不同阻燃橡胶性能

检测项目	对比例	实例1	实例2	实例3
					氧指数（%）	32.7	33.4	34.6	35.9
自熄时间（s）	30	8	6	4
					硬度/邵A	58	66	67	68
断裂伸长率（%）	391	412	427	445
					压缩永久变形率（%）	25	21	23	19
拉伸强度（MPa）	18.6	21.4	22.3	25.8

综上所述，本发明制得的无卤阻燃橡胶阻燃效果较好，同时制备过程简便，具有广阔应用前景。

Claims (6)

1.一种无卤阻燃橡胶，包括天然橡胶、氧化锌、蒙脱土、硬脂酸、过氧化二异丙苯、促进剂CZ、抗老化剂RD，其特征在于，所述蒙脱土为三维互锁结构层状改性蒙脱土。

2.如权利要求1所述的一种无卤阻燃橡胶，其特征在于，所述原料的重量份为65～70份天然橡胶，2～4份氧化锌，15～25份蒙脱土，1～2份硬脂酸，1～2份过氧化二异丙苯，0.5～0.8份促进剂CZ，0.3～0.5份抗老化剂RD。

3.如权利要求1所述的一种无卤阻燃橡胶，其特征在于，所述三维互锁结构层状改性蒙脱土为50～60份铝基蒙脱土，20～22份十六烷基三甲基溴化铵，8～10份硝酸镁，1～2份硝酸铝和3～5份改性聚磷酸铵，在70～80℃下保温反应1～2h后离心分离、干燥粉碎制得。

4.如权利要求3所述的一种无卤阻燃橡胶，其特征在于，所述铝基蒙脱土为8～10份三氯化铝与50～60份钠基蒙脱土超声分散在去离子水中后静置1～2h过滤、洗涤、干燥、粉碎、过筛制得。

5.如权利要求3所述的一种无卤阻燃橡胶，其特征在于，所述改性聚磷酸铵为经硅烷偶联剂KH-550改性的低聚合度聚磷酸铵。

6.如权利要求1～5任一项所述的一种无卤阻燃橡胶的制备方法，其特征在于具体步骤为：

S1.配置原料；

S2.将原料加入混炼机中混炼8～10min，得混炼胶料；

S3.将混炼胶料置于平板硫化机上，在170～180℃下，压力为10～12MPa，进行一次硫化15～20min，再转入鼓风干燥箱中，在200～210℃下二次硫化3～4h，得无卤阻燃橡胶。