CN115710402A - 一种高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料及其制备方法。其特征在于选用ADP、MPP复合，首先通过GMA对其进行生物基单体改性制备ADP/MPP杂化阻燃剂，然后通过SEPS对ADP/MPP杂化阻燃剂进行大分子改性处理，制备ADP/MPP/SEPS杂化阻燃母炼胶与EPDM/BR共混，通过优化配方和工艺，制备高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料,具有优异的耐候性能、力学性能和阻燃性能，且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，可长期在‑50℃—‑50℃环境下长期使用，满足轨道交通和矿山橡胶制品的特殊性能要求。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，是一种高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料及其制备方法。
背景技术
高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料在轨道交通及矿山的工务工程中主要用于减震、降噪、防水和运输，目前大量使用的是橡胶垫板、橡胶套靴、橡胶桥梁支座、橡胶止水带、橡胶输送带、橡胶衬板、橡胶筛板和橡胶弹簧等，由于这些产品长期裸露于大气中或置于轨枕使用，因此要求具有优良的耐天候老化、耐寒、耐潮、耐磨、耐冲击、耐剪切以及良好的电绝缘和吸震性能。另外，地铁、隧道、车站属于地下及公共场所，欧美及发达国家要求使用的橡胶材料必须是低烟无卤阻燃的。随着中国铁路向高速、重载方向快速、健康发展，对橡胶材料提出了更高的要求。目前，我国轨道交通及矿山用橡胶材料存在的主要问题，一是蠕变严重、老化性能差，使用寿命短；二是耐寒性差，不能满足极寒环境的使用要求；三是使用非阻燃的材料，不符合欧盟及发达国家的要求。轨道交通的地铁、隧道、车站属于地下及公共场所，欧美及发达国家要求使用的橡胶材料必须是低烟无卤阻燃的，而我国在这些场合中因为含氯橡胶材料具有良好的耐热老化性能仍得到广泛应用。近年来，我国开始鼓励在这些场所使用低烟无卤的阻燃橡胶材料，虽未对此作强制要求，但这已是必然的趋势。
发明内容
本发明面向轨道交通和矿山的需求，提供一种高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料，具有优异的耐候性能、力学性能和阻燃性能，且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，可长期在-50℃—50℃环境下长期使用，满足轨道交通和矿山橡胶制品的特殊性能要求，特别适宜生产轨道交通和矿山常用的橡胶垫板、橡胶套靴、橡胶桥梁支座、橡胶止水带、橡胶输送带、橡胶衬板、橡胶筛板和橡胶弹簧等产品。
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。
本发明提供一种高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料及其制备方法，所述的高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料按重量比的组分组成是：
三元乙丙橡胶（EPDM）45-55份，顺丁橡胶（BR）30-40份，氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEPS）15份，氧化锌2-4份，硬脂酸1份，硫磺1.2-1.6份，过氧化二异丙苯（DCP）2-3份，三烯丙异氰脲酸酯(TAIC)1-2份，促进剂DM 0.6-1 份，促进剂TRA 0.6-1份，防老剂RD 1份，防老剂4020 1份，石蜡1份，N220炭黑40份，硼酸锌8-10份，红磷8-10份， ADP/MPP杂化阻燃剂25-35份，二苯基磷酸酯（BDP）8-10份；
所述的ADP/MPP杂化阻燃剂是二乙基次磷酸铝（ADP）/三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）/甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）的组合物，二乙基次磷酸铝（ADP）/三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）/甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）的质量比为50%/45%/5%。
所述的制备方法包括以下步骤：
(1) 制备ADP/MPP杂化阻燃剂
将ADP 、MPP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ADP/MPP杂化阻燃剂，冷却至常温备用；
（2）制备ADP/MPP/SEPS杂化阻燃母炼胶
将步骤（1）制备的ADP/MPP杂化阻燃剂加入密炼机中，密炼机转子转速20rpm，加热至70--80℃，然后加入SEPS共混，对ADP/MPP杂化阻燃剂进行大分子改性，共混时间180-200s，排胶温度125-130℃，出片，冷却至常温，制成ADP/MPP/SEPS杂化阻燃母炼胶，停放8h后使用；
（3）制备一段混炼胶
首先将EPDM、BR和步骤（2）制备的ADP/MPP/SEPS杂化阻燃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、硼酸锌、红磷、BDP，继续混炼210-240s，排胶温度155-160℃，出片，冷却，制成一段混炼胶，停放8h后使用；
（4）制备二段混炼胶
将步骤（3）制备的一段混炼胶及硫磺、DCP、TAIC、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，即为本发明的高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。
1、选用ADP、MPP复合，首先通过GMA对其进行生物基单体改性制备ADP/MPP杂化阻燃剂，然后通过SEPS对ADP/MPP杂化阻燃剂进行大分子改性处理，制备ADP/MPP/SEPS杂化阻燃母炼胶与EPDM/BR共混，通过优化配方和工艺，制备高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料,具有优异的耐候性能、力学性能和阻燃性能，且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，可长期在-50℃—50℃环境下长期使用，满足轨道交通和矿山橡胶制品的特殊性能要求。
2、选用硼酸锌/红磷/BOD与ADP/MPP杂化阻燃剂组成无卤阻燃体系,具有协同效应，可同时提硫化橡胶的阻燃性能、环保性能和力学性能。
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ADP/MPP杂化阻燃剂进行改性处理，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ADP/MPP杂化阻燃剂分散更均匀，Payne效应减弱，同时覆盖胶的硫化时间缩短，阻燃性能、力学性能提高。
4、使用SEPS对ADP/MPP杂化阻燃剂进行大分子改性，可有效包覆ADP/MPP杂化阻燃剂，而且将SEPS先与ADP/MPP杂化阻燃剂混合制备ADP/MPP/SEPS杂化阻燃母炼胶,再与EPDM/BR共混，可以在较大提高硫化橡胶的阻燃性能的同时，提高了硫化橡胶的力学性能。
5、将ADP、MPP复合，先使用GMA进行生物基单体改性，再使用SEPS进行大分子改性，使硫化橡胶的阻燃性能和力学性能显著提高。
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
本实施例提供一种高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料，所述的高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料按重量比的组分组成是：
EPDM 45份，BR 40份， SEPS 15份，氧化锌4份，硬脂酸1份，硫磺1.6份，DCP 2份，TAIC 1份，促进剂DM 1 份，促进剂TRA 1份，防老剂RD 1份，防老剂4020 1份，石蜡1份，N220炭黑40份，硼酸锌10份，红磷10份， ADP/MPP杂化阻燃剂25份，BDP 10份。
所述的ADP/MPP杂化阻燃剂是二乙基次磷酸铝（ADP）/三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）/甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）的组合物，三种组分的质量比为50%/45%/5%。
所述的制备方法包括以下步骤：
(1) 制备ADP/MPP杂化阻燃剂
将ADP 、MPP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ADP/MPP杂化阻燃剂，冷却至常温备用；
（2）制备ADP/MPP/SEPS杂化阻燃母炼胶
将步骤（1）制备的ADP/MPP杂化阻燃剂加入密炼机中，密炼机转子转速20rpm，加热至70--80℃，然后加入SEPS共混，对ADP/MPP杂化阻燃剂进行大分子改性，共混时间180-200s，排胶温度125-130℃，出片，冷却至常温，制成ADP/MPP/SEPS杂化阻燃母炼胶，停放8h后使用；
（3）制备一段混炼胶
首先将EPDM、BR和步骤（2）制备的ADP/MPP/SEPS杂化阻燃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、硼酸锌、红磷、BDP，继续混炼210-240s，排胶温度155-160℃，出片，冷却，制成一段混炼胶，停放8h后使用；
（4）制备二段混炼胶
将步骤（3）制备的一段混炼胶及硫磺、DCP、TAIC、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，即为本发明的高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料。
在平板硫化机上硫化（温度 150℃，压力 10MPa,时间 20min）,本实施例的高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料的检测数据见表1。
实施例2
本实施例提供一种高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料，所述的高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料按重量比的组分组成是：
EPDM 50份，BR 35份， SEPS 15份，氧化锌3份，硬脂酸1份，硫磺1.4份，DCP 2.5份，TAIC 1.5份，促进剂DM 0.8 份，促进剂TRA 0.8份，防老剂RD 1份，防老剂4020 1份，石蜡1份，N220炭黑40份，硼酸锌9份，红磷9份， ADP/MPP杂化阻燃剂30份，BDP 9份。
所述的ADP/MPP杂化阻燃剂是二乙基次磷酸铝（ADP）/三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）/甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）的组合物，三种组分的质量比为50%/45%/5%。
所述的制备方法包括以下步骤：
(1) 制备ADP/MPP杂化阻燃剂
将ADP 、MPP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ADP/MPP杂化阻燃剂，冷却至常温备用；
（2）制备ADP/MPP/SEPS杂化阻燃母炼胶
将步骤（1）制备的ADP/MPP杂化阻燃剂加入密炼机中，密炼机转子转速20rpm，加热至70--80℃，然后加入SEPS共混，对ADP/MPP杂化阻燃剂进行大分子改性，共混时间180-200s，排胶温度125-130℃，出片，冷却至常温，制成ADP/MPP/SEPS杂化阻燃母炼胶，停放8h后使用；
（3）制备一段混炼胶
首先将EPDM、BR和步骤（2）制备的ADP/MPP/SEPS杂化阻燃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、硼酸锌、红磷、BDP，继续混炼210-240s，排胶温度155-160℃，出片，冷却，制成一段混炼胶，停放8h后使用；
（4）制备二段混炼胶
将步骤（3）制备的一段混炼胶及硫磺、DCP、TAIC、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，即为本发明的高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料。
在平板硫化机上硫化（温度 150℃，压力 10MPa,时间 20min）,本实施例的高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料的检测数据见表1。
实施例3
本实施例提供一种高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料，所述的高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料按重量比的组分组成是：
EPDM 55份，BR 30份， SEPS 15份，氧化锌2份，硬脂酸1份，硫磺1.2份，DCP 3份，TAIC 2份，促进剂DM 0.6 份，促进剂TRA 0.6份，防老剂RD 1份，防老剂4020 1份，石蜡1份，N220炭黑40份，硼酸锌8份，红磷8份， ADP/MPP杂化阻燃剂35份，BDP 8份。
所述的ADP/MPP杂化阻燃剂是二乙基次磷酸铝（ADP）/三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）/甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）的组合物，三种组分的质量比为50%/45%/5%。
所述的制备方法包括以下步骤：
(1) 制备ADP/MPP杂化阻燃剂
将ADP 、MPP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ADP/MPP杂化阻燃剂，冷却至常温备用；
（2）制备ADP/MPP/SEPS杂化阻燃母炼胶
将步骤（1）制备的ADP/MPP杂化阻燃剂加入密炼机中，密炼机转子转速20rpm，加热至70--80℃，然后加入SEPS共混，对ADP/MPP杂化阻燃剂进行大分子改性，共混时间180-200s，排胶温度125-130℃，出片，冷却至常温，制成ADP/MPP/SEPS杂化阻燃母炼胶，停放8h后使用；
（3）制备一段混炼胶
首先将EPDM、BR和步骤（2）制备的ADP/MPP/SEPS杂化阻燃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、硼酸锌、红磷、BDP，继续混炼210-240s，排胶温度155-160℃，出片，冷却，制成一段混炼胶，停放8h后使用；
（4）制备二段混炼胶
将步骤（3）制备的一段混炼胶及硫磺、DCP、TAIC、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，即为本发明的高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料。
在平板硫化机上硫化（温度 150℃，压力 10MPa,时间 20min）,本实施例的高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料的检测数据见表1。
表1、检测数据
Claims (2)
1.一种高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料，其特征在于：所述的高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料按重量比的组分组成是：
三元乙丙橡胶EPDM 45-55份，顺丁橡胶BR 30-40份，氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物SEPS 15份，氧化锌2-4份，硬脂酸1份，硫磺1.2-1.6份，过氧化二异丙苯（DCP）2-3份，三烯丙异氰脲酸酯TAIC 1-2份，促进剂DM 0.6-1 份，促进剂TRA 0.6-1份，防老剂RD 1份，防老剂4020 1份，石蜡1份，N220炭黑40份，硼酸锌8-10份，红磷8-10份， ADP/MPP杂化阻燃剂25-35份，二苯基磷酸酯（BDP）8-10份；
所述的ADP/MPP杂化阻燃剂是二乙基次磷酸铝ADP/三聚氰胺聚磷酸盐MPP/甲基丙烯缩水甘油酯GMA的组合物，二乙基次磷酸铝ADP/三聚氰胺聚磷酸盐MPP/甲基丙烯缩水甘油酯GMA的质量比为50%/45%/5%。
2.如权利要求1所述的高耐候性的环保阻燃橡胶复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1) 制备ADP/MPP杂化阻燃剂
将ADP 、MPP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ADP/MPP杂化阻燃剂，冷却至常温备用；
（2）制备ADP/MPP/SEPS杂化阻燃母炼胶
将步骤（1）制备的ADP/MPP杂化阻燃剂加入密炼机中，密炼机转子转速20rpm，加热至70--80℃，然后加入SEPS共混，对ADP/MPP杂化阻燃剂进行大分子改性，共混时间180-200s，排胶温度125-130℃，出片，冷却至常温，制成ADP/MPP/SEPS杂化阻燃母炼胶，停放8h后使用；
（3）制备一段混炼胶
首先将EPDM、BR和步骤（2）制备的ADP/MPP/SEPS杂化阻燃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、硼酸锌、红磷、BDP，继续混炼210-240s，排胶温度155-160℃，出片，冷却，制成一段混炼胶，停放8h后使用；
（4）制备二段混炼胶
将步骤（3）制备的一段混炼胶及硫磺、DCP、TAIC、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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Denomination of invention: A highly weather resistant environmentally friendly flame-retardant rubber composite material and its preparation method Granted publication date: 20231219 Pledgee: Huaibei Branch of China Postal Savings Bank Co.,Ltd. Pledgor: ANHUI ZHONGYI RUBBER BELTS Co.,Ltd. Registration number: Y2024980021922 |