CN107189405B - 一种高耐磨橡塑共混发泡材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨橡塑共混发泡材料及其制备方法。按重量份计，该发泡材料包括如下组分：聚氨酯树脂100份，天然橡胶40~60份，促进剂A 0.5~3.5份，促进剂B 0.5~3.5份，活化剂0.5~4.5份，氧化锌0.5~5.5份，化学发泡剂3~10份，高耐磨炭黑30~80份，硫化交联剂2~8份。该方法以橡/塑共混为基材，采用复合环保型发泡剂偶氮二甲酰胺为主，发泡剂碳酸氢钠为辅，硫磺为硫化交联剂，无机填料高耐磨炭黑为补强剂，依次通过塑炼、混炼、发泡、硫化交联以及快速降压发泡工艺，制备得到所述高耐磨橡塑共混发泡材料。本发明高耐磨橡塑共混发泡材料具有高耐磨、力学强度高的优点，同时制备工艺简单。

Description

一种高耐磨橡塑共混发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚合物泡沫材料领域，具体涉及一种高耐磨橡塑共混发泡材料及其制备方法。
背景技术
聚合物发泡材料是指以聚合物(塑料、橡胶、弹性体或天然高分子材料)为基础而其内部具有无数气泡的微孔材料。典型的发泡材料较多，如聚氨酯(PU)泡沫、聚苯乙烯(PS)泡沫、聚烯烃泡沫、聚氯乙烯(PVC)泡沫、酚醛泡沫以及天然高分子发泡材料，但是橡塑共混发泡材料较少。
采用超临界流体快速降压法(物理发泡)制备热塑性聚合物的发泡材料，一般得到的是具有孔结构的泡沫材料，泡孔与泡孔之间彼此独立。而采用改进的超临界二氧化碳降压发泡法一次注气、连续升温、多次卸压的处理，使样品内部泡孔具有连通性，但是实验处理过程复杂，泡孔结构不易控制，样品内部泡孔的尺寸较大，不在微孔塑料的范围。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高耐磨橡塑共混聚合物发泡材料。该发泡材料泡孔分布均匀，具备高耐磨性能，在包括家庭日常用品、交通工具、绝缘材料、包装材料、电器、运动设施、电子产品和化学以及纺织的行业中具有广泛应用；同时，高耐磨橡塑共混发泡材料在军事、航空航天等尖端领域也发挥着很重要的作用。
本发明的目的还在于提供所述的一种高耐磨橡塑共混聚合物发泡材料的制备方法。该方法以橡/塑共混为基材，采用复合环保型发泡剂偶氮二甲酰胺为主，发泡剂碳酸氢钠为辅，硫磺为硫化交联剂，无机填料高耐磨炭黑为补强剂，依次通过塑炼、混炼、发泡、硫化交联以及快速降压发泡工艺，制备得到所述高耐磨橡塑共混发泡材料，工艺简单。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种高耐磨橡塑共混发泡材料，按重量份计，包括如下组分：
Figure BDA0001330335590000021
采用塑料和橡胶作为发泡材料的基材，聚氨酯树脂具有耐磨、弹性好的特点；而天然橡胶则是结晶橡胶，有结晶，自补强，压缩永久变形小，力学性能好；聚氨酯树脂和天然橡胶两者之间的相容性好，且界面作用力强，同时可采用硫磺对两者进行硫化交联。
进一步地，所述促进剂A为促进剂DZ(N.N’-二环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺)。
进一步地，所述促进剂B为促进剂CM(环己基苯并噻唑次磺酰胺)。
进一步地，所述活化剂为硬脂酸。
进一步地，所述化学发泡剂包括主发泡剂偶氮二甲酰胺和辅发泡剂碳酸氢钠，且主发泡剂偶氮二甲酰胺和辅发泡剂碳酸氢钠的质量比为2：1～10：1。
采用无污染的碳酸氢钠为辅发泡剂，成本低廉，且有利于环境保护。
进一步地，所述硫化交联剂为硫磺。
制备上述任一项所述的一种高耐磨橡塑共混发泡材料的方法，包括如下步骤：
(1)将聚氨酯树脂和天然橡胶在开炼机中混合后进行塑炼，得到橡胶/塑料共混物；
(2)在步骤(1)得到的橡胶/塑料共混物中加入其余组分，混合均匀后继续在开炼机中进行混炼；
(3)将步骤(2)混炼得到的物料在置于模具中，再放入平板硫化机中进行高温发泡、硫化交联，得到共混发泡材料；
(4)将步骤(3)得到的共混发泡材料采用快速降压法进行快速降压发泡后，冷却定型，得到所述高耐磨橡塑共混发泡材料。
进一步地，步骤(1)中，所述塑炼是在常压下60～160℃塑炼3～15min，塑炼过程为在熔点附近温度范围进行塑化、包辊塑炼，通过剪切力降低了聚合物相对分子质量，降低了聚合物粘度，更有利于加工成型。
进一步地，步骤(2)中，所述混炼是在常压下60～160℃混炼5～15min。
进一步地，步骤(3)中，所述高温为120～220℃的温度条件。
进一步地，步骤(3)中，所述发泡是在120～220℃下发泡5～30min，排气0～5次。
进一步地，步骤(3)中，硫化交联剂进行交联的温度和发泡剂分解的温度大致相等，在进行发泡过程中，同时发生硫化交联，且硫化交联的速度要大于发泡的速度。
进一步地，步骤(4)中，所述快速降压发泡是以3～80MPa/s的降压速率降压至0.1～0.3MPa。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明通过橡/塑共混，选择环保型发泡剂、优化得到最佳配方，通过简单的加工工艺制备得到高耐磨橡塑共混发泡材料，成本低廉，有利于环境保护；
(2)本发明制备过程中，通过优化制备过程中的压力、温度、降压速率、聚合物发泡材料配比以及发泡时间等实验条件，从而得到发泡效果优良的高耐磨发泡材料，以满足不同需要；
(3)本发明的高耐磨橡塑共混发泡材料中，泡孔为闭孔结构，具有泡孔均一、形状稳定、高耐磨、力学强度高的优点，有利于广泛应用于个人装备或垫层材料等领域；
(4)本发明制备方法工艺简单，采用常规设备进行加工，易于实现工业化生产。
附图说明
图1为实施例1制备的高耐磨橡塑共混发泡材料的断面扫描电镜图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步阐述，但本发明不限于此。
实施例1
一种高耐磨橡塑共混发泡材料，按重量份计，包括如下组分：
聚氨酯树脂100份，天然橡胶50份，促进剂A DZ 1.5份，促进剂B CM1.0份，硬脂酸1.2份，氧化锌1.5份，偶氮二甲酰胺3.0份，碳酸氢钠1.0份，高耐磨炭黑50份，硫磺3.0份。
制备上述的一种高耐磨橡塑共混发泡材料，具体包括如下步骤：
(1)将聚氨酯树脂和天然橡胶在开炼机中混合后，常压下80℃塑炼5min，得到橡胶/塑料共混物；
(2)在步骤(1)得到的橡胶/塑料共混物中加入其余组分，混合均匀后继续在开炼机中常压下80℃混炼12min；
(3)将步骤(2)混炼得到的物料置于模具中，再放入平板硫化机中150℃下发泡15min，排气1次，同时硫化交联，得到共混发泡材料；
(4)将步骤(3)得到的共混发泡材料采用快速降压法以80MPa/s的降压速率快速降压发泡，降压至0.1MPa，冷却定型，得到所述高耐磨橡塑共混发泡材料。
制备的高耐磨橡塑共混发泡材料的断面扫描电镜图如图1所示，由图1可知，发泡材料的泡孔大小均一、形状稳定、间隙适中。
实施例2
一种高耐磨橡塑共混发泡材料，按重量份计，包括如下组分：
聚氨酯树脂100份，天然橡胶40份，促进剂A DZ 0.5份，促进剂B CM 0.5份，硬脂酸0.5份，氧化锌0.5份，偶氮二甲酰胺2.0份，碳酸氢钠1.0份，高耐磨炭黑30份，硫磺2.0份。
制备上述的一种高耐磨橡塑共混发泡材料，具体包括如下步骤：
(1)将聚氨酯树脂和天然橡胶在开炼机中混合后，常压下60℃塑炼15min，得到橡胶/塑料共混物；
(2)在步骤(1)得到的橡胶/塑料共混物中加入其余组分，混合均匀后继续在开炼机中常压下160℃混炼5min；
(3)将步骤(2)混炼得到的物料置于模具中，再放入平板硫化机中220℃下发泡5min，排气0次，同时硫化交联，得到共混发泡材料；
(4)将步骤(3)得到的共混发泡材料采用快速降压法以10MPa/s的降压速率快速降压发泡，降压至0.3MPa，冷却定型，得到所述高耐磨橡塑共混发泡材料。
制备的高耐磨橡塑共混发泡材料的断面扫描电镜图参见图1，发泡材料的泡孔大小均一、形状稳定、间隙适中。
实施例3
一种高耐磨橡塑共混发泡材料，按重量份计，包括如下组分：
聚氨酯树脂100份，天然橡胶60份，促进剂A DZ 3.5份，促进剂B CM 3.5份，硬脂酸4.5份，氧化锌5.5份，偶氮二甲酰胺9.0份，碳酸氢钠1.0份，高耐磨炭黑80份，硫磺8.0份。
制备上述的一种高耐磨橡塑共混发泡材料，具体包括如下步骤：
(1)将聚氨酯树脂和天然橡胶在开炼机中混合后，常压下160℃塑炼3min，得到橡胶/塑料共混物；
(2)在步骤(1)得到的橡胶/塑料共混物中加入其余组分，混合均匀后继续在开炼机中常压下60℃混炼15min；
(3)将步骤(2)混炼得到的物料置于模具中，再放入平板硫化机中120℃下发泡30min，排气5次，同时硫化交联，得到共混发泡材料；
(4)将步骤(3)得到的共混发泡材料采用快速降压法以50MPa/s的降压速率快速降压发泡，降压至0.2MPa，冷却定型，得到所述高耐磨橡塑共混发泡材料。
制备的高耐磨橡塑共混发泡材料的断面扫描电镜图参见图1，发泡材料的泡孔大小均一、形状稳定、间隙适中。
将实施例1～3制备得到的高耐磨橡塑共混发泡材料室温放置24h后，按照GB/T9867-2008测定磨耗体积，GB/T 533-2008测定密度，GB/T 528-2009测定拉伸性能，GB/T531.1-2008测定邵尔硬度，测量数据如表1所示。
表1实施例1～3制备的高耐磨橡塑共混发泡材料测试数据
Figure BDA0001330335590000071
由表1可知，实施例1～3均可获得质轻、具有良好拉伸性能的高耐磨(磨耗体积均小于200mm3)的发泡材料，对于实施例3的配方耐磨性能最佳，磨耗体积只有148mm3。
并且，经过多次重复试验，用DIN耐磨试验机、硬度计、密度计、万能拉力机对材料的性能进行了检测，实施例1～3制备的高耐磨橡塑共混发泡材料的密度在0.1～0.7g/cm3，拉伸强度均大于15Mpa，磨耗体积均低于200mm3，硬度在25～50度(邵氏)。
因此所得发泡材料密度、磨耗体积小，拉伸强度高；质轻，表面平整光滑，形态稳定、均一，无异味，弹性好，强度高，具有很好的使用价值。

Claims (9)

1.一种高耐磨橡塑共混发泡材料，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：
聚氨酯树脂 100份；
天然橡胶 40~60份；
促进剂A 0.5~3.5份；
促进剂B 0.5~3.5份；
活化剂 0.5~4.5份；
氧化锌 0.5~5.5份；
化学发泡剂 3~10份；
高耐磨炭黑 30~80份；
硫化交联剂 2~8份；
所述高耐磨橡塑共混发泡材料的制备包括如下步骤：
（1）将聚氨酯树脂和天然橡胶在开炼机中混合后进行塑炼，得到橡胶/塑料共混物；
（2）在步骤（1）得到的橡胶/塑料共混物中加入其余组分，混合均匀后继续在开炼机中进行混炼；
（3）将步骤（2）混炼得到的物料置于模具中，再放入平板硫化机中进行高温发泡、硫化交联，得到共混发泡材料；其中化学发泡剂包括主发泡剂偶氮二甲酰胺和辅发泡剂碳酸氢钠，且主发泡剂偶氮二甲酰胺和辅发泡剂碳酸氢钠的质量比为2：1~10：1；
（4）将步骤（3）得到的共混发泡材料采用快速降压法进行快速降压发泡后，冷却定型，得到所述高耐磨橡塑共混发泡材料。
2.根据权利要求1所述的一种高耐磨橡塑共混发泡材料，其特征在于，所述促进剂A为促进剂DZ；所述促进剂B为促进剂CM。
3.根据权利要求1所述的一种高耐磨橡塑共混发泡材料，其特征在于，所述活化剂为硬脂酸。
4.根据权利要求1所述的一种高耐磨橡塑共混发泡材料，其特征在于，所述硫化交联剂为硫磺。
5.制备如权利要求1~4任一项所述的一种高耐磨橡塑共混发泡材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将聚氨酯树脂和天然橡胶在开炼机中混合后进行塑炼，得到橡胶/塑料共混物；
（2）在步骤（1）得到的橡胶/塑料共混物中加入其余组分，混合均匀后继续在开炼机中进行混炼；
（3）将步骤（2）混炼得到的物料置于模具中，再放入平板硫化机中进行高温发泡、硫化交联，得到共混发泡材料；其中化学发泡剂包括主发泡剂偶氮二甲酰胺和辅发泡剂碳酸氢钠，且主发泡剂偶氮二甲酰胺和辅发泡剂碳酸氢钠的质量比为2：1~10：1；
（4）将步骤（3）得到的共混发泡材料采用快速降压法进行快速降压发泡后，冷却定型，得到所述高耐磨橡塑共混发泡材料。
6.根据权利要求5所述的一种高耐磨橡塑共混发泡材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述塑炼是在常压下60~160℃塑炼3~15min。
7.根据权利要求5所述的一种高耐磨橡塑共混发泡材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述混炼是在常压下60~160℃混炼5~15min。
8.根据权利要求5所述的一种高耐磨橡塑共混发泡材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述高温为120~220℃的温度条件；所述发泡是在120～220℃下发泡5～30min，排气0～5次；在进行发泡过程中，同时发生硫化交联。
9.根据权利要求5所述的一种高耐磨橡塑共混发泡材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述快速降压发泡是以3～80 MPa/s的降压速率降压至0.1～0.3MPa。
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