CN112521725B - 一种阻燃增韧材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃增韧材料，涉及高分子材料领域。所述阻燃增韧材料，包含以下重量份的组分：A组分70‑150份，其中，所述A组分，包含以下重量份的组分：双环戊二烯单体70‑120份、增韧剂0.5‑10份、阻燃剂8‑25份、偶联剂0.5‑3份、抗氧化剂0.1‑3份和消泡剂0.05‑0.5份。本发明提供的阻燃增韧材料，在提高材料冲击性能的同时，弯曲强度、拉伸强度和弯曲和热稳定性也有一定程度改善。

Description

一种阻燃增韧材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，尤其是一种阻燃增韧材料及其制备方法。
背景技术
聚双环戊二烯是一种新型的高抗冲工程塑料，是由环戊二烯开环易位聚合而成，具有优异的力学性能、电气性能、耐腐蚀性能和易装饰性能，已经成为高分子材料领域研究的热点。该材料可根据需求灵活设计结构，因此其应用领域比较广泛，如：汽车、体育器材、医疗设备等。尽管聚双环戊二烯材料的综合性能相对常见的工程塑料比较好，但是随着其应用范围的扩展，对材料的性能要求逐渐提高。该材料在某些领域其韧性不足而应用受限。在我国在聚双环戊二烯的改性材料领域属于起步阶段，相应的量产产品较少。特别是汽车轻质阻燃制件，因其添加剂的使用大大降低了聚双环戊二烯材料的力学性能，要选用特殊的材料使其增韧改性，以达到材料制件填充阻燃与高抗冲的双重性能.
发明内容
基于此，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种力学性能好、韧性好的阻燃增韧材料。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种阻燃增韧材料，包含以下重量份的组分：A组分70-150份，其中，所述A组分，包含以下重量份的组分：双环戊二烯单体70-120份、增韧剂0.5-10份、阻燃剂8-25份、偶联剂0.5-3份、抗氧化剂0.1-3份和消泡剂0.05-0.5份。
本发明通过阻燃剂、增韧剂等组分的联合作用，制备出的阻燃增韧材料，韧性好，阻燃效果好，且该阻燃增韧材料本身的其他性能降低不明显。本发明使用的阻燃剂为粒径小的有机化合物，经过表面处理后能均匀分散于双环戊二烯单体中，仅需较少的量即可达到阻燃和抑烟的效果；本发明使用的增韧剂能与聚双环戊二烯形成互穿聚合物网络，在提高聚双环戊二烯材料韧性的同时减少材料其他性能的降低。
优选地，所述A组分，包含以下重量份的组分：双环戊二烯单体90-100份、增韧剂2-8份、阻燃剂20-25份、偶联剂1-3份、抗氧化剂1-3份和消泡剂0.05-0.2份。
进一步优选地，所述A组分，包含以下重量份的组分：双环戊二烯单体100份、增韧剂2份、阻燃剂22份、偶联剂2份、抗氧化剂2份和消泡剂0.1份。
优选地，所述增韧剂为弹性体，所述阻燃剂为烷基次磷酸盐和/或磷酸盐有机化合物，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸偶联剂，所述抗氧化剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、4,4'-二羟基-3,3',5,5'-四叔丁基二苯基甲烷、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、4-叔丁基邻苯二酚中的至少一种；所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚中的至少一种。
本发明通过特定组分的双环戊二烯单体、增韧剂、阻燃剂偶联剂等的结合，各组分在单体中易分散，悬浮不沉降，形成了半互穿聚合物网络，各组分间相互协同，最终的阻燃增韧材料在提高材料冲击性能的同时，弯曲强度、拉伸强度和弯曲和热稳定性也有一定程度改善。
进一步优选地，所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、乙烯-辛烯共聚物(POE)、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)中的至少一种；所述阻燃剂为二乙基次磷酸铝、焦磷酸哌嗪、二乙基次磷酸锌、聚磷酸铵、聚磷酸三嗪盐、聚磷酸三聚氰胺盐中的至少一种。
优选地，所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的复配，其中，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的重量比为：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物＝1-3:1-3；所述阻燃剂为二乙基次磷酸锌、聚磷酸铵、聚磷酸三嗪盐的复配，其中，二乙基次磷酸锌、聚磷酸铵和聚磷酸三嗪盐的重量比为：二乙基次磷酸锌：聚磷酸铵：聚磷酸三嗪盐＝1:1-2:1。
进一步优选地，所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的复配，其中，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的重量比为：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物＝1:1；所述阻燃剂为二乙基次磷酸锌、聚磷酸铵、聚磷酸三嗪盐的复配，其中，二乙基次磷酸锌、聚磷酸铵和聚磷酸三嗪盐的重量比为：二乙基次磷酸锌：聚磷酸铵：聚磷酸三嗪盐＝1:2:1。
优选地，所述的阻燃增韧材料，还包含以下重量份的组分：B组分0.00001-0.0005份和C组分0.5-5份，其中，所述B组分为钌系Grubbs催化剂，C组分为甲苯和/或二氯甲烷。
Grubbs催化剂在双环戊二烯等开环复分解聚合反应方面，有大量的研究，具有更易引发，反应活性大，反应温和的优势。
优选地，所述B组分和C组分的重量比为：B组分：C组分＝0.00008:2。
此外，本发明还提供了一种所述的阻燃增韧材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将抗氧化剂、阻燃剂、增韧剂、偶联剂、消泡剂加入双环戊二烯单体中，分散均匀，得到A组分；
(2)将B组分和C组分加入到步骤(1)中得到的A组分中，混合均匀后，抽取真空并注入模具，加热成型，脱模，得到所述阻燃增韧材料。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明提供的阻燃增韧材料，在显著提高材料阻燃性能的同时，材料的弯曲强度、拉伸强度、抗冲击强度和热稳定性也有一定程度改善。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本申请设置实施例1-9，具体实施例1-5的组分和重量份选择如表1和表2所示，具体实施例6-9的组重量份选择和实施例5完全相同，组分选择如表3所示：
表1具体实施例1-5的重量份选择
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
双环戊二烯单体 70 120 90 100 100
增韧剂 0.5 10 2 8 2
阻燃剂 8 25 20 25 22
偶联剂 0.5 3 1 3 2
抗氧化剂 0.1 3 1 3 2
消泡剂 0.05 0.5 0.05 0.2 0.3
催化剂 0.00001 0.0005 0.0001 0.00015 0.00008
分散剂 0.5 5 1.5 2 2
表2具体实施例1-5的组份选择
Figure BDA0002820138350000041
Figure BDA0002820138350000051
表3实施例6-9的组分选择
Figure BDA0002820138350000052
Figure BDA0002820138350000061
同时，本申请设置对比例1-8，具体对比例1-8如下所示：
对比例1不含阻燃剂，其余组分和重量份与实施例5完全相同；
对比例2不含增韧剂，其余组分和重量份与实施例5完全相同；
对比例3不含阻燃剂和增韧剂，其余组分和重量份与实施例5完全相同；
对比例4中阻燃剂为二乙基次磷酸锌、聚磷酸铵和聚磷酸三嗪盐的复配，其中，二乙基次磷酸锌、聚磷酸铵和聚磷酸三嗪盐的重量比为：二乙基次磷酸锌：聚磷酸铵：聚磷酸三嗪盐＝1:3：1，其余组分和重量份与实施例5完全相同；
对比例5中阻燃剂为二乙基次磷酸锌、聚磷酸铵和聚磷酸三嗪盐的复配，其中，二乙基次磷酸锌、聚磷酸铵和聚磷酸三嗪盐的重量比为：二乙基次磷酸锌：聚磷酸铵：聚磷酸三嗪盐＝2:3：1，其余组分和重量份与实施例5完全相同；
对比例6中阻燃剂为二乙基次磷酸锌、聚磷酸铵和聚磷酸三嗪盐的复配，其中，二乙基次磷酸锌、聚磷酸铵和聚磷酸三嗪盐的重量比为：二乙基次磷酸锌：聚磷酸铵：聚磷酸三嗪盐＝1:3：2，其余组分和重量份与实施例5完全相同；
对比例7中增韧剂为SBS和EVA的复配，其中，SBS和EVA的重量比为：SBS：EVA＝1:4，其余组分和重量份与实施例5完全相同；
对比例8中增韧剂为SBS和EVA的复配，其中，SBS和EVA的重量比为：SBS：EVA＝4:1，其余组分和重量份与实施例5完全相同。
本申请实施例和对比例所述阻燃增韧材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将抗氧化剂、阻燃剂、增韧剂、偶联剂、消泡剂加入双环戊二烯单体中，分散均匀，得到A组分；
(2)将B组分和C组分加入到步骤(1)中得到的A组分中，混合均匀后，抽取真空并注入模具，加热成型，脱模，得到所述阻燃增韧材料。
试验例力学性能检测
测试标准:拉伸强度GB/T1040.2-2006；弯曲强度GB/T9341-2000；热变形温度GB/T1634-2004；缺口冲击强度GB/T 1043.1-2008；硬度GB/T230.2-2002；阻燃性能GB/T2408-2008。
测试结果如表4和表5所示：
表4实施例1-9的测试结果
Figure BDA0002820138350000071
Figure BDA0002820138350000081
表5对比例1-8的测试结果
Figure BDA0002820138350000082
Figure BDA0002820138350000091
由表4可知，本发明实施例提供的阻燃增韧材料，拉伸强度高，均为45MPa以上，冲击强度也较大，阻燃效果均可以达到V-1及以上。且从实施例5与对比例1-3的对比可表明，不含阻燃增韧剂的材料，阻燃效果以及增韧效果均较差，且对比例1的结果单独不含阻燃剂时，不仅阻燃效果差，且材料的拉伸强度和冲击强度也有一定的影响；对比例2的结果单独不含增韧剂，不仅拉伸强度和冲击强度有一定的影响，阻燃效果也受到影响，级别为V-1；对比例3因其不含阻燃剂与增韧剂，其拉伸强度较高但燃烧与冲击性能下降显著，而实施例5在加入阻燃剂与增韧剂的情况下，拉伸强度高于对比例3，且阻燃性能与冲击性能有明显改善。因此，本发明的阻燃剂增韧剂具有协同增强的效果。
对比例4-6为阻燃剂不在本发明提供的最佳效果例范围内，对比例7-8为增韧剂不在本发明提供的最佳效果例范围内，实验结果表明，不在最佳效果范围内时，阻燃增韧材料的效果并不能达到最佳。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种阻燃增韧材料，其特征在于，包含以下重量份的组分：A组分70-150份，其中，所述A组分，包含以下重量份的组分：双环戊二烯单体70-120份、增韧剂0.5-10份、阻燃剂8-25份、偶联剂0.5-3份、抗氧化剂0.1-3份和消泡剂0.05-0.5份；
所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的复配，其中，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的重量比为：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物＝1-3:1-3；所述阻燃剂为二乙基次磷酸锌、聚磷酸铵、聚磷酸三嗪盐的复配，其中，二乙基次磷酸锌、聚磷酸铵和聚磷酸三嗪盐的重量比为：二乙基次磷酸锌：聚磷酸铵：聚磷酸三嗪盐＝1:1-2:1。
2.如权利要求1所述的阻燃增韧材料，其特征在于，所述A组分，包含以下重量份的组分：双环戊二烯单体90-100份、增韧剂2-8份、阻燃剂20-25份、偶联剂1-3份、抗氧化剂1-3份和消泡剂0.05-0.2份。
3.如权利要求2所述的阻燃增韧材料，其特征在于，所述A组分，包含以下重量份的组分：双环戊二烯单体100份、增韧剂2份、阻燃剂22份、偶联剂2份、抗氧化剂2份和消泡剂0.1份。
4.如权利要求1-3任一项所述的阻燃增韧材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸偶联剂，所述抗氧化剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、4,4'-二羟基-3,3',5,5'-四叔丁基二苯基甲烷、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、4-叔丁基邻苯二酚中的至少一种；所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚中的至少一种。
5.如权利要求1所述的阻燃增韧材料，其特征在于，所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的复配，其中，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的重量比为：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物＝1:1；所述阻燃剂为二乙基次磷酸锌、聚磷酸铵、聚磷酸三嗪盐的复配，其中，二乙基次磷酸锌、聚磷酸铵和聚磷酸三嗪盐的重量比为：二乙基次磷酸锌：聚磷酸铵：聚磷酸三嗪盐＝1:2:1。
6.如权利要求1所述的阻燃增韧材料，其特征在于，还包含以下重量份的组分：B组分0.00001-0.0005份和C组分0.5-5份，其中，所述B组分为钌系Grubbs催化剂，C组分为甲苯和/或二氯甲烷。
7.如权利要求6所述的阻燃增韧材料，其特征在于，所述B组分和C组分的重量比为：B组分：C组分＝0.00008:2。
8.如权利要求6或7所述的阻燃增韧材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将抗氧化剂、阻燃剂、增韧剂、偶联剂、消泡剂加入双环戊二烯单体中，分散均匀，得到A组分；
(2)将B组分和C组分加入到步骤(1)中得到的A组分中，混合均匀后，抽取真空并注入模具，加热成型，脱模，得到所述阻燃增韧材料。
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