CN112662088B - 一种阻燃型pvc/nbr橡塑地板材料及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻燃型PVC/NBR橡塑地板材料及其加工方法，涉及橡塑材料技术领域，本发明以PVC和NBR作为基体，通过添加补强炭黑、环氧大豆油、超细阻燃剂、抗氧剂和紫外线吸收剂作为助剂，制得橡塑地板材料；其中超细阻燃剂的制备与添加解决了常规金属氢氧化物阻燃剂与聚合物之间相容性差的问题，并且还能优化金属氢氧化物阻燃剂的阻燃性能，使最终所制PVC/NBR橡塑地板材料具有优异的阻燃性能，同时还解决了常规金属氢氧化物阻燃剂由于添加量大而使复合材料力学性能下降的问题。
Description
技术领域：
本发明涉及橡塑材料技术领域，具体涉及一种阻燃型PVC/NBR橡塑地板材料及其加工方法。
背景技术：
PVC，即聚氯乙烯，是世界上产量最大的塑料产品之一，价格便宜，应用广泛。根据不同的用途可以加入不同的添加剂，PVC材料可以呈现不同的物理性能和力学性能。在聚氯乙烯树脂中加入适量的增塑剂，可制成多种硬质、软质和透明制品。
NBR，即丁腈橡胶，主要采用低温乳液聚合法生产，耐油性极好，耐磨性较高，耐热性较好，粘接力强。丁腈橡胶主要用于制造耐油橡胶制品，在汽车、航空、石油等行业中成为不必可少的弹性材料。
本发明以PVC和NBR作为基体，使所制复合材料兼具PVC和NBR的独特优势，同时互相弥补各自的缺陷，并通过添加功能助剂来制备PVC/NBR橡塑地板材料。同时基于无机阻燃剂在PVC/NBR基体中分散性差的问题，制备了超细阻燃剂，目的是赋予所制PVC/NBR橡塑地板材料良好的阻燃性能。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种阻燃型PVC/NBR橡塑地板材料及其加工方法，通过超细阻燃剂的添加来赋予所制PVC/NBR橡塑地板材料优良的阻燃性能，并且超细阻燃剂的添加量少，不会造成橡塑地板材料力学性能的明显下降。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种阻燃型PVC/NBR橡塑地板材料，由以下重量份数的原料加工而成：
PVC 40-60份、NBR 30-50份、补强炭黑5-20份、环氧大豆油5-20份、超细阻燃剂1-10份、抗氧剂1-10份、紫外线吸收剂1-10份；所述超细阻燃剂是由金属氢氧化物阻燃剂经表面改性和超细化处理制成。
所述超细阻燃剂的表面改性方法为：向溶剂DMF中加入5-((三乙基硅烷基)氧羰基)-1H-吡唑-3-羧酸，溶解完全后加入金属氢氧化物阻燃剂，超声波处理下滴加催化量的浓硫酸并加热反应，反应结束后加水搅拌，静置，过滤，水洗，取固体烘干，得到改性金属氢氧化物阻燃剂。
所述超细阻燃剂的超细化处理方法为：将所述改性金属氢氧化物阻燃剂利用气流粉碎机进行粉碎处理，最后利用球磨机进行研磨处理，得到超细阻燃剂。
所述金属氢氧化物阻燃剂、5-((三乙基硅烷基)氧羰基)-1H-吡唑-3-羧酸的质量比为30-50:10-30。
所述超细阻燃剂的粒径为20-50nm。
所述金属氢氧化物阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁。
氢氧化铝或氢氧化镁粉体表面含有大量的羟基，使其具有较强的极性和亲水性，易形成团聚体，与高分子之间的相容性和加工流动性差，导致复合材料的力学性能下降。本发明为了解决这一问题，利用氢氧化铝或氢氧化镁制备超细阻燃剂，制备的超细阻燃剂不仅与PVC/NBR基体的相容性好，而且还能在低添加量的基础上显著优化复合材料的阻燃性能。
在本发明中5-((三乙基硅烷基)氧羰基)-1H-吡唑-3-羧酸通过羧基与金属氢氧化物的表面羟基反应生成酯基，将金属氢氧化物与5-((三乙基硅烷基)氧羰基)-1H-吡唑-3-羧酸键合在一起，制得改性金属氢氧化物阻燃剂。该改性金属氢氧化物阻燃剂的制备不仅能够提高金属氢氧化物的疏水性，从而解决金属氢氧化物因吸水后团聚而无法在聚合物中均匀分散的问题；并且还能增强金属氢氧化物的阻燃性能，在降低金属氢氧化物阻燃剂添加量的同时保证复合材料的阻燃效果。
5-((三乙基硅烷基)氧羰基)-1H-吡唑-3-羧酸的结构式为：
所述PVC的聚合度为700-1300。
所述NBR为丙烯腈和丁二烯的共聚物，丙烯腈含量为20-50wt％。
所述抗氧剂选自抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂BHT、抗氧剂405、抗氧剂PEPQ中的至少一种。
所述紫外线吸收剂选自二苯甲酮类、苯并三唑类、水杨酸酯类紫外线吸收剂中的至少一种。
所述阻燃型PVC/NBR橡塑地板材料的加工方法，按比例向高速混合机中加入PVC、NBR、补强炭黑、环氧大豆油、超细阻燃剂、抗氧剂、紫外线吸收剂，混合均匀得到预混料，再将预混料送入双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出成型，得到PVC/NBR橡塑地板材料。
所述双螺杆挤出机的工作温度为200-250℃。
超细阻燃剂的阻燃机理：超细阻燃剂的粒径小，比表面积大，与外界接触的面积增加，为高分子材料燃烧后产生的活泼羟基自由基提供更多进行复合的场所，有效地减少了自由基，达到抑制链反应的目的。并且，充分分散的超细阻燃剂在火焰中均匀分解、气化，产生游离基，进入气相，在短时间内与燃烧物产生的游离基充分作用而终止链反应进行。
本发明的有益效果是：本发明以PVC和NBR作为基体，通过添加补强炭黑、环氧大豆油、超细阻燃剂、抗氧剂和紫外线吸收剂作为助剂，制得橡塑地板材料；其中超细阻燃剂的制备与添加解决了常规金属氢氧化物阻燃剂与聚合物之间相容性差的问题，并且还能优化金属氢氧化物阻燃剂的阻燃性能，使最终所制PVC/NBR橡塑地板材料具有优异的阻燃性能，同时还解决了常规金属氢氧化物阻燃剂由于添加量大而使复合材料力学性能下降的问题。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
PVC购自武汉鑫动益化工有限公司的SG5聚氯乙烯树脂。NBR购自上海缘橡实业有限公司的N230S丁腈橡胶，丙烯腈含量为35wt％。补强炭黑购自上海凯茵化工有限公司的卡博特补强炭黑VULCAN 1380。
5-((三乙基硅烷基)氧羰基)-1H-吡唑-3-羧酸的合成：向溶剂DMF中加入7.8g 3,5-吡唑二甲酸和6.6g三乙基硅烷醇，溶解完全后滴加0.5g浓硫酸并加热至80℃反应4h，反应结束后加1000mL水搅拌，静置，过滤，水洗3次，取固体于70℃烘箱中烘干，得到5-((三乙基硅烷基)氧羰基)-1H-吡唑-3-羧酸。1H NMR(DMSO-d6,400MHz),δ:13.82(s,1H),12.21(s,1H),6.48(s,1H),0.93(t,9H),0.66(q,6H)；ESI-MS:m/z＝271.10[M+1]+.
实施例1
1、超细阻燃剂的制备：
向500mL溶剂DMF中加入20g 5-((三乙基硅烷基)氧羰基)-1H-吡唑-3-羧酸，溶解完全后加入38g氢氧化铝，超声波处理下滴加1g浓硫酸并加热至80℃反应8h，反应结束后加1000mL水搅拌，静置，过滤，水洗3次，取固体于70℃烘箱中烘干，得到改性金属氢氧化物阻燃剂；将改性金属氢氧化物阻燃剂利用气流粉碎机进行粉碎处理，最后利用球磨机进行研磨处理，得到平均粒径35nm的超细阻燃剂。
2、橡塑地板材料的加工：
向高速混合机中加入45份PVC、32份NBR、10份补强炭黑、7份环氧大豆油、4份超细阻燃剂、1份抗氧剂BHT、1份紫外线吸收剂UV-531，于转速1000r/min下混合15min得到预混料，再将预混料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的工作温度为一区200℃、二区215℃、三区230℃、四区240℃、五区225℃，熔融共混，挤出成型，得到厚度15mm的PVC/NBR橡塑地板材料。
实施例2
实施例2与实施例1制备超细阻燃剂和PVC/NBR橡塑地板材料的步骤相同，区别之处是将氢氧化铝替换为氢氧化镁。
1、超细阻燃剂的制备：
向500mL溶剂DMF中加入20g 5-((三乙基硅烷基)氧羰基)-1H-吡唑-3-羧酸，溶解完全后加入38g氢氧化镁，超声波处理下滴加1g浓硫酸并加热至80℃反应8h，反应结束后加1000mL水搅拌，静置，过滤，水洗3次，取固体于70℃烘箱中烘干，得到改性金属氢氧化物阻燃剂；将改性金属氢氧化物阻燃剂利用气流粉碎机进行粉碎处理，最后利用球磨机进行研磨处理，得到平均粒径35nm的超细阻燃剂。
2、橡塑地板材料的加工：
向高速混合机中加入45份PVC、32份NBR、10份补强炭黑、7份环氧大豆油、4份超细阻燃剂、1份抗氧剂BHT、1份紫外线吸收剂UV-531，于转速1000r/min下混合15min得到预混料，再将预混料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的工作温度为一区200℃、二区215℃、三区230℃、四区240℃、五区225℃，熔融共混，挤出成型，得到厚度15mm的PVC/NBR橡塑地板材料。
实施例3
实施例3与实施例1制备超细阻燃剂和PVC/NBR橡塑地板材料的步骤相同，区别之处是调整了制备超细阻燃剂时5-((三乙基硅烷基)氧羰基)-1H-吡唑-3-羧酸的用量。
1、超细阻燃剂的制备：
向500mL溶剂DMF中加入15g 5-((三乙基硅烷基)氧羰基)-1H-吡唑-3-羧酸，溶解完全后加入38g氢氧化铝，超声波处理下滴加1g浓硫酸并加热至80℃反应8h，反应结束后加1000mL水搅拌，静置，过滤，水洗3次，取固体于70℃烘箱中烘干，得到改性金属氢氧化物阻燃剂；将改性金属氢氧化物阻燃剂利用气流粉碎机进行粉碎处理，最后利用球磨机进行研磨处理，得到平均粒径35nm的超细阻燃剂。
2、橡塑地板材料的加工：
向高速混合机中加入45份PVC、32份NBR、10份补强炭黑、7份环氧大豆油、4份超细阻燃剂、1份抗氧剂BHT、1份紫外线吸收剂UV-531，于转速1000r/min下混合15min得到预混料，再将预混料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的工作温度为一区200℃、二区215℃、三区230℃、四区240℃、五区225℃，熔融共混，挤出成型，得到厚度15mm的PVC/NBR橡塑地板材料。
对比例1
对比例1与实施例1制备超细阻燃剂和PVC/NBR橡塑地板材料的步骤相同，区别之处是将5-((三乙基硅烷基)氧羰基)-1H-吡唑-3-羧酸替换为硅烷偶联剂KH560。
1、超细阻燃剂的制备：
向500mL溶剂DMF中加入20g硅烷偶联剂KH560，溶解完全后加入38g氢氧化铝，超声波处理下滴加1g浓硫酸并加热至80℃反应8h，反应结束后加1000mL水搅拌，静置，过滤，水洗3次，取固体于70℃烘箱中烘干，得到改性金属氢氧化物阻燃剂；将改性金属氢氧化物阻燃剂利用气流粉碎机进行粉碎处理，最后利用球磨机进行研磨处理，得到平均粒径35nm的超细阻燃剂。
2、橡塑地板材料的加工：
向高速混合机中加入45份PVC、32份NBR、10份补强炭黑、7份环氧大豆油、4份超细阻燃剂、1份抗氧剂BHT、1份紫外线吸收剂UV-531，于转速1000r/min下混合15min得到预混料，再将预混料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的工作温度为一区200℃、二区215℃、三区230℃、四区240℃、五区225℃，熔融共混，挤出成型，得到厚度15mm的PVC/NBR橡塑地板材料。
对比例2
对比例1与实施例1制备超细阻燃剂和PVC/NBR橡塑地板材料的步骤相同，区别之处是未对氢氧化铝进行接枝改性。
1、超细阻燃剂的制备：
将氢氧化铝利用气流粉碎机进行粉碎处理，最后利用球磨机进行研磨处理，得到平均粒径35nm的超细阻燃剂。
2、橡塑地板材料的加工：
向高速混合机中加入45份PVC、32份NBR、10份补强炭黑、7份环氧大豆油、4份超细阻燃剂、1份抗氧剂BHT、1份紫外线吸收剂UV-531，于转速1000r/min下混合15min得到预混料，再将预混料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的工作温度为一区200℃、二区215℃、三区230℃、四区240℃、五区225℃，熔融共混，挤出成型，得到厚度15mm的PVC/NBR橡塑地板材料。
按照标准ATSM D2863测试上述实施例和对比例所制橡塑地板材料的氧指数，按照标准GB/T 528-2009测试上述实施例和对比例所制橡塑地板材料的拉伸强度和拉断伸长率，测试结果见表1。
表1
由表1可以看出，本发明通过对氢氧化铝或氢氧化镁的接枝改性可以显著提高材料的阻燃性能，同时还能改善材料的力学性能，并且5-((三乙基硅烷基)氧羰基)-1H-吡唑-3-羧酸相对于硅烷偶联剂KH560来说，对材料的阻燃性能和力学性能的改进效果更优。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种阻燃型PVC/NBR橡塑地板材料，其特征在于：由以下重量份数的原料加工而成：
PVC 40-60份、NBR 30-50份、补强炭黑 5-20份、环氧大豆油 5-20份、超细阻燃剂 1-10份、抗氧剂 1-10份、紫外线吸收剂 1-10份；所述超细阻燃剂是由金属氢氧化物阻燃剂经表面改性和超细化处理制成；
所述超细阻燃剂的表面改性方法为：向溶剂DMF中加入5-((三乙基硅烷基)氧羰基)-1H-吡唑-3-羧酸，溶解完全后加入金属氢氧化物阻燃剂，超声波处理下滴加催化量的浓硫酸并加热反应，反应结束后加水搅拌，静置，过滤，水洗，取固体烘干，得到改性金属氢氧化物阻燃剂；
所述超细阻燃剂的超细化处理方法为：将所述改性金属氢氧化物阻燃剂利用气流粉碎机进行粉碎处理，最后利用球磨机进行研磨处理，得到超细阻燃剂；
所述金属氢氧化物阻燃剂、5-((三乙基硅烷基)氧羰基)-1H-吡唑-3-羧酸的质量比为30-50 : 10-30；
所述超细阻燃剂的粒径为20-50nm；
所述金属氢氧化物阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁。
2.根据权利要求1所述的阻燃型PVC/NBR橡塑地板材料，其特征在于：所述PVC的聚合度为700-1300；所述NBR为丙烯腈和丁二烯的共聚物，丙烯腈含量为20-50wt%。
3.根据权利要求1所述的阻燃型PVC/NBR橡塑地板材料，其特征在于：所述抗氧剂选自抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂BHT、抗氧剂405、抗氧剂PEPQ中的至少一种；所述紫外线吸收剂选自二苯甲酮类、苯并三唑类、水杨酸酯类紫外线吸收剂中的至少一种。
4.权利要求1-3任意一项所述的阻燃型PVC/NBR橡塑地板材料的加工方法，其特征在于：按比例向高速混合机中加入PVC、NBR、补强炭黑、环氧大豆油、超细阻燃剂、抗氧剂、紫外线吸收剂，混合均匀得到预混料，再将预混料送入双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出成型，得到PVC/NBR橡塑地板材料。
5.根据权利要求4所述的阻燃型PVC/NBR橡塑地板材料的加工方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的工作温度为200-250℃。
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