CN111410787A

CN111410787A - 一种绿色环保高弹性抗静电阻燃人造草坪填充颗粒及制备方法

Info

Publication number: CN111410787A
Application number: CN202010318780.XA
Authority: CN
Inventors: 郑玉婴; 曹爱萍; 于文泰
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2020-04-21
Publication date: 2020-07-14
Anticipated expiration: 2040-04-21
Also published as: CN111410787B

Abstract

本发明公开了一种绿色环保高弹性抗静电阻燃人造草坪填充颗粒及制备方法，其所用原料按重量份数计为：橡塑弹性体200份、聚乳酸10‑30份、白油1‑2份、复合膨胀型抗静电阻燃剂10‑20份、蒙脱土50‑70份、蛭石粉15‑25份、偶联剂2‑4份、硬脂酸锌1‑2份。本发明制得的人造草坪填充颗粒材料具有绿色环保、高弹性、抗静电、阻燃效果好、拉伸强度高等特性，具有广阔的应用前景和市场需求。

Description

一种绿色环保高弹性抗静电阻燃人造草坪填充颗粒及制备方法

技术领域

本发明属于人造草坪填充物技术领域，具体涉及一种以橡塑复合材料为主体配合膨胀型复合阻燃剂和多种无机填料制备高弹性抗静电阻燃人造草坪填充颗粒的方法。

背景技术

目前，国内天然草坪由于经费投入大、维护难、受季节影响大等缺点逐渐被人造草坪所取代。人造草坪填充颗粒在整个人造草坪系统中起到非常重要的作用，也能起到固定草丝和增加表面弹性的作用，为运动员在运动过程减少受伤的几率。

我国于2006年发布了《人工材料体育场地使用要求及检验方法——第３部分：足球场地人造草面层》的国家标准。鞋与场地交互面产生的牵引力是国内外人造草坪评估中重要的检测方面，也被认为是影响运动员动作形式、运动表现和损伤的重要因素。而人造草坪的类型、密度，填充物的类型、大小、深度和密度等都可能会造成交互面牵引力效果的改变。因此，人造草坪填充物的类型也非常重要。

我国大多数体育场、公园，特别是校园内的足球场都已经采用人造草坪。这些人造草坪，除了是足球爱好者的训练场所，还常常被用来组织演唱会、团建活动等。使用率是非常高的，使用人群也是非常广的。因此，人造草坪填充物的安全环保尤为重要，而对人造草坪填充物的功能化改性势在必行。

目前，人造草坪填充颗粒主要有三类：1）废旧轮胎填充颗粒；2）硫化的EPDM填充颗粒；3）热塑性弹性体填充颗粒。废旧轮胎填充颗粒和硫化的EPDM填充颗粒均不够环保，不论是使用寿命还是安全性都不能满足现代人对美好生活的需求，因此，热塑性弹性体填充颗粒应运而生。现在市场上主流的热塑性弹性体主要是SSBR、EPDM、EVA、PE-MAH、TPE弹性颗粒等，其中最常见的是SSBR和TPE颗粒，单独使用其回弹性较低，且阻燃性能极差。因此需要寻找一种用于人造草坪填充颗粒的新型橡塑复合材料填充颗粒，以保证绿色环保、热塑性、可回收前提下，进一步提高草坪填充物的抗静电阻燃性能和力学性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有橡塑材料综合性能较低且不具有抗静电阻燃性的问题，提供一种绿色环保高弹性抗静电且能够阻燃的人造草坪颗粒，其通过控制橡塑材料和抗静电阻燃剂含量以及其他无机填料的比例，使得人造草坪填充颗粒材料的性能得以改变，获得更为大众所需求的新型人造草坪填充颗粒。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种绿色环保高弹性抗静电阻燃人造草坪填充颗粒，其所用原料按重量份数计为：橡塑弹性体200份、聚乳酸10-30份、白油1-2份、复合膨胀型抗静电阻燃剂10-20份、蒙脱土50-70份、蛭石粉15-25份、偶联剂2-4份、硬脂酸锌1-2份。

所述橡塑弹性体为三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐、乙烯-辛烯共聚物、聚丙烯中的两种或两种以上共混物。优选地，所述橡塑弹性体采用三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐按质量比3:5:2共混制成。

所述聚乳酸也称为聚丙交酯，其原料来源充分而且可以再生，是理想的绿色高分子材料。且其热稳定性好，加工温度可为170～230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工（如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑），还具有一定的抗菌性、阻燃性和抗紫外性。同时，本发明加入的聚乳酸、白油可进一步保障复合材料的力学性能。

所述复合膨胀型抗静电阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐、氰尿酸三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、焦磷酸三聚氰胺、氧化石墨烯、膨胀石墨、季戊四醇、纳米氧化铝中的3种或3种以上的共混物。三聚氰胺磷酸盐是一种常见的膨胀型阻燃剂，具有优异的阻燃效果，常用在热塑性弹性体中。优选地，所述复合膨胀型抗静电阻燃剂采用三聚氰胺磷酸盐、氧化石墨烯、纳米氧化铝按质量比2:1:2共混制成。本发明在尽可能减少添加型阻燃剂（三聚氰胺盐类）用量的条件下，通过将有抗静电作用的纳米氧化铝和又能阻燃又能抗静电的氧化石墨烯复合膨胀型抗静电阻燃剂，并使其在复合橡塑材料中有效的发挥其作用。

其中所述氧化石墨烯采用改性Hummers法制得，其制备方法如下：

a）取23 ml质量浓度为98 %的浓硫酸，加入1 g石墨后放入水浴锅中搅拌；

b）待上述溶液搅拌均匀后，在2 h内少量多次加入3 g高锰酸钾；

c）继续搅拌2 h，然后升温至98 ℃，再加入44 ml去离子水；

d）5 min后，缓慢滴加质量浓度为5%的过氧化氢溶液，直至样品不再冒气泡；

e）样品不冒气泡5 min后，加入20 ml质量浓度为5%的HCl溶液，反应5 min后停止搅拌；

f）将样品均匀分散到离心管中，加入足量去离子水，7000r/min条件下离心至溶液pH为7；

g）将收集的沉淀倒入铁盘中，-60℃冻干6 h，取出马上抽真空，直至样品完全干燥。

所述蒙脱土为一种硅酸盐的天然矿物，具有很强的吸附能力，良好的分散性能，广泛应用于高分子材料行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂，可提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等，从而起到增强聚合物综合物理性能的作用，同时可改善物料加工性能。

所述蛭石粉是一种水合物，呈块状、片状和粒状，是黑云母等天然矿物风化蚀变的产物，质轻，不易腐烂，其目数为325目。

所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂，其能很好的将有机物和无机物偶联起来，起到增强无机和有机物界面性能的效果。

所述绿色环保高弹性抗静电阻燃人造草坪填充颗粒的制备方法步骤如下：

1）将橡塑弹性体与聚乳酸混合均匀，在80℃烘箱中烘干4 h，然后加入白油，60℃机械搅拌充油至干燥；

2）将步骤1）所得橡塑混合材料与复合膨胀型抗静电阻燃剂在高速搅拌机中混合均匀后，再加入蒙脱土、蛭石粉、硬脂酸锌，同时，一边搅拌一边滴加偶联剂；

3）混合后的物料在双螺杆挤出机中以160-185℃、30-60 r / min的条件挤出，过水冷却切粒，得到所述绿色环保高弹性抗静电阻燃人造草坪填充颗粒。

本发明的有益效果在于：

1）与传统以废旧轮胎和硫化的EPDM为原料相比，本发明人造草坪填充颗粒的配方绿色环保，无气味，用后可回收利用；

2）本发明拓宽了橡塑材料在人造草坪填充材料领域的应用；

3）本发明在保证填充颗粒性能的前提下，配合低价的无机填料，不仅可以减少了主料的用量，降低成本，且加入无机填料还可增加产品的阻燃效果；

4）本发明通过控制配方中聚乳酸和复合膨胀型抗静电阻燃剂的配比用量，可在保障填充颗粒力学性能的前提下，使其具有优异的抗静电和阻燃性能。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1：

1）将三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐按质量比3:5:2共混制成橡塑弹性体后，取200g与10g聚乳酸混合均匀，在80℃烘箱烘干4 h，然后加入2g白油，60℃机械搅拌充油至干燥；

2）将三聚氰胺磷酸盐、氧化石墨烯、纳米氧化铝按质量比2:1:2共混制成复合膨胀型抗静电阻燃剂，然后取10g与上述橡塑混合材料在高速搅拌机中混合均匀后，再加入蒙脱土60g、蛭石粉20g、硬脂酸锌2g，同时，一边搅拌一边滴加2g硅烷偶联剂；

3）混合后的物料在双螺杆挤出机中以160-185℃、30-60 r/min的条件挤出，过水冷却切粒，得到高弹性抗静电阻燃人造草坪填充颗粒；

4）将所得人造草坪填充颗粒在80℃烘箱烘干4 h，再放入165-180℃的注塑机中注塑成型后进行相关性能检测。

实施例2：

2）将三聚氰胺磷酸盐、氧化石墨烯、纳米氧化铝按质量比2:1:2共混制成复合膨胀型抗静电阻燃剂，然后取15g与上述橡塑混合材料在高速搅拌机中混合均匀后，再加入蒙脱土60g、蛭石粉20g、硬脂酸锌2g，同时，一边搅拌一边滴加2g硅烷偶联剂；

实施例3：

2）将三聚氰胺磷酸盐、氧化石墨烯、纳米氧化铝按质量比2:1:2共混制成复合膨胀型抗静电阻燃剂，然后取20g与上述橡塑混合材料在高速搅拌机中混合均匀后，再加入蒙脱土60g、蛭石粉20g、硬脂酸锌2g，同时，一边搅拌一边滴加2g硅烷偶联剂；

实施例4：

1）将三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐按质量比3:5:2共混制成橡塑弹性体后，取200g与20g聚乳酸混合均匀，在80℃烘箱烘干4 h，然后加入2g白油，60℃机械搅拌充油至干燥；

实施例5：

实施例6：

实施例7：

1）将三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐按质量比3:5:2共混制成橡塑弹性体后，取200g与30g聚乳酸混合均匀，在80℃烘箱烘干4 h，然后加入2g白油，60℃机械搅拌充油至干燥；

实施例8：

实施例9：

对比例1：

1）将三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐按质量比3:5:2共混制成橡塑弹性体后，取200g在80℃烘箱烘干4 h，然后加入2g白油，60℃机械搅拌充油至干燥；

2）将上述橡塑混合材料与蒙脱土60g、蛭石粉20g、硬脂酸锌2g机械搅拌混合均匀，同时，一边搅拌一边滴加2g硅烷偶联剂；

3）混合后的物料在双螺杆挤出机中以160-185℃、30-60 r/min的条件挤出，过水冷却切粒，得到人造草坪填充颗粒；

对比例2：

对比例3：

1）将三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐按质量比3:5:2共混制成橡塑弹性体后，取200g与40g聚乳酸混合均匀，在80℃烘箱烘干4 h，然后加入2g白油，60℃机械搅拌充油至干燥；

对比例4：

1）将三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐按质量比3:5:2共混制成橡塑弹性体后，取200g与50g聚乳酸混合均匀，在80℃烘箱烘干4 h，然后加入2g白油，60℃机械搅拌充油至干燥；

对比例5：

对比例6：

对比例7：

分别根据GB/T 2406－2009、GB/T 2408－2008、GB/T1040.2-2006、GB/T1410-2006对材料的极限氧指数、垂直燃烧、拉伸强度、断裂伸长率以及电阻率进行测试。测试结果见表1。

表1 高弹性阻燃人造草坪填充颗粒材料测试结果

从表1中可以看出：

1）在其他条件不变的情况下，随着聚乳酸添加量的增加，拉伸强度在增加（实施例1、实施例4、实施例7对比，实施例2、实施例5、实施例8对比，实施例3、实施例6、实施例9对比）；

2）在相同聚乳酸添加量的条件下，随着复合膨胀型抗静电阻燃剂添加量的增加（实施例1-3、实施例4-6、实施例7-9），阻燃性能提升；

3）未添加复合膨胀型抗静电阻燃剂的对比例1-4的1g体积电阻率均为11Ω•cm，不导电，而添加了复合膨胀型抗静电阻燃剂的实施例根据添加量不同有不同程度的抗静电效果，说明抗静电阻燃剂对复合材料具有抗静电阻燃的效果。

4）与未添加聚乳酸及复合膨胀型抗静电阻燃剂的对比例1相比，单独添加复合膨胀型抗静电阻燃剂虽然能使材料具有更好的阻燃、抗静电性能，但材料的力学性能明显降低，而通过将聚乳酸与复合膨胀型抗静电阻燃剂配合使用，不仅可明显提高含复合膨胀型抗静电阻燃剂的材料的力学性能，还可减少聚乳酸的用量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种绿色环保高弹性抗静电阻燃人造草坪填充颗粒，其特征在于：其所用原料按重量份数计为：橡塑弹性体200份、聚乳酸10-30份、白油1-2份、复合膨胀型抗静电阻燃剂10-20份、蒙脱土50-70份、蛭石粉15-25份、偶联剂2-4份、硬脂酸锌1-2份。

2.如权利要求1所述的绿色环保高弹性抗静电阻燃人造草坪填充颗粒，其特征在于：所述橡塑弹性体为三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐、乙烯-辛烯共聚物、聚丙烯中的两种或两种以上共混物。

3.如权利要求1所述的绿色环保高弹性抗静电阻燃人造草坪填充颗粒，其特征在于：所述复合膨胀型抗静电阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐、氰尿酸三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、焦磷酸三聚氰胺、氧化石墨烯、膨胀石墨、季戊四醇、纳米氧化铝中的3种或3种以上的共混物。

4.如权利要求1所述的绿色环保高弹性抗静电阻燃人造草坪填充颗粒，其特征在于：所述蛭石粉为325目。

5.如权利要求1所述的绿色环保高弹性抗静电阻燃人造草坪填充颗粒，其特征在于：所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。

6.一种如权利要求1所述的绿色环保高弹性抗静电阻燃人造草坪填充颗粒的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

1）将橡塑弹性体与聚乳酸混合均匀，80℃烘干4 h，然后加入白油，60℃机械搅拌充油至干燥；

3）混合后的物料在双螺杆挤出机中挤出，过水冷却切粒，得到所述绿色环保高弹性抗静电阻燃人造草坪填充颗粒。

7. 如权利要求6所述的绿色环保高弹性抗静电阻燃人造草坪填充颗粒的制备方法，其特征在于：步骤3）挤出时，双螺杆挤出机的温度为160-185℃，转速为30-60 r / min。