CN113831617B - 无卤阻燃环保型热塑性弹性体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无卤阻燃环保型热塑性弹性体及其制备方法，属于高分子弹性体领域。所述的无卤阻燃环保型热塑性弹性体，由如下质量份数的原料制成：丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料60‑90份；聚丙烯树脂10‑40份；膨胀石墨5‑20份；增容剂2‑10份；硫化剂0.5‑5份；促进剂0.1‑1份。本发明选用丁苯橡胶乳液与表面改性的凹凸棒石水乳液絮凝后，制备的丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料与聚丙烯、膨胀石墨和增容剂混合后，采用动态硫化技术的TPV不仅可以提高TPV的力学性能，而且阻燃效果好，是一种绿色环保型TPV材料。

Description

无卤阻燃环保型热塑性弹性体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无卤阻燃环保型热塑性弹性体及其制备方法，属于高分子弹性体领域。
背景技术
动态硫化热塑性弹性体(TPV)兼具塑料和橡胶的特性，是一类既可以热塑加工又具备高弹性的特殊热塑性弹性体。由于TPV具有质量轻、成本低、力学性能好、相对容易成型为复杂形状以及完全可回收利用等优点，被广泛应用于汽车工业、建筑、电线电缆等众多领域。然而，TPV容易燃烧并在燃烧时释放烟雾和有毒气体，这限制了其实际应用的范围。目前，主要有卤素阻燃TPV和无机氢氧化物阻燃TPV。含卤阻燃剂在高温时会释放卤化氢气体，对人体和环境伤害较大；而无机氢氧化物阻燃剂存在添加量大的问题，对基体树脂性能破坏明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种硬度适中、阻燃性优异、力学性能佳的无卤阻燃环保型热塑性弹性体；本发明还提供其制备方法，科学合理、简单易行。
本发明所述的无卤阻燃环保型热塑性弹性体，由如下质量份数的原料制成：
Figure BDA0002554573830000011
其中：
所述的丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料中，凹凸棒石的质量含量为5-15％。
所述的丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料的制备方法如下：
(1)凹凸棒石的表面改性
将凹凸棒石经预处理后，配成8-12％浓度的溶液，加入凹凸棒石质量分数1-5％的六偏磷酸钠以及一定量的表面改性剂，550-650℃下在高速剪切分散机上2500-3500r/min搅拌20-40分钟，过400目筛，备用；
(2)丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料
将表面改性后的凹凸棒石溶液，加入到丁苯胶乳中，55-65℃下水浴加热搅拌8-12min，加入NaCl破乳，絮凝干燥，即得。
所述的预处理具体为：将凹凸棒石研磨成平均粒径为5-15μm的颗粒，并与凹凸棒石质量份数的2-3％的硅烷偶联剂KH-570进行搅拌混合，混合温度为50-70℃，搅拌转速为1400-1600r/min。
所述的表面改性剂为辛基酚聚氧乙烯醚，加入量是凹凸棒石和六偏磷酸钠质量的3-5％。
所述的增容剂为SEBS-g-MAH。
所述的硫化剂为2,5二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷。
所述的促进剂为三丙烯基异氰脲酸酯。
本发明所述的无卤阻燃环保型热塑性弹性体的制备方法，包括以下步骤：
将丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料、聚丙烯树脂、膨胀石墨、增容剂、硫化剂和促进剂在密炼机密炼制成预混料，再将预混料加入双螺杆挤出机反应挤出，造粒，将粒料在Brabender单螺杆挤出机组上挤出TPV片材。
所述的双螺杆挤出机温度控制在160-165℃，螺杆转动频率为4-6Hz。
优选地，试样制备过程为：将粒料于170-185℃下在Brabender单螺杆挤出机组上压出2mm厚TPV片材，采用制样机裁出哑铃型试样。
凹凸棒石，是一种层链状的含水富镁硅酸盐粘土矿物。凹凸棒理想的化学式可表示为Mg5[Al]Si8O20(OH)2·4H2O，具有层链状的结构特征，其晶体呈棒状、纤维状。由于其特殊的矿物组成和晶体结构，具有优异的流变、吸附、稳定、增强、耐热、阻燃等特性。凹凸棒石具有天然一维纳米材料的形貌和结构，是潜在的环保型优良补强材料，可以替代炭黑、白炭黑等补强剂添加入复合材料提高材料的力学性能，但其表面的极性则限制了其与非极性聚合物之间的相容性，无法与聚合物基体紧密协同，只能作为惰性填料进行少量的填充，无法发挥其结构上的优势，将凹凸棒石进行分散解离和表面处理，使其以棒晶-纳米短纤维的方式分散在高分子材料基体中，能够实现凹凸棒石在高分子材料中的均匀分散和高的界面结合力。
凹凸棒的阻燃机理主要有两方面解释，首先，其长径比较好、内孔道丰富，内含大量结晶水(吸附水、沸石水、结合水、结构水等)，在高温下依次失水并产生水蒸气，可以隔绝氧气，从而达到阻燃的作用和效果。此外，作为富镁铝矿物，凹凸棒在高温环境中能产生以MgO、Al2O3为主的氧化物隔离层，其热稳定性较好，具有阻燃作用。
膨胀石墨(EG)是一种环保型阻燃剂，受热到一定程度后开始膨胀，形成很厚的多孔碳化层，有足够的稳定性将材料与热源隔开，起到阻燃作用，并且大大降低了发烟量。可膨胀石墨的阻燃机理关键在于可形成致密稳定的膨胀碳层，具有很好的抗火能力，从而有效地发挥隔热、隔火作用，阻断了火焰和基材之间的物质和能量传递，最终达到阻止燃烧的目的，材料的力学性能最佳。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明选用丁苯橡胶乳液与表面改性的凹凸棒石水乳液絮凝后，制备的丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料与聚丙烯、膨胀石墨和增容剂混合后，采用动态硫化技术的TPV不仅可以提高TPV的力学性能，而且阻燃效果好，是一种绿色环保型TPV材料。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明，但不限于此。
实施例中采用的原料如下：
丁苯橡胶乳液，SBR1502。
聚丙烯树脂，PP230G。
丁苯橡胶，SBR1502。
炭黑，8#。
2,5二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷，BPDH。
三丙烯基异氰脲酸酯，TAIC。
多聚磷酸铵，APP。
三聚氰胺，MEL。
增容剂，SEBS-g-MAH。
膨胀石墨，EG。
所述的凹凸棒石的表面改性如下：
凹凸棒石经预处理：将凹凸棒石研磨成平均粒径为5-15μm的颗粒，并与凹凸棒石质量分数的2.5％的硅烷偶联剂KH-570进行搅拌混合，混合温度为60℃，搅拌转速为1500r/min。
将经过预处理的凹凸棒石配成10％浓度的溶液，加入凹凸棒石质量分数3％的六偏磷酸钠以及一定量的表面改性剂，600℃下在高速剪切分散机上3000r/min搅拌30分钟，过400目的筛子除去溶液中的杂质，备用。
所述的表面改性剂为：辛基酚聚氧乙烯醚，加入量是凹凸棒石和六偏磷酸钠质量的4％。
实施例1
将表面改性后的凹凸棒石溶液，按照比例加入到丁苯胶乳中，60℃下水浴加热搅拌10min，加入NaCl破乳，絮凝干燥，即制得了丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料，凹凸棒石含量6％。
称取70份凹凸棒石含量6％的丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料、30份PP、13份膨胀石墨(EG)、6份增容剂SEBS-g-MAH、3份硫化剂BPDH、0.5份促进剂TAIC在密炼机中预混5分钟，制成预混料，再将预混料加入双螺杆挤出机反应挤出，造粒，温度控制在160-165℃，螺杆转动频率为5Hz，然后将粒料于170-185℃下在Brabender单螺杆挤出机组上压出2mm厚TPV片材，采用制样机裁出哑铃型试样。
实施例2
将表面改性后的凹凸棒石溶液，按照比例加入到丁苯胶乳中，60℃下水浴加热搅拌10min，加入NaCl破乳，絮凝干燥即制得了丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料，凹凸棒石含量9％。
称取70份凹凸棒石含量9％的丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料、30份PP、13份膨胀石墨(EG)、6份增容剂SEBS-g-MAH、0.5份硫化剂BPDH、0.1份促进剂TAIC在密炼机中预混5分钟，制成预混料，再将预混料加入双螺杆挤出机反应挤出，造粒，温度控制在160-165℃，螺杆转动频率为5Hz，然后将粒料于170-185℃下在Brabender单螺杆挤出机组上压出2mm厚TPV片材，采用制样机裁出哑铃型试样。
实施例3
将表面改性后的凹凸棒石溶液，按照比例加入到丁苯胶乳中，60℃下水浴加热搅拌10min，加入NaCl破乳，絮凝干燥即制得了丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料，凹凸棒石含量12％。
称取70份凹凸棒石含量12％的丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料、30份PP、13份膨胀石墨(EG)、6份增容剂SEBS-g-MAH、5份硫化剂BPDH、1份促进剂TAIC在密炼机中预混5分钟，制成预混料，再将预混料加入双螺杆挤出机反应挤出，造粒，温度控制在160-165℃，螺杆转动频率为5Hz，然后将粒料于170-185℃下在Brabender单螺杆挤出机组上压出2mm厚TPV片材，采用制样机裁出哑铃型试样。
实施例4
将表面改性后的凹凸棒石溶液，按照比例加入到丁苯胶乳中，60℃下水浴加热搅拌10min，加入NaCl破乳，絮凝干燥即制得了丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料，凹凸棒石含量15％。
称取70份凹凸棒石含量15％的丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料、30份PP、13份膨胀石墨(EG)、6份增容剂SEBS-g-MAH、3份硫化剂BPDH、0.5份促进剂TAIC在密炼机中预混5分钟，制成预混料，再将预混料加入双螺杆挤出机反应挤出，造粒，温度控制在160-165℃，螺杆转动频率为5Hz，然后将粒料于170-185℃下在Brabender单螺杆挤出机组上压出2mm厚TPV片材，采用制样机裁出哑铃型试样。
对比例1
称取70份SBR1502块胶、30份PP、6份增容剂SEBS-g-MAH、20份炭黑、20份多聚磷酸铵和三聚氰胺复配无卤阻燃剂(多聚磷酸铵和三聚氰胺的重量比是1:2)，3份硫化剂BPDH、0.5份促进剂TAIC在密炼机中预混5分钟，制成预混料，再将预混料加入双螺杆挤出机反应挤出、造粒，温度控制在160-165℃，螺杆转动频率为5Hz，然后将粒料于170-185℃下在Brabender单螺杆挤出机组上压出2mm厚TPV片材，采用制样机裁出哑铃型试样。
对比例2
称取70份SBR1502块胶、30份PP、6份增容剂SEBS-g-MAH、20份炭黑、25份多聚磷酸铵和三聚氰胺复配无卤阻燃剂(多聚磷酸铵和三聚氰胺的重量比是1:1)，3份硫化剂BPDH、0.5份促进剂TAIC在密炼机中预混5分钟，制成预混料，再将预混料加入双螺杆挤出机反应挤出、造粒，温度控制在160-165℃，螺杆转动频率为5Hz，然后将粒料于170-185℃下在Brabender单螺杆挤出机组上压出2mm厚TPV片材，采用制样机裁出哑铃型试样。
对比例3
称取70份SBR1502块胶、30份PP、6份增容剂SEBS-g-MAH、20份炭黑、30份多聚磷酸铵和三聚氰胺复配无卤阻燃剂(多聚磷酸铵和三聚氰胺的重量比是2:1)，3份硫化剂BPDH、0.5份促进剂TAIC在密炼机中预混5分钟，制成预混料，再将预混料加入双螺杆挤出机反应挤出、造粒，温度控制在160-165℃，螺杆转动频率为5Hz，然后将粒料于170-185℃下在Brabender单螺杆挤出机组上压出2mm厚TPV片材，采用制样机裁出哑铃型试样。
对实施例1-4和对比例1-3制备的试样进行性能检测，检测结果见表1。
表1无卤阻燃SBR/PP-TPV性能表
对比例1 对比例2 对比例3 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
邵氏硬度，A 75 82 89 65 67 71 75
拉伸强度，MPa 10.5 9.0 7.5 10.7 11.5 12.6 13.8
扯断伸长率，％ 313 285 198 298 315 337 358
氧指数，％ 26.9 28.2 36.1 22.0 23.5 29.7 35.0
通过比较对比例和实施例可以看出，在对比例中30份多聚磷酸铵和三聚氰胺复配无卤阻燃剂的加入制备的TPV虽然氧指数较高，阻燃性较好，但是由于多聚磷酸铵和三聚氰胺复配无卤阻燃剂与SBR/PP基体表面作用力差，随着无卤阻燃剂含量的增加，体系的相容性逐渐变差，材料的韧性损失严重。实施例中看出随着凹凸棒石含量的增加SBR/PP-TPV材料不仅力学性能增加、硬度适中，而且氧指数增高，表现出优异的阻燃性能。
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。

Claims (6)

1.一种无卤阻燃环保型热塑性弹性体，其特征在于：由如下质量份数的原料制成：
丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料    60-90份；
聚丙烯树脂                       10-40份；
膨胀石墨                         5-20份；
增容剂                           2-10份；
硫化剂                           0.5-5份；
促进剂                           0.1-1份；
所述的丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料中，凹凸棒石的质量含量为5-15%；
所述的丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料的制备方法如下：
（1）凹凸棒石的表面改性
将凹凸棒石经预处理后，配成8-12%浓度的溶液，加入凹凸棒石质量分数1-5%的六偏磷酸钠，加入表面改性剂，550-650℃下在高速剪切分散机上2500-3500r/min搅拌20-40分钟，过400目筛，备用；
所述的预处理具体为：将凹凸棒石研磨成平均粒径为5-15μm的颗粒，并与凹凸棒石质量分数的2-3%的硅烷偶联剂KH-570进行搅拌混合，混合温度为50-70℃，搅拌转速为1400-1600r/min；
所述的表面改性剂为辛基酚聚氧乙烯醚，加入量是凹凸棒石和六偏磷酸钠质量的3-5%；
（2）丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料
将表面改性后的凹凸棒石溶液，加入到丁苯胶乳中，55-65℃下水浴加热搅拌8-12min，加入NaCl破乳，絮凝干燥，即得。
2.根据权利要求1所述的无卤阻燃环保型热塑性弹性体，其特征在于：所述的增容剂为SEBS-g-MAH。
3.根据权利要求1所述的无卤阻燃环保型热塑性弹性体，其特征在于：所述的硫化剂为2,5二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷。
4.根据权利要求1所述的无卤阻燃环保型热塑性弹性体，其特征在于：所述的促进剂为三丙烯基异氰脲酸酯。
5.一种权利要求1-4任一所述的无卤阻燃环保型热塑性弹性体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料、聚丙烯树脂、膨胀石墨、增容剂、硫化剂和促进剂在密炼机密炼制成预混料，再将预混料加入双螺杆挤出机反应挤出，造粒，将粒料在Brabender单螺杆挤出机组上挤出TPV片材。
6.根据权利要求5所述的无卤阻燃环保型热塑性弹性体的制备方法，其特征在于：所述的双螺杆挤出机温度控制在160-165℃，螺杆转动频率为4-6Hz。
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