CN112341746A - 一种热塑性弹性体复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种热塑性弹性体复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请属于热塑性弹性体技术领域。本申请提供了一种热塑性弹性体复合材料及其制备方法，在SEBS热塑性弹性体的基础上，通过加入聚烯烃类弹性体、相容剂、无定型聚合物、一维纳米材料、微晶纤维素以及抗氧化剂，在保持SEBS热塑性弹性体原有性能的同时，增加SEBS热塑性弹性体的断裂伸长率和拉伸强度性能，提高韧性；同时使SEBS热塑性弹性体基质体系具有良好的分散性，解决了现有SEBS基热塑性弹性体材料制备过程中易团聚的技术问题，降低SEBS热塑性弹性体的制备难度，便于大规模应用。本申请的制备方法利于各组分均匀复合，成本低廉且操作简便。

Description

一种热塑性弹性体复合材料及其制备方法
技术领域
本申请属于热塑性弹性体技术领域，尤其涉及一种热塑性弹性体复合材料及其制备方法。
背景技术
热塑性弹性体是在高温下能塑化成型，而在常温下能显示橡胶弹性的一类新型材料。这类材料兼有热塑性塑料的加工成型性和橡胶的高弹性性能。由于热塑性弹性体的弹性和塑性两种物理状态之间的相互转变取决于温度变化，而且是可逆的，因而在加工生产中的边角料、废次品以及用过的废旧制品等，可以简单地加工进行重新加以利用。随着新技术的发展，促进了热塑性弹性体性能的不断优化和提升，应用领域不断拓展，除目前已进入的建筑工业、制鞋业、聚合物改性、胶黏剂等方面外，在电子通讯、医疗卫生、地面铺装材料等领域的应用前途非常广阔。目前热塑性弹性体可分为苯乙烯类、聚烯烃类、聚氨酯类和聚酰胺类等几种，而SEBS(氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物弹性体)是经加氢得到的饱和型苯乙烯类弹性体，具有较好的耐候性以及抗老化性，其加工的产品无色、无味、透明，与其他的共混材料有优异的粘结力，因此在涂料和弹性体改性剂方面等应用广泛。
目前应用的SEBS基的热塑性弹性体材料主要是通过和热塑性塑料共混改性制得，近几年有不少通过化学改性的方法引入其他单体，以求改变SEBS的极性或直接提升其性能。但是都存在工艺繁琐、改性效果不理想、成本高昂等缺点，制得的SEBS基的热塑性弹性体材料还存在着基质分散性差、加工难度较大以及压缩变形大等诸多不足。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种热塑性弹性体复合材料及其制备方法，得到制备方法简便、刚韧平衡的热塑性弹性体复合材料。
本申请的具体技术方案如下：
一种热塑性弹性体复合材料，以重量份计，包括如下组分：SEBS 30-40份、聚烯烃类弹性体4-8份、相容剂1-5份、无定型聚合物1-5份、一维纳米材料0.3-5份、微晶纤维素0.5-5份以及抗氧化剂0.1-0.2份。
本申请中，在SEBS热塑性弹性体的基础上，通过加入聚烯烃类弹性体、相容剂、无定型聚合物、一维纳米材料、微晶纤维素以及抗氧化剂，在保持SEBS热塑性弹性体原有性能的同时，增加SEBS热塑性弹性体的断裂伸长率和拉伸强度性能，提高韧性；同时使SEBS热塑性弹性体基质体系具有良好的分散性，解决了现有SEBS基热塑性弹性体材料制备过程中易团聚的技术问题，降低SEBS热塑性弹性体的制备难度，便于大规模应用。其中，无定型聚合物和一维纳米材料配合使用作为增韧剂，不仅有利提高SEBS热塑性弹性体的韧性，同时还可以改善基质中各组分的分散性能。一维纳米材料和微晶纤维素可以协同作用，在SEBS热塑性弹性体复合材料中形成取向性结构，使得材料的力学性能具有各向异性，从而实现协同增韧的效果。
优选的，以重量份计，还包括润滑剂0.2-1份；
所述润滑剂分为第一润滑剂和第二润滑剂；
所述第一润滑剂选自硬脂酸钙或硬脂酸镁；
所述第二润滑剂选自聚乙烯蜡或单硬脂酸甘油酯。
本申请中，采用第一润滑剂和第二润滑剂协同使用可以减少SEBS热塑性弹性体组分分子链间摩擦性，提高组分的流动性，避免制备过程产生团聚；还可以增加基质中各组分的分散性，利于热塑性弹性体复合材料顺利脱模。
优选的，所述聚烯烃类弹性体选自乙烯-辛烯共聚物(POE)或烯烃嵌段共聚物(OBC)。
优选的，所述相容剂选自乙烯-醋酸乙烯共聚物弹性体(EVA)或甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的聚烯烃热塑性弹性体(POE-GMA)。
优选的，所述无定型聚合物选自丁腈橡胶粉末或丁苯橡胶粉末。
优选的，所述一维纳米材料选自多壁碳纳米管、纳米碳酸钙和纤维素纳米晶中的一种或多种。
优选的，所述抗氧化剂选自抗氧剂1076或抗氧剂168。
本申请还提供一种所述热塑性弹性体复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将SEBS、所述聚烯烃类弹性体、所述相容剂、所述无定型聚合物、所述一维纳米材料、所述微晶纤维素和所述抗氧化剂混合后在开炼机中进行第一开炼，得到所述热塑性弹性体复合材料。
优选的，在所述第一开炼之后还进行：加入所述润滑剂进行第二开炼。
优选的，在所述第一开炼之前还进行：在50℃下热烘1h。
优选的，所述第一开炼的初始温度为140-150℃，辊筒转速为18-22r/min，时间为5-10min；
所述第二开炼的初始温度为110-130℃，辊筒转速为11-15r/min，时间为5-10min。
本申请中，较高的初始温度及辊筒转速有利于SEBS热塑性弹性体各组分快速熔融复合，提高各组分的复合均匀程度。后续通过降低辊筒转速及温度使SEBS热塑性弹性体复合材料受热更加均匀，促进复合材料缓慢成型。
综上所述，本申请提供了一种热塑性弹性体复合材料及其制备方法，在SEBS热塑性弹性体的基础上，通过加入聚烯烃类弹性体、相容剂、无定型聚合物、一维纳米材料、微晶纤维素以及抗氧化剂，在保持SEBS热塑性弹性体原有性能的同时，增加SEBS热塑性弹性体的断裂伸长率和拉伸强度性能，提高韧性；同时使SEBS热塑性弹性体基质体系具有良好的分散性，解决了现有SEBS基热塑性弹性体材料制备过程中易团聚的技术问题，降低SEBS热塑性弹性体的制备难度，便于大规模应用。本申请的制备方法利于各组分均匀复合，成本低廉且操作简便。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请实施例3制得的热塑性弹性体复合材料的拉伸断裂面扫描电镜图；
图2为本申请对比例制得的热塑性弹性体复合材料的拉伸断裂面扫描电镜图。
具体实施方式
为使得本申请的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
(1)以重量份计，称取SEBS 30份、POE 4份、EVA 3份、丁腈橡胶粉末2份、微晶纤维素0.5份、多壁碳纳米管0.25份以及抗氧化剂1076 0.1份，按配比混合后在50℃下热烘1h除去水分。
(2)将开炼机的初始温度调至140℃，辊筒转速调至18r/min，待温度稳定后渐渐加入上述混合原料，开炼10min。
(3)将开炼机温度下调至110℃，辊筒转速下调至13r/min，待温度稳定后加入硬脂酸钙0.2份以及聚乙烯蜡0.1份，继续开炼10min，得到片状热塑性弹性体复合材料。
实施例2
(1)以重量份计，称取SEBS 30份、POE 5份、EVA 2份、丁腈橡胶粉末1.5份、微晶纤维素1份、多壁碳纳米管1份以及抗氧化剂1076 0.1份，按配比混合后在50℃下热烘1h除去水分。
(2)将开炼机的初始温度调至140℃，辊筒转速调至18r/min，待温度稳定后渐渐加入上述混合原料，开炼10min。
(3)将开炼机温度下调至110℃，辊筒转速下调至13r/min，待温度稳定后加入硬脂酸钙0.2份以及聚乙烯蜡0.1份，继续开炼10min，得到片状热塑性弹性体复合材料。
实施例3
(1)以重量份计，称取SEBS 30份、POE 7份、EVA 4份、丁腈橡胶粉末2.5份、微晶纤维素1.5份、多壁碳纳米管1份以及抗氧化剂1076 0.1份，按配比混合后在50℃下热烘1h除去水分。
(2)将开炼机的初始温度调至140℃，辊筒转速调至18r/min，待温度稳定后渐渐加入上述混合原料，开炼10min。
(3)将开炼机温度下调至110℃，辊筒转速下调至13r/min，待温度稳定后加入硬脂酸钙0.2份以及聚乙烯蜡0.1份，继续开炼10min，得到片状热塑性弹性体复合材料。
对制得的热塑性弹性体复合材料进行拉伸断裂测试，测试结果如图1所示，测试的仪器为Hitach公司生产的场发射扫描电子显微镜(*/SU8220)，样品的厚度为1mm，扫描电镜图的放大倍数为1000倍。由图可知，实施例3制得的热塑性弹性体复合材料的断裂面可以观察到棒状结构与微粒结构，断裂面十分粗糙，显示出明显的韧性断裂特征，表面体系中存在取向性结构，分散于体系中，使得力学性能具有各向异性，有效地吸收了外界的冲击能量，实现了SEBS基的热塑性弹性体材料的刚韧平衡。
实施例4
(1)以重量份计，称取SEBS 30份、POE 6份、EVA 2份、丁腈橡胶粉末1份、微晶纤维素2份、多壁碳纳米管0.5份以及抗氧化剂1076 0.1份，按配比混合后在50℃下热烘1h除去水分。
(2)将开炼机的初始温度调至140℃，辊筒转速调至18r/min，待温度稳定后渐渐加入上述混合原料，开炼10min。
(3)将开炼机温度下调至110℃，辊筒转速下调至13r/min，待温度稳定后加入硬脂酸钙0.2份以及聚乙烯蜡0.1份，继续开炼10min，得到片状热塑性弹性体复合材料。
对比例
(1)称取SEBS在50℃下热烘1h除去水分.
(2)将开炼机的初始温度调至140℃，辊筒转速调至18r/min，待温度稳定后渐渐加入原料，开炼10min。
(3)将开炼机温度下调至110℃，辊筒转速下调至13r/min，待温度稳定后继续开炼10min，得到片状热塑性弹性体复合材料。
对制得的热塑性弹性体复合材料进行拉伸断裂测试，测试结果如图2所示，测试的仪器为Hitach公司生产的场发射扫描电子显微镜(*/SU8220)，样品的厚度为1mm，扫描电镜图的放大倍数为1000倍。由图可知，对比例制得的热塑性弹性体复合材料的断裂面虽然存在着应力条纹，但断裂面较光滑，韧性断裂特征不明显，断裂时不能有效吸收能量，从而导致材料韧性不足。
实施例5
对实施例1～4以及对比例制备得到的热塑性弹性体复合材料进行拉伸性能测试，测试的仪器为三思泰捷公司生产的电子万能试验机(CMT-4502)，测试的标准为GB/T 528—92《硫化橡胶和热塑性橡胶拉伸性能的测定》。实施例1～4及对比例的制备得到的热塑性弹性体复合材料的性能结果见表1，可以看出，本申请实施例1～4制备得到的热塑性弹性体复合材料具有更高的断裂伸长率和拉伸强度性能，韧性好。
表1实施例1～4及对比例提供的热塑性弹性体复合材料的拉伸性能结果
Figure BDA0002744919240000061
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种热塑性弹性体复合材料，其特征在于，以重量份计，包括如下组分：SEBS 30-40份、聚烯烃类弹性体4-8份、相容剂1-5份、无定型聚合物1-5份、一维纳米材料0.3-5份、微晶纤维素0.5-5份以及抗氧化剂0.1-0.2份。
2.根据权利要求1所述的热塑性弹性体复合材料，其特征在于，以重量份计，还包括润滑剂0.2-1份；
所述润滑剂分为第一润滑剂和第二润滑剂；
所述第一润滑剂选自硬脂酸钙或硬脂酸镁；
所述第二润滑剂选自聚乙烯蜡或单硬脂酸甘油酯。
3.根据权利要求1所述的热塑性弹性体复合材料，其特征在于，所述聚烯烃类弹性体选自POE或OBC。
4.根据权利要求1所述的热塑性弹性体复合材料，其特征在于，所述相容剂选自EVA或POE-GMA。
5.根据权利要求1所述的热塑性弹性体复合材料，其特征在于，所述无定型聚合物选自丁腈橡胶粉末或丁苯橡胶粉末。
6.根据权利要求1所述的热塑性弹性体复合材料，其特征在于，所述一维纳米材料选自多壁碳纳米管、纳米碳酸钙和纤维素纳米晶中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的热塑性弹性体复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂选自抗氧剂1076或抗氧剂168。
8.一种如权利要求1～7任意一项所述热塑性弹性体复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将SEBS、所述聚烯烃类弹性体、所述相容剂、所述无定型聚合物、所述一维纳米材料、所述微晶纤维素和所述抗氧化剂混合后在开炼机中进行第一开炼，得到所述热塑性弹性体复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述第一开炼之后还进行：加入润滑剂进行第二开炼。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第一开炼的初始温度为140-150℃，辊筒转速为18-22r/min，时间为5-10min；
所述第二开炼的初始温度为110-130℃，辊筒转速为11-15r/min，时间为5-10min。
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