[发明专利]阻燃丁腈橡胶组合物、阻燃丁腈橡胶/木质素复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及橡胶材料领域，公开了一种阻燃丁腈橡胶组合物、阻燃丁腈橡胶/木质素复合材料及其制备方法和应用。该组合物中含有以下组分：丁腈橡胶基体、木质素、界面改性剂、软化剂、硫化助剂和阻燃剂，其中，所述界面改性剂为环氧化端羟基聚丁二烯橡胶、端环氧基丁腈橡胶和环氧化端羧基丁腈橡胶中的至少一种，所述阻燃剂为植酸锌和/或植酸钙。本发明提供的阻燃丁腈橡胶组合物中，通过各个组分的协同作用使得制备得到的丁腈橡胶/木质素复合材料具有优良的综合力学性能。

技术领域

本发明涉及橡胶材料领域，具体地，涉及一种阻燃丁腈橡胶组合物、阻燃丁腈橡胶/木质素复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

丁腈橡胶(NBR)由丁二烯与丙烯腈乳液共聚而制得的一种合成橡胶，凭借其良好的耐油性、耐烃类溶剂和耐热老化性能，广泛用于汽车、航空航天、石油化工、纺织、电线电缆、印刷和食品包装等领域。其缺点是耐低温性差、耐臭氧性及抗紫外老化性能差。

近年来，人们对NBR共混和改性进行了大量研究，以使NBR能够满足阻燃、耐低温、耐臭氧老化等更苛刻环境下的应用要求。

木质素是自然界内丰度最大的可再生芳香族聚合物，主要来源于制浆造纸工业的副产物和生物质(木材/秸秆等)水解产生的木质素。木质素分子结构中存在的酚羟基、羰基、醚键、甲氧基、醛基、羧基等赋予其较高的反应活性，而苯环、酚羟基等特征结构使其具有优异的抗紫外辐射与抗老化性能。利用木质素代替炭黑来制备具有优良抗紫外、抗老化性能的橡胶/木质素复合材料，不仅可以降低橡胶材料的成本，而且对于推动生物质资源的有效利用及高分子材料的绿色化发展具有重要意义。同时，木质素具有密度小，混炼终少有炭黑的粉尘飞扬等重要优势。

但由于木质素本身特殊结构和性质，在丁腈橡胶/木质素共混体系中，木质素分子极易团聚，导致其与橡胶基体相容性差并且不易分散。

而针对NBR抗热氧老化和抗紫外性能不足，常用解决方法是加入小分子的抗氧剂和光稳定剂，如受阻酚类、受阻胺类等，但这会存在迁移、抽出、具有一定毒性且会造成环境污染等问题，木质素作为含大量受阻酚基团的化合物有望克服以上问题。

虽然国内外已有大量木质素与橡胶共混制备复合材料的研究报道，但大部分制备出来的复合材料性能不佳。Naskar等[Green Chem.,2016,18:5423～5437.]在NBR与木质素高温混炼过程中引入过氧化物引发剂，使木质素与橡胶界面间形成一定的化学键，同时添加超高分子量的聚氧乙烯作为相容剂，所得复合材料的拉伸强度有所提高，但断裂伸长率未见改善甚至出现大幅降低。并且，该方法还必须严格控制木质素的结构、分子量及其分布和丁腈橡胶的丙烯腈含量。

另外，丁腈橡胶的氧指数为17～20，是易燃的聚合物，这个缺点限制了其使用范围。现有技术中通常采用添加阻燃剂的方法来提高丁腈橡胶的阻燃性，但是引入阻燃剂后阻燃性能的提高通常会伴随着力学性能的下降。同时，对无卤阻燃的要求促使新型阻燃剂的大规模试验和应用。

因此，如何进一步提高木质素与橡胶基体的界面相容性，且不受木质素结构和分子量等的限制，发挥木质素对橡胶的补强和抗老化作用是当前研究的热点。同时开发兼具优异阻燃性能和耐油性能的丁腈橡胶复合材料，对扩大丁腈橡胶材料的应用范围至关重要。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种能够获得具有较高强度、抗老化性能且能够作为阻燃用橡胶材料的阻燃丁腈橡胶组合物。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种阻燃丁腈橡胶组合物，该组合物中含有混合保存或者独立保存的以下组分：

丁腈橡胶基体、木质素、界面改性剂、软化剂、硫化助剂和阻燃剂，

其中，所述界面改性剂为环氧化端羟基聚丁二烯橡胶、端环氧基丁腈橡胶和环氧化端羧基丁腈橡胶中的至少一种，所述阻燃剂为植酸锌和/或植酸钙；