CN116218459A - 一种环保型阻燃泡棉胶及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种环保型阻燃泡棉胶及其制备方法和应用，所述环保型阻燃泡棉胶的制备原料包括乙烯基生胶、羟基硅油、补强剂、硼酸锌、氢氧化铝、催化剂、交联剂、酸性发泡剂和碱性发泡剂的组合，通过选择硼酸锌和氢氧化铝的组合作为阻燃剂，搭配一定量的泡孔，大幅度提升了泡棉胶的阻燃性能，且由于整个配方不含卤素、氮以及磷元素，所述得到的泡棉胶还具有环保的优势。
Description
技术领域
本发明属于泡棉胶技术领域，具体涉及一种环保型阻燃泡棉胶及其制备方法和应用。
背景技术
随着电子产业的飞速发展，笔记本、智能手机、PAD等电子产品的轻量化、薄型化成为主流趋势，这就导致用于它们生产的各种零部件的轻量化和薄型化势在必行。泡棉胶具有质量轻、耐温性好以及阻水性好等多方面的优势，已经被广泛应用于电子电器产品、机械零部件、各类小家电、手机配件、工业仪表、电脑及周边设备、汽车配件中。
目前，现有大部分泡棉硅胶会在制备时添加有机阻燃剂或含卤素、氮或磷等元素的无机阻燃剂来提升其阻燃性能。CN108102073A公开了一种高阻隔泡棉、其制备方法和应用、包含其的泡棉胶带及制备方法；其中，高阻隔泡棉的制备方法包括将原材料混合发泡：原材料按重量份计包括：聚醚多元醇90～110份、二苯基甲烷二异氰酸酯30～40份、发泡剂1～2份、催化剂0.3～0.8份和硅油1～5份，其中，聚醚多元醇的羟值为80～140；该发明采用特定组分及组分含量的原材料进行混合发泡，由于各组分自身的性能以及组分之间的配比和组分间的协同作用，使得制备得到的泡棉泡的大小及开口均适中，具有较好的缓冲性能和防水性能。但是，这种泡棉胶中添加的阻燃剂为溴系阻燃剂、卤系阻燃剂或磷系阻燃剂，上述阻燃剂的添加会导致得到的泡棉胶无法达到严格环保的要求。
因此，开发一种具有环保特定且阻燃性能优异的环保型阻燃泡棉胶，是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种环保型阻燃泡棉胶及其制备方法和应用，通过采用硼酸锌和氢氧化铝作为阻燃剂，搭配高温发泡过程形成的一定的泡孔率，克服了硼酸锌和氢氧化铝阻燃性能不稳定的缺点，使得到的环保型阻燃泡棉胶具有优异的阻燃性能，且不含卤素、氮以及磷等元素，环保性能优异。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种环保型阻燃泡棉胶，所述环保型阻燃泡棉胶的制备原料按照重量份包括如下组分：
其中，所述乙烯基生胶的含量为23重量份、26重量份、29重量份、32重量份、35重量份、38重量份、41重量份、44重量份或47重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述羟基硅油可以为0.2重量份、0.4重量份、0.6重量份或0.8重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述补强剂可以为15重量份、20重量份、25重量份、30重量份或35重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述硼酸锌可以为15重量份、20重量份、25重量份、30重量份、35重量份、40重量份或45重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述氢氧化铝可以为15重量份、20重量份、25重量份、30重量份、35重量份、40重量份或45重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述催化剂可以为0.2重量份、0.4重量份、0.6重量份、0.8重量份、1重量份、1.2重量份、1.4重量份、1.6重量份、1.8重量份、2重量份、2.2重量份、2.4重量份、2.6重量份或2.8重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述交联剂可以为0.2重量份、0.4重量份、0.6重量份、0.8重量份、1重量份、1.2重量份、1.4重量份、1.6重量份、1.8重量份、2重量份、2.2重量份、2.4重量份、2.6重量份或2.8重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述酸性发泡剂可以为1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份或9重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述碱性发泡剂可以为1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份或9重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明提供的环保型阻燃泡棉胶的制备原料包括乙烯基生胶、羟基硅油、补强剂、硼酸锌、氢氧化铝、催化剂、交联剂、碱性发泡剂和酸性发泡剂的组合；本发明选择硼酸锌和氢氧化铝的组合作为阻燃剂，利用所述泡棉胶发泡过程中形成的一定量的泡孔，可以使所述氢氧化铝与硼酸锌能够形成稳固的类陶瓷化闭孔结构，有效阻止了外部空气的进入以及内部产生气体的流出，大幅提升了材料隔绝空气阻燃的能力，进而克服了传统泡棉胶中采用硼酸锌和氢氧化铝作为阻燃剂会导致阻燃性能不稳定的缺点，使得到的环保型阻燃泡棉胶具有优异的阻燃性能，且由于整个体系不含卤素、氮、磷等元素，所述环保型阻燃泡棉胶还具有环保特性。
优选地，所述乙烯基生胶的分子量为30～60万，例如35万、40万、45万、50万或55万等。
优选地，所述羟基硅油中的羟基的质量百分含量为0.5～12％，例如2％、4％、6％、8％或10％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述羟基硅油的粘度为38～45mm2/s，例如39mm2/s、40mm2/s、41mm2/s、42mm2/s、43mm2/s或44mm2/s，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述补强剂包括气相法白炭黑和/或硅微粉。
优选地，所述环保型泡棉胶中气相法白炭黑的含量为5～20重量份，例如7重量份、9重量份、11重量份、13重量份、15重量份、17重量份或19重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值
优选地，所述环保型泡棉胶中硅微粉的含量为5～20重量份，例如7重量份、9重量份、11重量份、13重量份、15重量份、17重量份或19重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述交联剂包括含氢硅油。
优选地，所述含氢硅油的结构式为C3H9OSi(CH4OSi)nC3H9Si，其中，n＝1～10，例如2、4、6或8，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述含氢硅油的含氢量为0.18～0.75％，例如0.2％、0.4％或0.6％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述环保型泡棉胶的密度为0.3～1g/cm3，例如0.4g/cm3、0.5g/cm3、0.6g/cm3、0.7g/cm3、0.8g/cm3或0.9g/cm3，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值
第二方面，本发明一种如第一方面所述环保型泡棉胶的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将乙烯基生胶、羟基硅油、氢氧化铝、硼酸锌和补强剂混合，得到混炼胶A；
(2)将步骤(1)得到的混炼胶A和交联剂混合，得到混炼胶B；
(3)将步骤(2)得到的混炼胶B、催化剂、酸性发泡剂和碱性发泡剂混合，发泡，得到所述环保型泡棉胶。
优选地，步骤(1)所述混合的温度不高于80℃，例如70℃、60℃、50℃、40℃、30℃、20℃或10℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(1)所述混合的时间为0.5～1.5h，例如0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1h、1.1h、1.2h、1.3h或1.4h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(2)所述混合在抽真空的条件下进行。
优选地，步骤(2)所述混合的温度不高于30℃，例如28℃、26℃、24℃、22℃、20℃、18℃、16℃、14℃、12℃或10℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(2)所述混合的时间为0.5～1.5h，例如0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1h、1.1h、1.2h、1.3h或1.4h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(3)所述混合的温度不高于30℃，例如28℃、26℃、24℃、22℃、20℃、18℃、16℃、14℃、12℃或10℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(3)所述混合的时间为0.5～1.5h，例如0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1h、1.1h、1.2h、1.3h或1.4h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(3)所述发泡的温度为160～200℃，例如165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃或195℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
作为本发明的优选技术方案，限定步骤(3)的发泡温度为160～200℃，在上述高温下进行发泡，最大化的降低密度，泡孔率较多，可以帮助氢氧化铝与硼酸锌能够形成稳固的类陶瓷化闭孔结构，进一步提升泡棉胶的阻燃性能。
优选地，步骤(3)所述发泡的时间35～45min，例如36min、37min、38min、39min、40min、41min、42min或44min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
作为本发明的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将乙烯基生胶、羟基硅油、氢氧化铝、硼酸锌和补强剂在不高于80℃的条件下混合0.5～1.5h，得到混炼胶A；
(2)将步骤(1)得到的混炼胶A和交联剂在不高于30℃的条件下混合0.5～1.5h，得到混炼胶B；
(3)将步骤(2)得到的混炼胶B、催化剂、酸性发泡剂和碱性发泡剂在不高于30℃的条件下混合0.5～1.5h，160～200℃下发泡35～45min，得到所述环保型阻燃泡棉胶。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的环保型泡棉胶在阻燃电芯)中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的环保型阻燃泡棉胶的制备原料包括特定份数的乙烯基生胶、羟基硅油、补强剂、硼酸锌、氢氧化铝、铂金催化剂、交联剂、碱性发泡剂和酸性发泡剂的组合，通过选择硼酸锌和氢氧化铝进行搭配作为阻燃剂，并采用高温发泡的工艺形成一定量的泡孔，使所述氢氧化铝与硼酸锌能够形成稳固的类陶瓷化闭孔结构，进而有效提升了得到的环保型阻燃泡棉胶的阻燃性能，且整个配方不含卤素、氮、磷等元素，具有环保特性。
(2)本发明通过进一步限定发泡的温度，使得到的环保型阻燃泡棉胶的阻燃性能均能达到V0级，拉伸强度为1.08～2.57MPa，断裂伸长率为158～216％，密度为0.34～0.81g/cm3。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明具体实施方式部分涉及到的原料的来源信息如表1所示：
表1
| 厂家 | 牌号 | |
| 乙烯基生胶 | 合盛硅业 | 110-2 |
| 羟基硅油 | 嘉兴科瑞有机硅有限公司 | 106 |
| 交联剂 | 晨欧有机硅科技有限公司 | COL01A |
| 催化剂 | 晨欧有机硅科技有限公司 | COLF01B |
| 酸性发泡剂 | 晨欧有机硅科技有限公司 | COF01F |
| 碱性发泡剂 | 晨欧有机硅科技有限公司 | COF01S |
实施例1
一种环保型阻燃泡棉胶，其按照重量份包括如下组分：
本实施例提供的环保型阻燃泡棉胶的制备方法包括如下步骤：
(1)将乙烯基生胶、羟基硅油、氢氧化铝、硼酸锌、气相法白炭黑和硅微粉在80℃下混合1h，在真空度为-0.06Pa的条件下继续混炼0.5h，得到混炼胶A；
(2)将步骤(1)得到的混炼胶A和交联剂，在常温的条件下混合1h，得到混炼胶B；
(3)将步骤(2)得到的混炼胶B、催化剂(铂金)、酸性发泡剂和碱性发泡剂在常温下混合均匀，在180℃下发泡40min，得到所述环保型阻燃泡棉胶。
实施例2
一种环保型阻燃泡棉胶，其按照重量份包括如下组分：
本实施例提供的环保型阻燃泡棉胶的制备方法包括如下步骤：
(1)将乙烯基生胶、羟基硅油、氢氧化铝、硼酸锌、气相法白炭黑和硅微粉在50℃下混合1h，在真空度为-0.06Pa的条件下继续混炼0.5h，得到混炼胶A；
(2)将步骤(1)得到的混炼胶A和交联剂，在常温的条件下混合1h，得到混炼胶B；
(3)将步骤(2)得到的混炼胶B、催化剂(铂金)、酸性发泡剂和碱性发泡剂在常温下混合均匀，在170℃下发泡50min，得到所述环保型阻燃泡棉胶。
实施例3
一种环保型阻燃泡棉胶，其按照重量份包括如下组分：
本实施例提供的环保型阻燃泡棉胶的制备方法包括如下步骤：
(1)将乙烯基生胶、羟基硅油、氢氧化铝、硼酸锌、气相法白炭黑和硅微粉在50℃下混合1h，在真空度为-0.06Pa的条件下继续混炼0.5h，得到混炼胶A；
(2)将步骤(1)得到的混炼胶A和交联剂，在常温的条件下混合1h，得到混炼胶B；
(3)将步骤(2)得到的混炼胶B、催化剂(铂金)、酸性发泡剂和碱性发泡剂在常温下混合均匀，在190℃下发泡30min，得到所述环保型阻燃泡棉胶。
实施例4～5
一种环保型阻燃泡棉胶，其与实施例1的区别仅在于，制备方法步骤(3)中发泡的温度分别为160℃和200℃，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例6～7
一种环保型阻燃泡棉胶，其与实施例1的区别仅在于，制备方法步骤(3)中发泡的温度分别为150℃和220℃，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例1
一种环保型阻燃泡棉胶，其与实施例1的区别仅在于，不添加硼酸锌，氢氧化铝的添加量为36重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例2
一种环保型阻燃泡棉胶，其与实施例1的区别仅在于，不添加氢氧化铝，硼酸锌的添加量为36重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例3
一种环保型阻燃泡棉胶，其与实施例1的区别仅在于，不添加酸性发泡剂，碱性发泡剂的添加量为8重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例4
一种环保型阻燃泡棉胶，其与实施例1的区别仅在于，不添加碱性发泡剂，酸性发泡剂的添加量为8重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
性能测试：
(1)阻燃性：按照《UL94-V0》提供的测试方法进行测试；
(2)拉伸强度和断裂伸长率：按照《ASTM D3759》提供的测试方法进行测试；
(3)密度：按照《GB T 4472-2011》提供的测试方法进行测试。
按照上述测试方法对实施例1～7和对比例1～4提供的环保型阻燃泡棉胶进行测试，测试结果如表2所示：
表2
根据表2数据可以看出：本发明提供的环保型阻燃泡棉胶兼具优异的阻燃性和机械性能；
具体而言，实施例1～5得到的环保型阻燃泡棉胶的阻燃性能均能达到V0级，拉伸强度为1.08～2.57MPa，断裂伸长率为158～216％，密度为0.34～0.81g/cm3。
通过实施例1和对比例1～2的数据对比可以发现，仅添加氢氧化铝(对比例1)或仅添加硼酸锌(对比例2)作为阻燃剂得到的泡棉胶的阻燃性能均不佳。
再通过实施例1和对比例3～4的数据对比还可以发现，仅采用碱性发泡剂(对比例3)或仅采用酸性发泡剂(对比例4)进行发泡得到的泡棉胶不仅发泡效果差，密度高，且阻燃性也受到了影响。
最终再比较实施例1和实施例6～7的数据还可以发现，发泡温度过低(实施例6)或过高(实施例7)也会对泡棉胶的阻燃性能产生影响。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种环保型阻燃泡棉胶及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种环保型阻燃泡棉胶，其特征在于，所述环保型阻燃泡棉胶的制备原料按照重量份包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的环保型阻燃泡棉胶，其特征在于，所述乙烯基生胶的分子量为30～60万。
3.根据权利要求1或2所述的环保型阻燃泡棉胶，其特征在于，所述羟基硅油中羟基的质量百分含量为0.5～12％；
优选地，所述羟基硅油的粘度为38～45mm2/s。
4.根据权利要求1～3任一项所述的环保型阻燃泡棉胶，其特征在于，所述补强剂包括气相法白炭黑和/或硅微粉，优选为气相法白炭黑和硅微粉的组合；
优选地，所述环保型阻燃泡棉胶中气相法白炭黑的含量为5～20重量份；
优选地，所述环保型阻燃泡棉胶中硅微粉的含量为5～20重量份。
5.根据权利要求1～4任一项所述的环保型阻燃泡棉胶，其特征在于，所述催化剂包括铂金；
优选地，所述交联剂包括含氢硅油；
优选地，所述含氢硅油的结构式为C3H9OSi(CH4OSi)nC3H9Si，其中，n＝1～10；
优选地，所述含氢硅油的含氢量为0.18～0.75％。
6.根据权利要求1～5任一项所述环保型阻燃泡棉胶，其特征在于，所述环保型阻燃泡棉胶的密度为0.3～1g/cm3。
7.一种如权利要求1～6任一项所述环保型阻燃泡棉胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将乙烯基生胶、羟基硅油、氢氧化铝、硼酸锌与补强剂混合，得到混炼胶A；
(2)将步骤(1)得到的混炼胶A和交联剂混合，得到混炼胶B；
(3)将步骤(2)得到的混炼胶B、催化剂、酸性发泡剂和碱性发泡剂混合，发泡，得到所述环保型阻燃泡棉胶。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合的温度不高于80℃；
优选地，步骤(1)所述混合的时间为0.5～1.5h；
优选地，步骤(2)所述混合在抽真空的条件下进行；
优选地，步骤(2)所述混合的温度不高于30℃；
优选地，步骤(2)所述混合的时间为0.5～1.5h。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述混合的温度不高于30℃；
优选地，步骤(3)所述混合的时间为0.5～1.5h；
优选地，步骤(3)所述发泡的温度为160～200℃；
优选地，步骤(3)所述发泡的时间35～45min。
10.一种如权利要求1～6任一项所述环保型阻燃泡棉胶在阻燃电芯中的应用。
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