CN115710390B - 一种低滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料及其制备方法。其特征在于选用SiO2、MPP、AP、纳米Si3N4共混，首先通过GMA对其进行生物基单体改性制备SiO2/MPP杂化阻燃增强材料，然后通过NBR进行大分子改性处理，制备SiO2/MPP/NBR杂化改性母炼胶和ADP/红磷/BOD组成无卤阻燃增强体系与SSBR/ENR共混，制备滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料，具有优异的力学性能，滚动阻力低，耐磨性能，可降低钢丝绳芯阻燃输送带在使用过程中能源消耗，并延长其使用寿命，同时不使用含卤主体材料、含卤锑的阻燃剂和硅烷偶联剂，减少生产过程中的VOCS排放和引燃时的有毒有害气体，工艺简单，易于制造。
Description
技术领域
本发明涉及阻燃橡胶材料技术领域，具体地说，是一种低滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料及其制备方法。
背景技术
低滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料主要用于生产煤矿用钢丝绳芯阻燃输送带。目前技术生产的钢丝绳芯阻燃输送带，具有良好阻燃和抗静电性能，存在的主要问题：一是覆盖层的力学性能较差，突出的表现是耐磨性能差，使用寿命短；二是使用含卤的主体材料和含卤、锑的阻燃剂，阻燃带引燃时发烟量大，烟气中含有卤素，容易产生人员中毒、腐蚀设备和污染环境等次生灾害；三是使用过程中滚动阻力（表征为60℃时的tanδ值）大，能源消耗高。另外，现有技术的低滚动阻力阻燃橡胶使用硅烷偶联剂对白炭黑和阻燃剂进行表面处理，生产过程中会产生大量的VOCs，造成环境污染。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种低滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料， 除满足煤矿用钢丝绳芯阻燃输送带的阻燃抗静电性能外，还具有优异的力学性能，滚动阻力低，耐磨性能好，可降低钢丝绳芯阻燃输送带在使用过程中能源消耗，并延长其使用寿命，同时不使用含卤主体材料、含卤锑的阻燃剂和硅烷偶联剂，减少生产过程中的VOCS排放和引燃时的有毒有害气体，是一种节能环保的绿色阻燃橡胶材料。
本发明的第二个目的是提供该阻燃橡胶复合材料的制备方法，工艺简单，易于制造。
本发明的目的通过下述方案予以实现。
本发明提供一种低滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料，所述的低滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料按重量比的组分组成是：
环氧天然橡胶（ENR-25）25-35份，溶聚丁苯橡胶（SSBR2000R）45-55份，丁腈橡胶（NBR-26）20份，氧化锌5份，硬脂酸1份，硫磺2.2份，促进剂DM 0.8份，促进剂CZ 1份，防老剂RD 1份，防老剂4020 1份，石蜡1份，N234炭黑25-35份，二乙基次磷酸铝（ADP）18-22份，红磷8-12份，三苯基磷酸酯（BDP）8-12份， SiO2/MPP杂化阻燃增强材料40-50份，粘合剂AS-88 2份，抗静电剂K01 2份。
所述的SiO2/MPP杂化阻燃增强材料是白炭黑（SiO2）/三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）/芳纶浆粕(AP)/纳米氮化硅(Si3N4)/甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）的组合物，白炭黑（SiO2）/三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）/芳纶浆粕(AP)/纳米氮化硅(Si3N4)/甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）的质量占比为45%/40%/6%/5%/4%。
本发明所述的滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)、制备ENR塑炼胶
将ENR加入密炼机中，转子速度40rpm，塑炼180～220s，排胶温度120～125℃，制成ENR塑炼胶，停放8h后使用；
（2）制备SiO2/MPP杂化阻燃增强材料
将SiO2、MPP、AP、纳米Si3N4投入捏合机中加热搅拌，搅拌速度为350-400rpm，加热至40-60℃，开始喷洒GMA，继续加热搅拌，在100℃-105℃的温度下搅拌10-15min，对混合物进行生物基单体改性，制成SiO2/MPP杂化阻燃增强材料，冷却至常温备用；
（3）制备SiO2/MPP/NBR杂化改性母炼胶
将步骤（2）制备的SiO2/MPP杂化阻燃增强材料加入密炼机中，密炼机转子转速20rpm，加热至70--80℃，然后加入NBR共混，对SiO2/MPP杂化阻燃增强材料进行大分子改性，共混时间150-180s，排胶温度90-100℃，出片，冷却至常温，制成SiO2/MPP/NBR杂化改性母炼胶，停放8h后使用；
（4）制备一段混炼胶
首先将SSBR、塑炼ENR和步骤（3）制备的SiO2/MPP/NBR杂化改性母炼胶投入密炼机中，密炼机转子转速40rpm，混炼120-150s，再投入氧化锌、硬脂酸、防老剂、石蜡、炭黑、红磷、ADP、BDP、粘合剂、抗静电剂，继续混炼210-240s，排胶温度130-135℃，出片，冷却，制成一段混炼胶，停放8h后使用；
（5）制备二段混炼胶
将步骤（4）制备的一段混炼胶及硫磺、促进剂投入密炼机中，密炼机转子速度20rpm，混炼100-120s，排胶温度90-100℃，出片，冷却，制得二段混炼胶，即为本发明的滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。
1、选用SiO2、MPP、AP、纳米Si3N4共混，首先通过GMA对其进行生物基单体改性制备SiO2/MPP杂化阻燃增强材料，然后通过NBR对SiO2/MPP杂化阻燃增强材料进行大分子改性处理，制备SiO2/MPP/NBR杂化改性母炼胶与SSBR/ENR共混，通过优化配方和工艺，制备低滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料， 除满足煤矿用钢丝绳芯阻燃输送带的阻燃抗静电性能外，还具有优异的力学性能，滚动阻力低，耐磨性能好，可降低钢丝绳芯阻燃输送带在使用过程中能源消耗，并延长其使用寿命，同时不使用含卤主体材料、含卤锑的阻燃剂和硅烷偶联剂，减少生产过程中的VOCS排放和引燃时的有毒有害气体，是一种节能环保的绿色阻燃橡胶材料。
2、选用ADP/红磷/BOD与SiO2/MPP杂化阻燃增强材料组成无卤阻燃增强体系,具有协同效应，可同时提硫化橡胶的阻燃性能、耐磨性能和低滚动阻力性能。
3、使用生物基单体-甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）替代硅烷偶联剂对SiO2/MPP杂化阻燃增强材料进行改性处理，可减少改性处理和硫化过程中的VOCs的排放，有利于保护环境。GMA的加入，可使SiO2/MPP杂化阻燃增强材料分散更均匀，Payne效应减弱，同时覆盖胶的硫化时间缩短，滚动阻力降低，力学性能提高。
4、使用NBR对SiO2/MPP杂化阻燃增强材料进行大分子改性，可有效包覆SiO2/MPP杂化阻燃增强材料，而且将NBR 先与SiO2/MPP杂化阻燃增强材料混合制备SiO2/MPP/CSM杂化改性母炼胶,再与SSBR/ENR共混，可以在较大提高硫化橡胶的阻燃性能的同时，提高了硫化橡胶的耐磨性能，并有效降低硫化橡胶的滚动阻力。
5、将将SiO2、ADP、AP、纳米Si3N4共混，先使用GMA进行生物基单体改性，再使用NBR进行大分子改性，使硫化橡胶的阻燃性能、低滚动阻力性能、耐磨耗性能显著提高。
具体实施方式
通过下述实施例有助于对本发明的理解，但不能限制本发明的内容。
实施例1
本发实施例提供一种低滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料，所述的低滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料按重量比的组分组成是：
ENR-25 25份，SSBR2000R 55份，NBR-26 20份，氧化锌5份，硬脂酸1份，硫磺2.2份，促进剂DM 0.8份，促进剂CZ 1份，防老剂RD 1份，防老剂4020 1份，石蜡1份，N234炭黑35份，ADP 18份，红磷12份， SiO2/MPP杂化阻燃增强材料40份，粘合剂AS-88 2份，抗静电剂K01 2份。
所述的SiO2/MPP杂化阻燃增强材料是白炭黑（SiO2）/三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）/芳纶浆粕(AP)/纳米氮化硅(Si3N4)/甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）的组合物，五种组分的质量比为45%/40%/6%/5%/4%。
本实施例所述的滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)、制备ENR塑炼胶
将ENR加入密炼机中，转子速度40rpm，塑炼180～220s，排胶温度120～125℃，制成ENR塑炼胶，停放8h后使用。
（2）制备SiO2/MPP杂化阻燃增强材料
将SiO2、MPP、AP、纳米Si3N4投入捏合机中加热搅拌，搅拌速度为350-400rpm，加热至40-60℃，开始喷洒GMA，继续加热搅拌，在100℃-105℃的温度下搅拌10-15min，对混合物进行生物基单体改性，制成SiO2/MPP杂化阻燃增强材料，冷却至常温备用。
（3）制备SiO2/MPP/NBR杂化改性母炼胶
将步骤（2）制备的SiO2/MPP杂化阻燃增强材料加入密炼机中，密炼机转子转速20rpm，加热至70--80℃，然后加入NBR共混，对SiO2/MPP杂化阻燃增强材料进行大分子改性，共混时间150-180s，排胶温度90-100℃，出片，冷却至常温，制成SiO2/MPP/NBR杂化改性母炼胶，停放8h后使用。
（4）制备一段混炼胶
首先将SSBR、ENR塑炼胶和步骤（3）制备的SiO2/MPP/NBR杂化改性母炼胶投入密炼机中，密炼机转子转速40rpm，混炼120-150s，再投入氧化锌、硬脂酸、防老剂、石蜡、炭黑、红磷、ADP、BDP、粘合剂、抗静电剂，继续混炼210-240s，排胶温度130-135℃，出片，冷却，制成一段混炼胶，停放8h后使用。
（5）制备二段混炼胶
将步骤（4）制备的一段混炼胶及硫磺、促进剂投入密炼机中，密炼机转子速度20rpm，混炼100-120s，排胶温度90-100℃，出片，冷却，制得二段混炼胶，即为本发明的滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料。
在平板硫化机上硫化（温度 150℃，压力 10MPa,时间 20min）,本实施例的滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料的检测数据见表1.
实施例2
本发实施例提供一种低滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料及其制备方法，所述的低滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料按重量比的组分组成是：
ENR-25 30份，SSBR2000R 50份，NBR-26 20份，氧化锌5份，硬脂酸1份，硫磺2.2份，促进剂DM 0.8份，促进剂CZ 1份，防老剂RD 1份，防老剂4020 1份，石蜡1份，N234炭黑30份，ADP 20份，红磷10份， SiO2/MPP杂化阻燃增强材料45份，粘合剂AS-88 2份，抗静电剂K01 2份。
所述的SiO2/MPP杂化阻燃增强材料是白炭黑（SiO2）/三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）/芳纶浆粕(AP)/纳米氮化硅(Si3N4)/甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）的组合物，五种组分的质量比为45%/40%/6%/5%/4%。
本实施例所述的滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)、制备ENR塑炼胶
将ENR加入密炼机中，转子速度40rpm，塑炼180～220s，排胶温度120～125℃，制成ENR塑炼胶，停放8h后使用。
（2）制备SiO2/MPP杂化阻燃增强材料
将SiO2、MPP、AP、纳米Si3N4投入捏合机中加热搅拌，搅拌速度为350-400rpm，加热至40-60℃，开始喷洒GMA，继续加热搅拌，在100℃-105℃的温度下搅拌10-15min，对混合物进行生物基单体改性，制成SiO2/MPP杂化阻燃增强材料，冷却至常温备用。
（3）制备SiO2/MPP/NBR杂化改性母炼胶
将步骤（2）制备的SiO2/MPP杂化阻燃增强材料加入密炼机中，密炼机转子转速20rpm，加热至70--80℃，然后加入NBR共混，对SiO2/MPP杂化阻燃增强材料进行大分子改性，共混时间150-180s，排胶温度90-100℃，出片，冷却至常温，制成SiO2/MPP/NBR杂化改性母炼胶，停放8h后使用。
（4）制备一段混炼胶
首先将SSBR、ENR塑炼胶和步骤（3）制备的SiO2/MPP/NBR杂化改性母炼胶投入密炼机中，密炼机转子转速40rpm，混炼120-150s，再投入氧化锌、硬脂酸、防老剂、石蜡、炭黑、红磷、ADP、BDP、粘合剂、抗静电剂，继续混炼210-240s，排胶温度130-135℃，出片，冷却，制成一段混炼胶，停放8h后使用。
（5）制备二段混炼胶
将步骤（4）制备的一段混炼胶及硫磺、促进剂投入密炼机中，密炼机转子速度20rpm，混炼100-120s，排胶温度90-100℃，出片，冷却，制得二段混炼胶，即为本发明的滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料。
在平板硫化机上硫化（温度 150℃，压力 10MPa,时间 20min）,本实施例的滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料的检测数据见表1.
实施例3
本发实施例提供一种低滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料及其制备方法，所述的低滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料按重量比的组分组成是：
ENR-25 35份，SSBR2000R 45份，NBR-26 20份，氧化锌5份，硬脂酸1份，硫磺2.2份，促进剂DM 0.8份，促进剂CZ 1份，防老剂RD 1份，防老剂4020 1份，石蜡1份，N234炭黑25份，ADP 22份，红磷8份， SiO2/MPP杂化阻燃增强材料50份，粘合剂AS-88 2份，抗静电剂K01 2份。
所述的SiO2/MPP杂化阻燃增强材料是白炭黑（SiO2）/三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）/芳纶浆粕(AP)/纳米氮化硅(Si3N4)/甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）的组合物，五种组分的质量比为45%/40%/6%/5%/4%。
本实施例所述的滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)、制备ENR塑炼胶
将ENR加入密炼机中，转子速度40rpm，塑炼180～220s，排胶温度120～125℃，制成ENR塑炼胶，停放8h后使用。
（2）制备SiO2/MPP杂化阻燃增强材料
将SiO2、MPP、AP、纳米Si3N4投入捏合机中加热搅拌，搅拌速度为350-400rpm，加热至40-60℃，开始喷洒GMA，继续加热搅拌，在100℃-105℃的温度下搅拌10-15min，对混合物进行生物基单体改性，制成SiO2/MPP杂化阻燃增强材料，冷却至常温备用。
（3）制备SiO2/MPP/NBR杂化改性母炼胶
将步骤（2）制备的SiO2/MPP杂化阻燃增强材料加入密炼机中，密炼机转子转速20rpm，加热至70--80℃，然后加入NBR共混，对SiO2/MPP杂化阻燃增强材料进行大分子改性，共混时间150-180s，排胶温度90-100℃，出片，冷却至常温，制成SiO2/MPP/NBR杂化改性母炼胶，停放8h后使用。
（4）制备一段混炼胶
首先将SSBR、ENR塑炼胶和步骤（3）制备的SiO2/MPP/NBR杂化改性母炼胶投入密炼机中，密炼机转子转速40rpm，混炼120-150s，再投入氧化锌、硬脂酸、防老剂、石蜡、炭黑、红磷、ADP、BDP、粘合剂、抗静电剂，继续混炼210-240s，排胶温度130-135℃，出片，冷却，制成一段混炼胶，停放8h后使用。
（5）制备二段混炼胶
将步骤（4）制备的一段混炼胶及硫磺、促进剂投入密炼机中，密炼机转子速度20rpm，混炼100-120s，排胶温度90-100℃，出片，冷却，制得二段混炼胶，即为本发明的滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料。
在平板硫化机上硫化（温度 150℃，压力 10MPa,时间 20min）,本实施例的滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料的检测数据见表1。
表1、检测数据
。
Claims (1)
1.一种低滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料，其特征在于：所述的低滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料按重量比的组分组成是：
环氧天然橡胶ENR-25 25-35份，溶聚丁苯橡胶 SSBR2000R 45-55份，丁腈橡胶NBR-2620份，氧化锌5份，硬脂酸1份，硫磺2.2份，促进剂DM 0.8份，促进剂CZ 1份，防老剂RD 1份，防老剂4020 1份，石蜡1份，N234炭黑25-35份，二乙基次磷酸铝18-22份，红磷8-12份，三苯基磷酸酯8-12份， SiO2/MPP杂化阻燃增强材料40-50份，粘合剂AS-88 2份，抗静电剂K01 2份；
所述的SiO2/MPP杂化阻燃增强材料是白炭黑/三聚氰胺聚磷酸盐/芳纶浆粕/纳米氮化硅/甲基丙烯酸缩水甘油酯的组合物，白炭黑/三聚氰胺聚磷酸盐/芳纶浆粕/纳米氮化硅/甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量占比为45%/40%/6%/5%/4%；
所述的低滚阻高性能绿色阻燃橡胶复合材料的制备包括以下步骤：
(1)、制备ENR塑炼胶
将ENR-25加入密炼机中，转子速度40rpm，塑炼180～220s，排胶温度120～125℃，制成ENR塑炼胶，停放8h后使用；
（2）制备SiO2/MPP杂化阻燃增强材料
将白炭黑、三聚氰胺聚磷酸盐、芳纶浆粕、纳米氮化硅投入捏合机中加热搅拌，搅拌速度为350-400rpm，加热至40-60℃，开始喷洒甲基丙烯酸缩水甘油酯，继续加热搅拌，在100℃-105℃的温度下搅拌10-15min，对混合物进行生物基单体改性，制成SiO2/MPP杂化阻燃增强材料，冷却至常温备用；
（3）制备SiO2/MPP/NBR杂化改性母炼胶
将步骤（2）制备的SiO2/MPP杂化阻燃增强材料加入密炼机中，密炼机转子转速20rpm，加热至70--80℃，然后加入NBR-26共混，对SiO2/MPP杂化阻燃增强材料进行大分子改性，共混时间150-180s，排胶温度90-100℃，出片，冷却至常温，制成SiO2/MPP/NBR杂化改性母炼胶，停放8h后使用；
（4）制备一段混炼胶
首先将SSBR2000R、ENR塑炼胶和步骤（3）制备的SiO2/MPP/NBR杂化改性母炼胶投入密炼机中，密炼机转子转速40rpm，混炼120-150s，再投入氧化锌、硬脂酸、防老剂、石蜡、炭黑、红磷、二乙基次磷酸铝、三苯基磷酸酯、粘合剂、抗静电剂，继续混炼210-240s，排胶温度130-135℃，出片，冷却，制成一段混炼胶，停放8h后使用；
（5）制备二段混炼胶
将步骤（4）制备的一段混炼胶及硫磺、促进剂投入密炼机中，密炼机转子速度20rpm，混炼100-120s，排胶温度90-100℃，出片，冷却，制得二段混炼胶。
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| CN103772743A (zh) * | 2012-10-24 | 2014-05-07 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种纳米复合材料及其制备方法和一种硫化橡胶及其应用 |
| CN104945694A (zh) * | 2014-03-31 | 2015-09-30 | 山东隆源橡胶有限公司 | 一种耐油阻燃覆盖胶及其制备方法 |
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2022
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| 环氧化天然橡胶改性的丁苯橡胶/白炭黑复合材料的形态和性能;许体文等;《合成橡胶工业》;第34卷(第4期);291-295 * |
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