專利名稱：含有凹凸棒土阻燃劑的阻燃天然橡膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種阻燃天然橡膠及其制備方法。
背景技術(shù)：
天然橡膠是一種應(yīng)用最廣的通用橡膠，其主要成分是聚異戊二烯，分子式是(C5H8)n。天然橡膠具有良好的綜合物理機(jī)械性能，常溫下有較高彈性，有較好的耐堿性，滯后損失小，生熱低，廣泛應(yīng)用于輪胎、手套、輸送帶、膠管、醫(yī)療衛(wèi)生制品及減震器等方面。然而，由于天然橡膠極限氧指數(shù)(LOI)在17左右，屬易燃材料，限制了其制品的應(yīng)用范圍，所以一般采用添加阻燃劑的方法來(lái)提高天然橡膠的阻燃性能。阻燃劑目前主要有機(jī)阻燃劑和無(wú)機(jī)阻燃劑。有機(jī)阻燃劑是以溴系、氮系和紅磷及化合物為代表的一些阻燃劑，在材料燃燒過程中，會(huì)產(chǎn)生有毒有害的氣體，對(duì)人體和環(huán)境造成傷害。無(wú)機(jī)阻燃劑主要是三氧化二銻、氫氧化鎂、氫氧化鋁和硅系阻燃體系，目前使用最廣泛。具有無(wú)齒、熱穩(wěn)定性好、不揮發(fā)、不析出、不產(chǎn)生腐蝕性和有毒性氣體且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。但卻存在添加量大且與天然橡膠相容性差、阻燃效果差、對(duì)材料的加工和機(jī)械性能影響很大等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種含有凹凸棒土阻燃劑的阻燃天然橡膠及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。本發(fā)明的含有凹凸棒土阻燃劑的阻燃天然橡膠，各個(gè)組分的重量份數(shù)為天然橡膠100份
硬脂酸I 2份
氧化鋅4 6份
促進(jìn)劑DPGI 2份
促進(jìn)劑CZ0.5 I份
促進(jìn)劑NOBS0.5 I份
防老劑RD0.5 I份
防老劑4020O 5 I份 硫化劑3 6份
納米阻燃劑10 80份所述促進(jìn)劑DPG為二苯胍，促進(jìn)劑NOBS為2_苯并噻唑基-N-嗎啉基硫醚，促進(jìn)劑CZ為N-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺；所述防老劑RD為2，2，4-三甲基-1，2- 二氫喹啉聚合物，防老劑4020為N-(1，3-二甲基丁基)-N'-苯基對(duì)苯二胺；所述硫化劑為DTDM和硫黃，質(zhì)量比為3:1 I: I ;硫化劑DTDM的化學(xué)名稱為二硫代嗎啡啉，采用浙江黃巖浙東橡助劑有限公司的
女口
廣叩；所述納米阻燃劑為包括如下重量份數(shù)的組分凹凸棒土 5 60份協(xié)同阻燃劑 5 20份偶聯(lián)劑O. I 4份所述凹凸棒土又稱坡縷石或坡縷縞石或凹凸棒石粘土，為一種水合鎂鋁硅酸鹽礦物，具有獨(dú)特的層鏈狀結(jié)構(gòu)特征，晶體中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+，晶體呈針狀，纖維狀或纖維集合狀的納米棒狀材料。由于凹凸棒土的特殊結(jié)構(gòu)，目前在塑料、橡膠等工業(yè)中作為增強(qiáng)填料，可采用江蘇玖川納米材料科技有限公司公司牌號(hào)為JC-052的產(chǎn)品；所述協(xié)同阻燃劑為氫氧化鎂、氫氧化鋁、三聚氰胺或三聚氰胺氰尿酸鹽的中一種以上；所述偶聯(lián)劑選自鈦酸酯、Si-69、硬脂酸或硼酸酯；其中鈦酸酯為異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯，可采用南京曙光化工集團(tuán)有限公司牌號(hào)為NDZ-201產(chǎn)品；Si-69的化學(xué)名稱為雙-U -(三乙氧基硅)丙基]四硫化物，采用南京曙光硅烷化工有限公司牌號(hào)為KH-845-4的產(chǎn)品；所述納米阻燃劑的平均直徑為20 IOOnm ；
所述納米阻燃劑的制備方法如下將凹凸棒土在105 1000°C下熱處理2 4小時(shí),然后將偶聯(lián)劑、凹凸棒土和協(xié)同阻燃劑投入混合機(jī)中，在80 110°C的溫度下攪拌混合，即可得到所述的納米阻燃劑。本發(fā)明的阻燃天然橡膠的制備方法，包括如下步驟在橡膠開煉機(jī)上塑煉天然橡膠，然后添加硬脂酸、氧化鋅、防老劑和促進(jìn)劑混合；向混合膠料中添加所述納米阻燃劑，混合，冷卻至室溫；繼續(xù)添加硫化劑，混合；停放8 24小時(shí)后進(jìn)行硫化,硫化時(shí)間3 6min,硫化溫度140 160°C,即可得 到本發(fā)明所述的阻燃天然橡膠。本發(fā)明采用新型環(huán)保納米阻燃劑，在獲得高阻燃性能的同時(shí)能夠提高橡膠材料的力學(xué)性能，也能夠顯著降低橡膠的生產(chǎn)成本。制備方法簡(jiǎn)單高效，阻燃劑來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，制備的天然橡膠燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，保護(hù)環(huán)境和人類健康，擴(kuò)大了天然橡膠的使用范圍。
具體實(shí)施例方式通過以下的實(shí)施例將進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不能限定本發(fā)明的內(nèi)容。實(shí)施例中，組分均為重量份；實(shí)施例中，硫化天然橡膠的力學(xué)性能采用GB/T528-2009硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定；阻燃性能采用GB/T10707-2008橡膠燃燒性能的測(cè)定。實(shí)施例I(1)50份平均直徑為20nm納米凹凸棒土在105°C下熱處理4小時(shí)后與50份平均直徑為IOOnm的氫氧化鎂一起添加到高速混合機(jī)，添加鈦酸酯I份，在80°C的溫度下攪拌混合lh，得到改性的納米阻燃劑。(2) 100份天然橡膠在橡膠開煉機(jī)上塑化后依次添加硬脂酸I份，氧化鋅4份，防老劑RD O. 5份，防老劑40201份，促進(jìn)劑DPG I份，促進(jìn)劑CZ I份，促進(jìn)劑NOBS I份，混合均勻；(3)繼續(xù)添加步驟(I)中獲得的改性納米阻燃劑10份，混合均勻；冷卻至室溫后，添加硫化劑DTDM I份和硫黃I份，充分混合均勻；停放8小時(shí)后進(jìn)行硫化，工藝條件硫化時(shí)間3min，硫化溫度160°C。硫化后即可得到產(chǎn)品。拉伸強(qiáng)度為19. 85MPa，斷裂伸長(zhǎng)率503%，氧指數(shù)為28，垂直燃燒達(dá)到FV-O級(jí)。實(shí)施例2采用與實(shí)施例I相同的方法，其中(I) 120份平均直徑為40nm納米凹凸棒土在1000°C下熱處理2小時(shí)后與30份平均直徑為80nm的氫氧化鋁一起添加到高速混合機(jī)，添加硼酸酯6份，在110°C的溫度下攪拌混合O. 5h，得到改性的納米阻燃劑。(2)100份天然橡膠在橡膠開煉機(jī)上塑化后依次添加硬脂酸2份，氧化鋅6份，防老劑RD I份，防老劑4020 O. 5份，促進(jìn)劑DPG 2份，促進(jìn)劑CZ O. 5份，促進(jìn)劑NOBS O. 5份，充分混合均勻；(3)繼續(xù)添加步驟(I)中改性納米阻燃劑80份，混合均勻；冷卻至室溫后，添加硫化劑DTDM 3份和硫黃I份，充分混合均勻；停放24小時(shí)后進(jìn)行硫化，工藝條件硫化時(shí)間6min，硫化溫度140°C。硫化后即可得到產(chǎn)品。拉伸強(qiáng)度為21. 05MPa，斷裂伸長(zhǎng)率489%，氧指數(shù)為36，垂直燃燒達(dá)到FV-O級(jí)。實(shí)施例3采用與實(shí)施例I相同的方法，其中(1)90份平均直徑為60nm納米凹凸棒土在700°C下熱處理2小時(shí)后與15份平均直徑為50nm的三聚氰胺氰尿酸鹽和15份平均直徑為60nm的三聚氰胺一起添加到高速混合機(jī)，添加Si-692. 4份，在90°C的溫度下攪拌混合O. 7h，得到改性的納米阻燃劑。(2) 100份天然橡膠在橡膠開煉機(jī)上塑化后依次添加硬脂酸I. 5份，氧化鋅5份，防老劑RD O. 8份，防老劑40200. 6份，促進(jìn)劑DPG I. 5份，促進(jìn)劑CZ O. 4份，促進(jìn)劑NOBS
O.6份，充分混合均勻；(3)繼續(xù)添加步驟(I)中改性納米阻燃劑40份，混合均勻；冷卻至室溫后，添加硫化劑DTDM 2份和硫黃I份，充分混合均勻；停放16小時(shí)后進(jìn)行硫化，工藝條件硫化時(shí)間5min，硫化溫度150°C。硫化后即可得到產(chǎn)品。拉伸強(qiáng)度為22. 86MPa，斷裂伸長(zhǎng)率476%，氧指數(shù)為34，垂直燃燒達(dá)到FV-O級(jí)。
權(quán)利要求
1.含有凹凸棒土阻燃劑的阻燃天然橡膠，其特征在于，各個(gè)組分的重量份數(shù)為 天然橡膠100份 硬脂酸I 2份 氧化鋅4 6份促進(jìn)劑DPGI 2份促進(jìn)劑CZ0.5 I份促進(jìn)劑NOBS0.5 I份 防老劑RD0.5 I份 防老劑4020O 5 I份 硫化劑3 6份 納米阻燃劑10 80份; 所述納米阻燃劑為包括如下重量份數(shù)的組分 凹凸棒土 5 60份 協(xié)同阻燃劑 5 20份 偶聯(lián)劑O. I 4份。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的含有凹凸棒土阻燃劑的阻燃天然橡膠，其特征在于，所述協(xié)同阻燃劑為氫氧化鎂、氫氧化鋁、三聚氰胺或三聚氰胺氰尿酸鹽的中一種以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含有凹凸棒土阻燃劑的阻燃天然橡膠，其特征在于，所述偶聯(lián)劑選自鈦酸酯、Si-69、硬脂酸或硼酸酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的含有凹凸棒土阻燃劑的阻燃天然橡膠，其特征在于，所述納米阻燃劑的平均直徑為20 lOOnm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4任一項(xiàng)所述的含有凹凸棒土阻燃劑的阻燃天然橡膠的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 在橡膠開煉機(jī)上塑煉天然橡膠，然后添加硬脂酸、氧化鋅、防老劑和促進(jìn)劑混合； 向混合膠料中添加納米阻燃劑，混合，冷卻至室溫； 繼續(xù)添加硫化劑，混合； 停放8 24小時(shí)后進(jìn)行硫化，硫化時(shí)間3 6min，硫化溫度140 160°C，即可得到本發(fā)明所述的阻燃天然橡膠。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含有凹凸棒土阻燃劑的阻燃天然橡膠及其制備方法，阻燃天然橡膠各個(gè)組分的重量份數(shù)為天然橡膠100份，硬脂酸1～2份，氧化鋅4～6份，促進(jìn)劑DPG 1～2份，促進(jìn)劑CZ 0.5～1份，促進(jìn)劑NOBS 0.5～1份，防老劑RD 0.5～1份，防老劑40200.5～1份，硫化劑3～6份，納米阻燃劑10～80份，納米阻燃劑為包括如下重量份數(shù)的組分凹凸棒土5～60份，協(xié)同阻燃劑5～20份，偶聯(lián)劑0.1～4份。本發(fā)明在獲得高阻燃性能的同時(shí)能夠提高橡膠材料的力學(xué)性能，制備的天然橡膠燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，保護(hù)環(huán)境和人類健康，擴(kuò)大了天然橡膠的使用范圍。
文檔編號(hào)C08K9/04GK102888029SQ20121040331
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者王繼虎, 溫紹國(guó), 宋詩(shī)高, 蘇月 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)