CN107778752A - 一种抗老化改性sbs/煤粉复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料及其制备方法。所述复合材料由SBS、煤粉及助剂制成，其制备步骤为：煤粉经硅烷偶联剂处理后用高速混合机将其与SBS及助剂混合，然后放入双螺杆挤出机中进行熔融挤出，冷却切粒，即得所述复合材料。本发明制备的复合材料具有较高的拉伸强度和断裂伸长率、硬度高、热稳定性好，且具有优异的抗老化性能：拉伸强度和断裂伸长率最高可比纯SBS提高61.0%和33.0%，硬度比纯SBS提升了20.6%，导热系数达到了0.146 W/m·K，老化24h后其拉伸强度和断裂伸长率保持率最高分别为95.5%和99.2%。本发明使用煤粉改性SBS，在改善SBS各种性能的同时大大降低了生产成本，具有较好的经济效益，市场前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于SBS改性技术领域，具体涉及一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料及其制备方法。
背景技术
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)在常温下拥有优秀的力学性能和加工性能，具有橡胶的高弹性和热塑性塑料可多次塑化成型的特点，被广泛应用于橡胶制品(鞋底、皮筋等)、胶粘剂等领域。但其存在着热稳定性差、抗老化性能差等缺点。当温度升高时，其硬度会出现较为明显的下降；空气中的光、氧、热会使其制品丧失光泽、表面出现龟裂，其物理机械性能如拉伸强度、断裂伸长率等也会大幅降低，从而使其丧失使用价值，限制了其在橡胶等领域的应用。因此，对SBS改性，提高其热稳定性能和抗老化性能是亟待解决的问题。
煤是一种天然形成的有机矿石，由芳香族碳-碳键、醚键等形成的以芳香结构为主的大分子结构，可提高聚合物的力学性能和热性能，拥有的羧基、羟基等高活性官能团可改善其与聚合物的相容性，这些特性使煤可应用于改性聚合物领域。
发明内容
为解决SBS热稳定性差、抗老化性能差的技术问题，本发明提供了一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料及其制备方法。本发明制备的复合材料具有较高的拉伸强度和断裂伸长率、硬度高、热稳定性好，且具有优异的抗老化性能。本发明使用煤粉改性SBS，在改善SBS各种性能的同时大大降低了生产成本，具有较好的经济效益，市场前景广阔。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料，由以下质量份原料制成：SBS 100份，煤粉5～25份，助剂5～15份，硬脂酸锌2份。
优选的，所述助剂包括抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂，且三者的质量比为2∶2∶1。
优选的，所述煤粉是经硅烷偶联剂表面处理的。
一种上述抗老化改性SBS/煤粉复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用硅烷偶联剂对煤粉表面处理；
(2)按质量份称取SBS、表面处理的煤粉、助剂、硬脂酸锌，在高速混合机中进行均匀混合，加入顺序依次为表面处理的煤粉、SBS、助剂、硬脂酸锌，混合10～20分钟，得到混合均匀的原料；
(3)取步骤(2)中所得混合原料放入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、冷却切粒，即得改性SBS/煤粉复合材料。
优选的，所述步骤(1)中煤粉表面处理的过程为：研磨原煤并筛选粒径≤100um的煤粉；将煤粉加入到硅烷偶联剂、乙醇、水的混合溶液中，混合均匀后恒温水浴，并不断搅拌，搅拌20～30min后抽滤，将抽滤后的固体干燥，即得表面处理的煤粉。
优选的，所述硅烷偶联剂、乙醇、水的质量比为5∶18∶2，所述煤粉的用量为硅烷偶联剂的1～1.5倍。
优选的，所述恒温水浴的温度为65～70℃。
优选的，所述双螺杆挤出机各部位的温度为：机头180℃、一区175℃、二区180℃、三区185℃、四区185℃、五区185℃；其中螺杆转速为14.5转/分，喂料转速为16.5转/分。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明制备出的复合材料具有较高的拉伸强度和断裂伸长率、硬度高、热稳定性好。拉伸强度和断裂伸长率最高可比纯SBS提高了61.0％和33.0％，硬度比纯SBS提升了20.6％，导热系数达到了0.146W/m·K。
(2)本发明采用硅烷偶联剂KH-570处理后的煤粉改性SBS，同时添加了其它助剂，该配方能够赋予SBS复合材料长效的抗紫外光老化性能，老化24h后其拉伸强度和断裂伸长率保持率最高分别为95.5％和99.2％。
(3)本发明使用煤粉改性SBS，在改善SBS各种性能的同时大大降低了生产成本，具有较好的经济效益，市场前景广阔。
具体实施方式
本发明提供一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料，具体是由以下质量份原料制成的：SBS 100份，煤粉5～25份，助剂5～15份，硬脂酸锌2份，其中助剂包括抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂。作为本发明的一种实施方式，所述助剂中抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂的质量比为2∶1∶1。
本发明中所用煤粉为煤矿浮选无烟煤，粉状。
作为本发明的一种实施方式，所述抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂采用抗氧剂1010、紫外吸收剂UV-327、光稳定剂UV-770。下述实施例中采用抗氧剂1010、紫外吸收剂UV-327、光稳定剂UV-770作为助剂，但是并不限于这些型号的产品，市售的其他型号的抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂也可以在本发明中作为助剂，也属于本发明的保护范围。
作为本发明的一种实施方式，所述煤粉是经过硅烷偶联剂表面处理的，例如可以采用硅烷偶联剂KH-570处理，也可以采用其他型号的硅烷偶联剂进行表面处理，通过硅烷偶联剂将SBS和煤粉界面形成键合，促进界面融合，进而提高所制备的SBS/煤粉复合材料的性能。进一步，以硅烷偶联剂KH-570为例，煤粉经硅烷偶联剂表面处理的过程为：1)将原煤(煤矿上的浮选无烟煤)进行研磨筛选，粒径控制在100um以下，备用；2)将硅烷偶联剂KH-570、乙醇和水按质量比5∶18∶2加入到三口烧瓶中，均匀混合，然后加入筛选好的煤粉进行恒温水浴，温度控制在65～70℃，并不断搅拌，20～30分钟后抽滤，然后将滤渣放入130℃的干燥箱中干燥24小时。其中，所述煤粉的量为硅烷偶联剂KH-570的1～1.5倍，下述实施例中所用的煤粉在表面处理时用量为硅烷偶联剂的1倍。
一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用硅烷偶联剂对煤粉表面处理；
(2)取SBS、表面处理的煤粉、助剂、硬脂酸锌，在高速混合机中进行均匀混合，加入顺序依次为表面处理的煤粉、SBS、助剂、硬脂酸锌，混合10～20分钟，得到混合均匀的原料；
(3)取步骤(2)中所得混合原料放入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、冷却切粒，即得改性SBS/煤粉复合材料。
作为本发明的一种实施方式，所述双螺杆挤出机各部位的温度为：机头180℃、一区175℃、二区180℃、三区185℃、四区185℃、五区185℃；其中螺杆转速为14.5转/分，喂料转速为16.5转/分。
本发明使用硅烷偶联剂处理后的煤粉改性SBS，同时添加了抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂助剂，采用熔融共混的方法，制备了热稳定性能和抗老化性能优良的复合材料。
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
以下实施例中煤粉采用的是河南焦作某矿浮选无烟煤，经硅烷偶联剂处理。
实施例1
一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料，其配方组成为：SBS 100份，煤粉5份，抗氧剂1010、紫外吸收剂UV-327、光稳定剂UV-770助剂分别为2份、2份、1份，硬脂酸锌2份。
实施例2
一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料，其配方组成为：SBS 100份，煤粉10份，抗氧剂1010、紫外吸收剂UV-327、光稳定剂UV-770助剂分别为2份、2份、1份，硬脂酸锌2份。
实施例3
一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料，其配方组成为：SBS 100份，煤粉15份，抗氧剂1010、紫外吸收剂UV-327、光稳定剂UV-770助剂分别为2份、2份、1份，硬脂酸锌2份。
实施例4
一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料，其配方组成为：SBS 100份，煤粉20份，抗氧剂1010、紫外吸收剂UV-327、光稳定剂UV-770助剂分别为2份、2份、1份，硬脂酸锌2份。
实施例5
一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料，其配方组成为：SBS 100份，煤粉25份，抗氧剂1010、紫外吸收剂UV-327、光稳定剂UV-770助剂分别为2份、2份、1份，硬脂酸锌2份。
对实施例1～5制得的产品进行力学性能、硬度、导热系数测试，各性能测试数据如下表1所示。
表1纯SBS与实施例1～5的产品测试结果
| 参数 | 纯SBS | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 拉伸强度(MPa) | 1.77 | 1.79 | 2.32 | 2.50 | 2.85 | 2.44 |
| 断裂伸长率(％) | 710 | 926 | 934.8 | 949.2 | 950.3 | 811.4 |
| 邵氏硬度 | 67 | 63 | 70.5 | 72.5 | 74.2 | 80.8 |
| 导热系数(W/m·K) | 0.133 | 0.138 | 0.141 | 0.142 | 0.143 | 0.146 |
由表1数据可以看出，与未添加煤粉的纯SBS相比，本发明制备的复合材料的拉伸性能、断裂伸长率、邵氏硬度和导热系数等达到各自最大值时均有了明显的提高，说明添加煤粉后各性能均有了很大程度的改善。
实施例6
一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料，其配方组成为实施例2中的配方。
1)通过本实施例的技术方案制备出的复合材料的性能如下：
拉伸强度2.32Mpa；断裂伸长率934.8％；
2)人工加速老化24h后(氙灯老化测试箱一台：采用GB9344-88及GB/T9276-96进行实验)，复合材料的性能如下：
拉伸强度1.92MPa，保持率82.6％；
断裂伸长率925.6％，保持率99.0％。
实施例7
一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料，其配方组成为：SBS 100份，煤粉10份，抗氧剂1010、紫外吸收剂UV-327、光稳定剂UV-770助剂分别为4份、4份、2份，硬脂酸锌2份。
1)通过本实施例技术方案制备出的复合材料的性能如下：
拉伸强度2.37Mpa；断裂伸长率934.7％；
2)人工加速老化24h后(氙灯老化测试箱一台：采用GB9344-88及GB/T9276-96进行实验)，复合材料的性能如下：
拉伸强度2.26MPa，保持率95.4％；
断裂伸长率915.3％，保持率97.9％。
实施例8
一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料，其配方组成为：SBS 100份，煤粉10份，抗氧剂1010、紫外吸收剂UV-327、光稳定剂UV-770助剂分别为6份、6份、3份，硬脂酸锌2份。
通过本实施例技术方案制备出的复合材料的性能如下：
1)拉伸强度2.44Mpa；断裂伸长率933.8％；
2)人工加速老化24h后(氙灯老化测试箱一台：采用GB9344-88及GB/T9276-96进行实验)，复合材料的性能如下：
拉伸强度2.33MPa，保持率95.5％；
断裂伸长率926.7％，保持率99.2％。
由实施例6～8可知，通过添加煤粉和其它助剂，老化24h后复合材料的拉伸强度和断裂伸长率的保持率均达到了95％以上，最高分别达到了95.5％和99.2％，说明本发明制备的复合材料具有较好的抗老化性能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1. 一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料，其特征在于，由以下质量份原料制成：SBS 100份，煤粉5~25份，助剂5~15份，硬脂酸锌2份。
2.根据权利要求1所述的一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料，其特征在于，所述助剂包括抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂，且三者的质量比为2∶2∶1。
3.根据权利要求1所述的一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料，其特征在于，所述煤粉是经硅烷偶联剂表面处理的。
4.一种根据权利要求1~3任一项所述的抗老化改性SBS/煤粉复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）采用硅烷偶联剂对煤粉表面处理；
（2）按质量份称取SBS、表面处理的煤粉、助剂、硬脂酸锌，在高速混合机中进行均匀混合，加入顺序依次为表面处理的煤粉、SBS、助剂、硬脂酸锌，混合10~20分钟，得到混合均匀的原料；
（3）取步骤（2）中所得混合原料放入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、冷却切粒，即得改性SBS/煤粉复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料，其特征在于，所述步骤（1）中煤粉表面处理的过程为：研磨原煤并筛选粒径≤100um的煤粉；将煤粉加入到硅烷偶联剂、乙醇、水的混合溶液中，混合均匀后恒温水浴，并不断搅拌，搅拌20~30min后抽滤，将抽滤后的固体干燥，即得表面处理的煤粉。
6.根据权利要求5所述的一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂、乙醇、水的质量比为5∶18∶2，所述煤粉的用量为硅烷偶联剂的1~1.5倍。
7.根据权利要求5所述的一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料的制备方法，其特征在于，所述恒温水浴的温度为65~70℃。
8.根据权利要求4所述的一种抗老化改性SBS/煤粉复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机各部位的温度为：机头180℃、一区175℃、二区180℃、三区185℃、四区185℃、五区185℃；其中螺杆转速为14.5转/分，喂料转速为16.5转/分。
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