CN107189454A - 热塑性硫化弹性体组合物及其制备方法、用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种热塑性硫化弹性体组合物及其制备方法、用途；所述热塑性硫化弹性体组合物包括原料及各原料重量份数如下：热塑性弹性体15.0‑44.0份，热塑性塑料1.0‑14.0份，石蜡油24.0‑79.0份，交联体系0.5‑4.0份，填充剂65.0‑184.0份，助剂1.0‑4.0份；所述的热塑性弹性体为氢化苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物、聚烯烃弹性体中一种或两种的混合物；其中，所述氢化苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物为线型结构；所述的热塑性塑料为聚苯乙烯。与现有技术相比，本发明热塑性硫化弹性体组合物在相容性较好的基础上呈现回弹性好、强度高、可再生加工性能好的整体优势性能。

Description

热塑性硫化弹性体组合物及其制备方法、用途
技术领域
本发明属于高分子材料复合技术领域，尤其涉及一种热塑性硫化弹性体组合物及其制备方法、用途。
背景技术
人造草坪是将非生命仿草叶状合成纤维草丝簇绒在基布上而制作的模拟草坪。人造草坪具有天然草坪的弹性和运动性能等优异性能，不仅铺装容易、养护简单，不需要消耗肥料和水资源，而且尺寸稳定性好，受环境、天气、地域的影小。目前人造草坪已被广泛应用于足球、曲棍球和高尔夫球等运动场地，以及公众休闲场所或室内美化以及景观铺设等，给人们的生活提供了极大的便利。随着社会的进步和人们生活水平的提高，对运动需求越来越多，给人造草坪的发展带来新的契机。
人造草坪想要保持草丝的直立并获得类似天然草坪的弹性和舒适性，需要在草丝根部添加大量的填充物。目前，国内外大量使用废旧轮胎或硫化EPDM橡胶颗粒作为填充物，该类颗粒具有优异弹性和耐久性，但含量有大量芳香烃等致癌物质，具有气味大、难以再生利用等缺点，不能满足当前社会的环保要求。现有技术方案以热塑性弹性体制备的人造草坪填充颗粒，该类填充颗粒具有热塑性加工、可回收利用等优点，但其弹性回复率低、强度低等缺点，这在一定程度上限制了该类填充颗粒的大规模应用。
在满足人造草坪基本性能要求的前提下，如何改善热塑性弹性体填充颗粒的回弹性、强度、可再生加工性，提高运动舒适度的同时有利于环保，成为行业关注的焦点。
发明内容
基于此，有必要针对现有人造草坪用填充材料难以回收、热塑性弹性体填充颗粒的回弹性和强度低等缺点，提供了一种可用作人造草坪填充材料的、回弹性好、强度高、可再生加工利用的热塑性硫化弹性体组合物。
本发明的技术目的是通过如下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供一种热塑性硫化弹性体组合物，包括原料及各原料重量份数如下：
所述的热塑性弹性体为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、聚烯烃弹性体(POE)中一种或两种的混合物；其中，所述氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)为线型结构；
所述的热塑性塑料为聚苯乙烯(PS)。
在本发明的一些实施例中，所述热塑性硫化弹性体组合物，包括原料及各原料重量份数如下：
在本发明的一些实施例中，所述热塑性弹性体为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、聚烯烃弹性体(POE)的混合物；所述氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)为重均分子量为20-60万。
在本发明的一些实施例中，所述热塑性弹性体为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、聚烯烃弹性体的重量份数为(0.5-7):1；所述的氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)的重均分子量为35-50万。
在本发明的一些实施例中，所述的交联体系包括交联剂和助交联剂；其中，所述的交联剂选自乙烯基三叔丁基过氧硅烷、甲基三叔丁基过氧硅烷、乙烯基甲基二叔丁基过氧硅烷中的一种或多种的混合物；所述的助交联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或多种的混合物；所述的填充剂选自滑石粉、重质碳酸钙、白碳黑、云母粉中一种或几种的混合物；所述包括润滑剂、防老剂、光稳定剂和颜料等。
第二方面，本发明提供一种所述热塑性硫化弹性体组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石蜡油加入到部分热塑性弹性体中，混合均匀，保温，得充油热塑性弹性体；
(2)将所述充油热塑性弹性体与剩余部分热塑性弹性体、热塑性塑料、交联体系、填充剂、助剂混合均匀，得混合物料；
(3)将所述混合物料于挤出机里挤出动态硫化，即得所述热塑性硫化弹性体组合物。
在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述混合均匀采用的方式为1000-1500rpm搅拌；所述保温的条件为：40-75℃、8-36h。
在本发明的一些实施例中，步骤(3)中，所述挤出机的温度为160-230℃，所述挤出机的螺杆转速为85-260rpm。在本发明的一些实施例中，所述制备方法还包括将所述热塑性硫化弹性体组合物制备成颗粒的步骤。
第三方面，本发明提供一种所述热塑性硫化弹性体组合物作为人造草坪填充材料的用途。
与现有技术相比，本申请具备如下有益效果：
本申请基于热塑性弹性体种类、热塑性塑料种类的选择，及对含有热塑性弹性体、热塑性塑料的组合物的组分的优化，热塑性弹性体和热塑性塑料在良好相容性的基础上形成物理交联互穿网络，使得热塑性硫化弹性体组合物具有良好的机械强度和弹性。
进一步地，本申请还对热塑性弹性体组成、热塑性弹性体中氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的分子量进行了优化，使得热塑性硫化弹性体组合物具有更好的强度和弹性。
另外，通过对交联体系的优化，使热塑性弹性体、热塑性塑料分子链间适度化学交联，降低了热塑性硫化弹性体的亲水性；同时实现将物理交联和化学交联的结合，使热塑性硫化弹性体呈现高回弹性、高强度的整体优势性能。
本申请的制备方法通过动态硫化技术，可再生加工性能好，生产工艺简单。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的热塑性硫化弹性体组合物及其制备方法、用途作进一步详细的说明。
以下各例提供的是热塑性硫化弹性体组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石蜡油加入到部分热塑性弹性体中，混合均匀，保温，得充油热塑性弹性体；
(2)将所述充油热塑性弹性体与剩余部分热塑性弹性体、热塑性塑料、交联体系、填充剂、助剂混合均匀，得混合物料；
(3)将所述混合物料于挤出机里挤出动态硫化，即得所述热塑性硫化弹性体组合物。该制备方法还包括将所述热塑性硫化弹性体组合物制备成颗粒的步骤。
该制备方法中，混合均匀采用的方式为1000-1500rpm搅拌，保温的条件为40-75℃、8-36h，所述挤出机的温度为160-230℃，挤出机螺杆转速为85-260rpm，上述参数均是基于热塑性复合弹性体原料种类及其含量的特性优选而来。
在上述制备方法实施过程中，可根据所选材料的种类进行适当调整，举例如下：
当热塑性弹性体为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、聚烯烃弹性体(POE)的混合物时，制备方法如实施例1；
当热塑性弹性体为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、聚烯烃弹性体(POE)中的一种时，制备方法如实施例6、实施例7。
实施例1
本实施例提供一种热塑性硫化弹性体组合物及其制备方法，热塑性硫化弹性体组合物的原料种类及各原料重量份数如表1所示，制备步骤如下：
将62份石蜡油加入到26.6份SEBS(热塑性弹性体)中，搅拌使其分散均匀，然后于50℃保温12h，使其充分充油，得充油SEBS；
将充油SEBS(热塑性弹性体)、8.8份POE(热塑性弹性体)、9.1份HIPS(热塑性塑料)、1.5份乙烯基三叔丁基过氧硅烷(交联剂)、1.5份乙烯基三乙氧基硅烷(助交联剂)、70.8份滑石粉(填充剂)、27.6份重质碳酸钙(填充剂)、3份常用填料加入高速混合机中，混合均匀得混合物料；
将所述混合物料加入挤出机里挤出动态硫化，其中挤出机的温度为210-230℃，挤出机螺杆转速为180rpm，得热塑性硫化弹性体组合物；
对所得热塑性硫化弹性体组合物的挤出线条通过切粒机造粒，制备颗粒。
本实施例获得的颗粒可用作人造草坪的填充颗粒。
实施例2
本实施例提供一种热塑性硫化弹性体组合物及其制备方法，热塑性硫化弹性体组合物的原料种类及各原料重量份数如表1所示，制备步骤如下：
将50份石蜡油加入到9.4份SEBS(热塑性弹性体)中，高速搅拌使其分散均匀，然后于50℃保温12h，使其充分充油得充油SEBS；
将充油SEBS(热塑性弹性体)、18.7份POE(热塑性弹性体)、6.4份PS(热塑性塑料)、1.7份甲基三叔丁基过氧硅烷(交联剂)、1.8份乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷(助交联剂)、41.6份白炭黑(填充剂)和53.2份重质碳酸钙(填充剂)、2.6份常用颜料加入高速混合机中，高速搅拌使其混合均匀得混合物料；
将所述混合物料加入挤出机里挤出动态硫化，其中挤出机的温度为200-220℃，挤出机螺杆转速为215rpm，得热塑性硫化弹性体组合物；
所得热塑性硫化弹性体组合物的挤出线条通过切粒机造粒，制备颗粒。
本实施例获得的颗粒可用作人造草坪的填充颗粒。
实施例3
本实施例提供一种热塑性硫化弹性体组合物及其制备方法，热塑性硫化弹性体组合物的原料种类及各原料重量份数如表1所示，制备步骤如下：
将35份石蜡油加入到17.5份SEBS(热塑性弹性体)中，搅拌使其分散均匀，然后于50℃保温12h，使其充分充油SEBS；
将充油SEBS(热塑性弹性体)、2.5份POE(热塑性弹性体)、2.8份PS(热塑性塑料)、1.8份乙烯基三叔丁基过氧硅烷(交联剂)、1.2份乙烯基三甲氧基硅烷(交联助剂)、63.0份云母粉(填充剂)、84.6份重质碳酸钙(填充剂)、1.5份常规颜料加入高速混合机中，搅拌使其混合均匀得混合物料；
将所述混合物料入挤出机里挤出动态硫化，其中挤出机的温度为195-220℃，挤出机螺杆转速为125rpm，得热塑性硫化弹性体组合物；
所述热塑性硫化弹性体组合物的挤出线条通过切粒机造粒，制备颗粒。
本实施例获得的颗粒可用作人造草坪的填充颗粒。
表1
实施例4
实施例4提供一种热塑性硫化弹性体组合物及其制备方法，热塑性硫化弹性体组合物的原料种类及各原料的重量份数如下表2所示，制备方法同实施例1。
实施例5
实施例5提供一种热塑性硫化弹性体组合物及其制备方法，热塑性硫化弹性体组合物的原料种类及各原料的重量份数如下表2所示，制备方法同实施例1。
实施例6
实施例6提供一种热塑性硫化弹性体组合物及其制备方法，热塑性硫化弹性体组合物的原料种类及各原料的重量份数如下表2所示，制备方法如下：
将35份石蜡油加入到20.0份SEBS(热塑性弹性体)中，搅拌使其分散均匀，然后于50℃保温12h，使其充分充油SEBS；
将充油SEBS(热塑性弹性体)、2.8份PS(热塑性塑料)、1.8份乙烯基三叔丁基过氧硅烷(交联剂)、1.2份乙烯基三甲氧基硅烷(交联助剂)、63.0份云母粉(填充剂)、84.6份重质碳酸钙(填充剂)、1.5份常规颜料加入高速混合机中，搅拌使其混合均匀得混合物料；
将所述混合物料入挤出机里挤出动态硫化，其中挤出机的温度为195-220℃，挤出机螺杆转速为95rpm，得热塑性硫化弹性体组合物；
所述热热塑性硫化弹性体组合物的挤出线条通过切粒机造粒，制备颗粒。
实施例7
实施例7提供一种热塑性硫化弹性体组合物及其制备方法，热塑性硫化弹性体组合物的原料种类及各原料的重量份数如下表2所示，制备方法如下：
将20.0份POE(热塑性弹性体)、2.8份PS(热塑性塑料)、1.8份乙烯基三叔丁基过氧硅烷(交联剂)、1.2份乙烯基三甲氧基硅烷(交联助剂)、63.0份云母粉(填充剂)、84.6份重质碳酸钙(填充剂)、1.5份常规颜料加入高速混合机中，搅拌使其混合均匀得混合物料；
将所述混合物料入挤出机里挤出动态硫化，其中挤出机的温度为195-220℃，挤出机螺杆转速为250rpm，得热塑性硫化弹性体组合物；
所述热塑性硫化弹性体组合物的挤出线条通过切粒机造粒，制备颗粒。
表2
本实施例获得的颗粒可用作人造草坪的填充颗粒。
对比例1
对比例1是实施例1的对比例，提供了一种热塑性交联弹性体及其制备方法，原料种类及各原料重量份数如表3所示，制备步骤如下：
将62.0份石蜡油加入到26.6份星型SEBS(热塑性弹性体)中，搅拌使其分散均匀，然后于50℃保温12h，使其充分充油，得充油SEBS；
将充油SEBS(热塑性弹性体)、8.8份POE(热塑性弹性体)、9.1份HIPS(热塑性塑料)、1.5份乙烯基三叔丁基过氧硅烷(交联剂)、1.5份乙烯基三乙氧基硅烷(助交联剂)、70.8份滑石粉(填充剂)、27.6份重质碳酸钙(填充剂)、3.0份常用燃料加入高速混合机中，混合均匀得混合物料；
将所述混合物料加入挤出机里挤出动态硫化，其中挤出机的温度为210-230℃，挤出机螺杆转速为180rpm，得热塑性硫化弹性体组合物；
对所得热塑性硫化弹性体组合物的挤出线条通过切粒机造粒，制备颗粒。
本实施例获得的颗粒可用作人造草坪的填充颗粒。
对比例2
对比例2是实施例1的对比例，提供了一种热塑性交联弹性体及其制备方法，原料种类及各原料重量份数如表3所示，制备步骤如下：
将62.0份石蜡油加入到26.6份SEBS(热塑性弹性体，重均分子量15万)中，搅拌使其分散均匀，然后于50℃保温12h，使其充分充油，得充油SEBS；
将充油SEBS(热塑性弹性体)、8.8份POE(热塑性弹性体)、9.1份HIPS(热塑性塑料)、1.5份乙烯基三叔丁基过氧硅烷(交联剂)、1.5份乙烯基三乙氧基硅烷(助交联剂)、70.8份滑石粉(填充剂)、27.6份重质碳酸钙(填充剂)、3.0份常用燃料加入高速混合机中，混合均匀得混合物料；
将所述混合物料加入挤出机里挤出动态硫化，其中挤出机的温度为210-230℃，挤出机螺杆转速为180rpm，得热塑性硫化弹性体组合物；
对所得热塑性硫化弹性体组合物的挤出线条通过切粒机造粒，制备颗粒。
本实施例获得的颗粒可用作人造草坪的填充颗粒。
对比例3
对比例3是实施例1的对比例，提供了一种热塑性交联弹性体及其制备方法，原料种类及各原料重量份数如表3所示，制备步骤如下：
将62.0份石蜡油加入到26.6份SEBS(热塑性弹性体)中，搅拌使其分散均匀，然后于50℃保温12h，使其充分充油，得充油SEBS；
将充油SEBS(热塑性弹性体)、8.8份聚丙烯、9.1份HIPS(热塑性塑料)、1.5份乙烯基三叔丁基过氧硅烷(交联剂)、1.5份乙烯基三乙氧基硅烷(助交联剂)、70.8份滑石粉(填充剂)、27.6份重质碳酸钙(填充剂)、3份常用燃料加入高速混合机中，混合均匀得混合物料；
将所述混合物料加入挤出机里挤出动态硫化，其中挤出机的温度为210-230℃，挤出机螺杆转速为180rpm，得热塑性硫化弹性体组合物；
对所得热塑性硫化弹性体组合物的挤出线条通过切粒机造粒，制备颗粒。
本实施例获得的颗粒可用作人造草坪的填充颗粒。
对比例4
对比例4是实施例1的对比例，提供了一种热塑性交联弹性体及其制备方法，原料种类及各原料重量份数如表3所示，制备步骤如下：
将62.0份石蜡油加入到26.6份SEBS(热塑性弹性体)中，搅拌使其分散均匀，然后于50℃保温12h，使其充分充油，得充油SEBS；
将充油SEBS(热塑性弹性体)、8.8份POE(热塑性弹性体)、9.1份HIPS(热塑性塑料)、1.5份过氧二异丙苯和1.5份三烯丙基异氰脲酸酯(交联体系)、70.8份滑石粉(填充剂)、27.6份重质碳酸钙(填充剂)、3份常用燃料加入高速混合机中，混合均匀得混合物料；
将所述混合物料加入挤出机里挤出动态硫化，其中挤出机的温度为210-230℃，挤出机螺杆转速为180rpm，得热塑性硫化弹性体组合物；
对所得热塑性硫化弹性体组合物的挤出线条通过切粒机造粒，制备颗粒。
本实施例获得的颗粒可用作人造草坪的填充颗粒。
表3
性能测试
对上述各例提供的产品进行性能检测，检测方法如下：
拉伸强度：检测方法参照ISO37；
伸长率：检测方法参照ISO37；
撕裂强度：检测方法参照ISO34-1；
邵氏硬度：检测方法参照IS07619；
撕裂强度：检测方法参照ASTM D-1922；
拉伸永久变形：检测方法参照IS02285。
性能测试结果如下表4：
表4
通过上表4的结果分析可知：
实施例4-7提供的热塑性硫化弹性体组合物具备较好的机械强度和弹性。实施例1-3相对于实施例4-7属于本发明的优选例，不仅包括对热塑性弹性体组成、热塑性弹性体中氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的分子量进行了优选，还包括对其他原料组分的含量进行了优选，结果显示，优选例进一步取得了更好效果。
对比例1-4是实施例1的对比例，其中，对比例1与实施例1是对比之处在于对比例1采用的SEBS为星型，对比例2与实施例1的对比之处仅在于SEBS的重均分子量较小，对比例3与实施例1的对比之处仅在于热塑性塑料采用聚丙烯塑料，测试结果显示，对比例在拉伸强度、伸长率、硬度、撕裂强度、拉伸永久变形方面均差于实施例。对比例4与实施例1的对比之处仅在于采用了过氧二异丙苯和三烯丙基异氰脲酸酯组成的交联体系，结果显示，其接触角受到了负面影响。
综上各例可知：热塑性弹性体和热塑性塑料的组合使所得复合弹性体的两相链段相容性较好，热塑性弹性体和热塑性塑料均为多相链段共聚物，软质链段相赋予颗粒良好的弹性，硬质链段相作为交联点，有利于改善热塑性弹性体和热塑性塑料的相容性；用硅氧烷类过氧物和烯类化合物为交联剂和助交联剂，改善填充颗粒表面的亲水和疏水性能，降低人造草坪用填充颗料的亲水性。上述实施例制备方法中，通过动态硫化技术，使热塑性弹性体、热塑性塑料分子链间适度化学交联，实现将物理交联和化学交联结合，提高填充颗粒的力学性能和回弹性，具有热塑性加工特点，生产工艺简单。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种热塑性硫化弹性体组合物，其特征在于，包括原料及各原料重量份数如下：
所述的热塑性弹性体为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、聚烯烃弹性体中一种或两种的混合物；其中，所述氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物为线型结构；
所述的热塑性塑料为聚苯乙烯。
2.根据权利要求1所述的热塑性硫化弹性体组合物，其特征在于，包括原料及各原料重量份数如下：
3.根据权利要求1所述的热塑性硫化弹性体组合物，其特征在于，所述热塑性弹性体为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、聚烯烃弹性体的混合物；所述氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物重均分子量为20-60万。
4.根据权利要求3所述的热塑性硫化弹性体组合物，其特征在于，所述热塑性弹性体为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和聚烯烃弹性体的重量份数比为(0.5-7):1；所述的氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的重均分子量为35-50万。
5.根据权利要求1至4任一项所述的热塑性硫化弹性体组合物，其特征在于，所述的交联体系包括交联剂和助交联剂；其中，所述的交联剂选自乙烯基三叔丁基过氧硅烷、甲基三叔丁基过氧硅烷、乙烯基甲基二叔丁基过氧硅烷中的一种或多种的混合物；所述的助交联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或多种的混合物；所述的填充剂选自滑石粉、重质碳酸钙、白碳黑、云母粉中一种或几种的混合物；所述助剂包括润滑剂、防老剂、光稳定剂、颜料。
6.一种根据权利要求1至5任一项所述的热塑性硫化弹性体组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将石蜡油加入到部分热塑性弹性体中，混合均匀，保温，得充油热塑性弹性体；
(2)将所述充油热塑性弹性体与剩余部分热塑性弹性体、热塑性塑料、交联体系、填充剂、助剂混合均匀，得混合物料；
(3)将所述混合物料于挤出机里挤出动态硫化，即得所述热塑性硫化弹性体组合物。
7.根据权利要求6所述的热塑性硫化弹性体组合物的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合均匀采用的方式为1000-1500rpm条件下搅拌；所述保温的条件为40-75℃、8-36h。
8.根据权利要求6所述的热塑性硫化弹性体组合物的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述挤出机的温度为160-230℃，所述挤出机的螺杆转速为85-260rpm。
9.根据权利要求6所述的热塑性硫化弹性体组合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括将所述热塑性硫化弹性体组合物制备成颗粒的步骤。
10.一种根据权利要求1至5任一项所述的热塑性硫化弹性体组合物作为人造草坪填充材料的用途。
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