CN107163407A - 无卤阻燃epdm/pp热塑性硫化胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶及其制备方法。该无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶是由如下重量份的原料制成：三元乙丙橡胶100份、聚丙烯30~65份、马来酸酐接枝聚丙烯5~15份、环烷油30~60份、炭黑10~50份、无卤阻燃剂10~50份、硬脂酸1~3份、氧化锌3~8份、硫磺4.0~8.5份、促进剂二硫化四甲基秋兰姆1~3份、促进剂二硫代二苯并噻唑0.5~3份，防老剂2，2，4‑三甲基‑1，2‑二氢化喹啉聚合体0.5~2份。本发明采用功能化改性水滑石为主阻燃剂，配合使用微胶囊红磷、硼酸锌等来提高TPV的阻燃性能，对热塑性弹性体无卤阻燃的发展与应用具有深远意义。

Description

无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种阻燃热塑性弹性体，特别涉及一种无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶及其制备方法。
背景技术
EPDM/PP热塑性硫化胶(TPV)是一种共混型热塑性弹性体，具有良好的物理性能，并且可以采用传统的热塑性塑料加工设备和方法进行加工，广泛应用于汽车、建筑、电线电缆、家用电器等行业,可以部分或全部替代常用的中高性能传统热固性橡胶(如SBR、CR、EPR等),用量逐年增大。但TPV易燃(氧指数只有18)，这大大限制了其应用,因此对其阻燃性能的研究是必要的。
目前,国内外对TPV阻燃性能的研究较少。水滑石是目前用量最大的无机阻燃剂,其作用时一方面吸热分解放出水,减少供给聚合物裂解的热量并稀释火焰,另一方面分解产生氧化物覆盖在聚合物表面隔绝空气和聚合物,具有热稳定性好、无毒、不挥发、不析出、不产生腐蚀性气体、发烟量少等优点,而且资源丰富、价格便宜,广泛用于阻燃、消烟和减少材料燃烧时腐蚀性气体生成量的场合。但水滑石作为阻燃剂用添加量往往很高，一般在添加量在60%以上才能达到难燃级别，高添加量容易导致基体材料力学性能的恶化，限制其在阻燃领域的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶，具有无卤、阻燃性能好、综合性能优异等特点。
本发明还提供一种所述的无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶，该无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶是由如下重量份的原料制成：三元乙丙橡胶（EPDM）100份、聚丙烯（PP）30~65份、马来酸酐接枝聚丙烯（MAH-PP）5~15份、环烷油30~60份、炭黑10~50份、无卤阻燃剂10~50份、硬脂酸1~3份、氧化锌3~8份、硫磺4.0~8.5份、促进剂二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）1~3份、促进剂二硫代二苯并噻唑（DM）0.5~3份，防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体（RD）0.5~2份。本发明采用功能化改性水滑石为主阻燃剂，配合使用微胶囊红磷、硼酸锌等来提高TPV的阻燃性能，对热塑性弹性体无卤阻燃的发展与应用具有深远意义。
作为优选，所述无卤阻燃剂为功能化改性水滑石、微胶囊红磷和硼酸锌三者以质量比为10:1~5:0.5~3混合得到的混合物。
作为优选，所述的功能化改性水滑石表面负载含氨基的聚合物，其是由含氨基的聚合物通过机械研磨负载在水滑石表面制得，所述的含氨基的聚合物为脲醛树脂或三聚氰胺树脂。
作为优选，所述的机械研磨是在球磨机中进行研磨20～80分钟，球磨机滚筒转速20～40转/分钟，球磨机钢球规格为φ15~150mm，钢球充填率为25~45%。
作为优选，所述的水滑石与含氨基的聚合物的投料质量比为1.0：0.2～1.0。
一种所述的无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶的制备方法，该方法包括如下步骤：将原料EPDM、PP、MAH-PP、环烷油、炭黑、无卤阻燃剂、硬脂酸、氧化锌、硫磺、TMTD、DM和RD经机械混合后挤出造粒，制得无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶。
作为优选，该方法是首先将PP、MAH-PP加入到密炼机中，混炼温度180-190 ℃，塑炼3-5 min后，加入EPDM混炼，再依次加入无卤阻燃剂、炭黑、氧化锌、硬脂酸和环烷油混炼8-10分钟，最后加入配方量的硫磺、TMTD、DM和RD混合均匀，在加工温度170℃~200℃条件下通过挤出机挤出造粒，制得无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在如下几方面：
1. 本发明制得的无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶，采用无卤阻燃体系，减少了材料使用过程中的“二次危害”；本发明制得的无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶，所用的无卤阻燃剂，含有酸源（微胶囊红磷）、炭源和气源（功能化改性水滑石）以及抑烟助剂（硼酸锌），具有很好的阻燃效率，减少了小分子阻燃剂的使用量，有利于材料综合性能的提高；
2. 本发明制得的无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶，所用的功能化水滑石与基体材料有很好的相容性，具有阻燃增强双重作用，对基体材料阻燃的同时，能提高基体材料的机械强度；
3. 本发明所述的阻燃三元乙丙橡胶发泡材料利用了功能化水滑石-微胶囊红磷-硼酸锌协同阻燃体系，很大程度上提高阻燃剂的阻燃效率，减少其使用量。
本发明所述的无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶具有无卤、阻燃性能好、综合性能优异等特点，适用于汽车、建筑、电线电缆、家用电器等行业的使用。本发明所述的无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶不含卤素、性能优异、适用范围广、符合环保要求。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
将150公斤水滑石加入到连有氮气通入管的球磨机中，球磨机钢球规格为φ150mm，钢球充填率为38%，在球磨机滚筒转速25转/分钟的条件下，加入45公斤三聚氰胺树脂研磨40分钟，制得功能化水滑石，收率为98.3%。
实施例2
功能化水滑石的合成操作同实施例1，原料三聚氰胺树脂由脲醛树脂替换。水滑石与脲醛树脂的投料质量比为1.0：0.2，水滑石的加入量为150公斤，球磨机钢球规格为φ15mm，钢球充填率为25%，滚筒转速20转/分钟，研磨时间为80分钟，收率为97.1%。
实施例3
功能化水滑石的合成操作同实施例1。水滑石与三聚氰胺树脂的投料质量比为1.0：1.0，水滑石的加入量为150公斤，球磨机钢球规格为φ50mm，钢球充填率为45%，滚筒转速40转/分钟，研磨时间为20分钟，收率为96.8%。
实施例4
功能化水滑石的合成操作同实施例1。水滑石与三聚氰胺树脂的投料质量比为1.0：0.5，水滑石的加入量为150公斤，球磨机钢球规格为φ100mm，钢球充填率为33%，，滚筒转速30转/分钟，研磨时间为28分钟，收率为98.4%。
实施例5
一种无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶的制备方法，是：将30份PP、5份MAH-PP加入到密炼机中，混炼温度180 ℃，塑炼3 min后，加入100份EPDM混炼，再依次加入无卤阻燃剂10份（其中功能化改性水滑石（实施例1制得）、微胶囊红磷、硼酸锌三者的质量比为10:1:0.5）、炭黑15份、3份氧化锌、1份硬脂酸、环烷油30份环烷油混炼8分钟，最后加入硫磺4.0份、1份TMTD、0.5份DM、0.5份RD混合均匀，在加工温度170℃~200℃条件下通过挤出机挤出造粒，制得无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶，测得该无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶的极限氧指数为24.8%，卤素总量为378mg/Kg，低于国家标准GBT26526-2011《热塑性弹性体低烟无卤阻燃材料规范》中要求的卤素总量为1500mg/Kg。
实施例6
无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶的制备操作同实施例5。无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶的配方为EPDM100份、PP65份、MAH-PP15份、环烷油60份、炭黑50份、无卤阻燃剂50份（其中功能化改性水滑石（实施例2制得）、微胶囊红磷、硼酸锌三者的质量比为10:3:1.5）、硬脂酸3份、氧化锌8份、硫磺8.5份、TMTD3份、DM3份 RD2份。测得该无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶的极限氧指数为33.7%，卤素总量为329mg/Kg。
实施例7
无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶的制备操作同实施例5。无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶的配方为EPDM100份、PP35份、MAH-PP5份、环烷油40份、炭黑30份、无卤阻燃剂25份（其中功能化改性水滑石（实施例4制得）、微胶囊红磷、硼酸锌三者的质量比为10:5:3）、硬脂酸1份、氧化锌4份、硫磺4.5份、TMTD1份、DM1份 RD1份。测得该无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶的极限氧指数为27.4%，卤素总量为566mg/Kg。
实施例8
无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶的制备操作同实施例5。无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶的配方为EPDM100份、PP25份、MAH-PP10份、环烷油35份、炭黑22份、无卤阻燃剂35份（其中功能化改性水滑石（实施例5制得）、微胶囊红磷、硼酸锌三者的质量比为10:3:1.5）、硬脂酸2份、氧化锌6份、硫磺6份、TMTD2份、DM1份 RD2份。测得该无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶的极限氧指数为28.9%，卤素总量为452mg/Kg。
作为比较，实施例6的无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶配方中无卤阻燃剂（其中功能化改性水滑石、微胶囊红磷、硼酸锌三者的质量比为10:3:1.5），被相同份数日本株式会社生产的无卤阻燃剂（FP2200S）代替，所得无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶（对比例）与实施例5-8制得的无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶进行性能测试，结果见表1。
表1
对比例 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
极限氧指数 (%) 29.6 24.8 33.7 27.4 28.9
拉伸强度 (MPa) 6.42 12.4 9.32 13.5 12.73
拉断伸长率 (%) 352 423 389 409 364
无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶（对比例）：配方为EPDM100份、PP65份、MAH-PP15份、环烷油60份、炭黑50份、无卤阻燃剂FP2200S 50份、硬脂酸3份、氧化锌8份、硫磺8.5份、TMTD3份、DM3份 RD2份，制备工艺同由实施例6。
从极限氧指数值可以看出，相比进口的无卤阻燃剂FP2200S，发明所用的无卤阻燃剂更能有效提高EPDM/PP热塑性硫化胶的阻燃性能，且其对无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶的力学性能改性效果优于进口无卤阻燃剂产品。本发明制得的无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶，所用的功能化水滑石与基体材料有很好的相容性，具有阻燃增强双重作用，对基体材料阻燃的同时，能提高基体材料的机械强度。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶，其特征在于该无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶是由如下重量份的原料制成：三元乙丙橡胶（EPDM）100份、聚丙烯（PP）30~65份、马来酸酐接枝聚丙烯（MAH-PP）5~15份、环烷油30~60份、炭黑10~50份、无卤阻燃剂10~50份、硬脂酸1~3份、氧化锌3~8份、硫磺4.0~8.5份、促进剂二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）1~3份、促进剂二硫代二苯并噻唑（DM）0.5~3份，防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体（RD）0.5~2份。
2.根据权利要求1所述的无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶，其特征在于：所述无卤阻燃剂为功能化改性水滑石、微胶囊红磷和硼酸锌三者以质量比为10:1~5:0.5~3混合得到的混合物。
3.根据权利要求2所述的无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶，其特征在于：所述的功能化改性水滑石表面负载含氨基的聚合物，其是由含氨基的聚合物通过机械研磨负载在水滑石表面制得，所述的含氨基的聚合物为脲醛树脂或三聚氰胺树脂。
4.根据权利要求3所述的无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶，其特征在于：所述的机械研磨是在球磨机中进行研磨20～80分钟，球磨机滚筒转速20～40转/分钟，球磨机钢球规格为φ15~150mm，钢球充填率为25~45%。
5.根据权利要求3或4所述的无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶，其特征在于：所述的水滑石与含氨基的聚合物的投料质量比为1.0：0.2～1.0。
6.一种权利要求1所述的无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：将原料EPDM、PP、MAH-PP、环烷油、炭黑、无卤阻燃剂、硬脂酸、氧化锌、硫磺、TMTD、DM和RD经机械混合后挤出造粒，制得无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：首先将PP、MAH-PP加入到密炼机中，混炼温度180-190 ℃，塑炼3-5 min后，加入EPDM混炼，再依次加入无卤阻燃剂、炭黑、氧化锌、硬脂酸和环烷油混炼8-10分钟，最后加入配方量的硫磺、TMTD、DM和RD混合均匀，在加工温度170℃~200℃条件下通过挤出机挤出造粒，制得无卤阻燃EPDM/PP热塑性硫化胶。
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