[发明专利]一种高效无卤阻燃的丁苯橡胶组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效无卤阻燃的丁苯橡胶组合物及其制备方法，属于高分子材料改性技术领域。

背景技术

丁苯橡胶(SBR)是由丁二烯(CH₂＝CH-CH＝CH₂)和苯乙烯(C₆H₅C₂H₃)共聚而成的，是一种通用合成橡胶，产量大，综合性能良好，价格低，用途广泛，在橡胶工业中占有重要地位。但是，丁苯橡胶的极限氧指数只有19％，极易燃烧而且燃烧时会产生浓烟和熔滴，一旦被引燃就可能导致严重的火灾事故，对人类的生命财产构成严重的威胁，因此，以丁苯橡胶为基础的复合材料的阻燃问题引起了广泛的关注。

目前，丁苯橡胶广泛使用的阻燃方法就是添加一些含卤的阻燃剂，用含溴的磷酸酯、芳香族溴化物、三氧化二锑和氯化铵四种阻燃剂并用，加入到丁苯橡胶中，可以得到阻燃效果较好的胶料。中国发明专利申请(CN104610608A)公开了一种电缆用阻燃丁苯橡胶套及其制备方法，该专利以丁苯橡胶为基体，三溴苯基丙烯酸酯和三氧化二锑为主燃剂，硼酸锌为辅阻燃剂，制得的阻燃丁苯橡胶的极限氧指数最高达30％。中国发明专利申请(CN105086025A)公开了一种低烟阻燃粉末丁苯橡胶及其制备方法，该专利采用四溴双酚S双烯丙基醚对丁苯胶乳进行接枝聚合改性，然后将制得的功能化可膨胀石墨和丁苯胶乳直接混合凝聚成粉，制得的低烟阻燃粉末丁苯橡胶的氧指数高达50％以上并且其阻燃剂具有持久性。这些含卤阻燃剂虽然阻燃性能高，但是在发挥阻燃作用的时候，它会释放出大量烟雾、毒性物质和腐蚀性的气体，这些物质会对环境造成污染，对人体的健康造成危害。除此之外，腐蚀性气体还会对建筑物、机器设备产生破坏等，给人们带来其它的经济损失。因此，低烟、低毒、高效、环保成为近年来研究阻燃丁苯橡胶的发展趋势。

氢氧化镁是常用的无卤阻燃剂，其优点是燃烧时不产生有害有毒的气体，热稳定性好，并且具有很好的抑烟作用，且价格低廉。但是氢氧化镁阻燃效率低，与丁苯橡胶基体的相容性差，单独使用时要使丁苯橡胶达到一定的阻燃等级所需填充量在150phr(丁苯橡胶的用量为100phr)以上，造成基体力学性能严重恶化，并导致成型加工困难。

发明内容

针对目前无卤阻燃丁苯橡胶存在的问题，本发明的目在于提供一种环保安全，对环境友好并且兼具较好力学性能的无卤阻燃丁苯橡胶组合物及其制备方法；本发明的羟甲基木质素、过渡金属硅酸盐与氢氧化镁复合阻燃丁苯橡胶组合物不含卤素元素，材料燃烧时烟雾少、无熔滴且，具有良好的阻燃性能和力学性能，其极限氧指数可达30％以上，其拉伸强度可达10MPa以上，断裂伸长率可达300％以上。

本发明发现羟甲基木质素、过渡金属硅酸盐与氢氧化镁复合存在协同配合作用，非常有利于丁苯橡胶的改性。由于木质素具有较高的相对分子质量，一般从几百到几百万不等，这使木质素具备了作为橡胶补强剂的基本条件。同时，木质素分子除了含大量的酚羟基外，还具有醇羟基、甲氧基、酚醚键、烷基等官能团，这些极性基团和分子中较强的氢键可以提高木质素与橡胶的相容性，以及可以使得木质素能够在橡胶加工和硫化过程中与橡胶分子发生化学反应，进一步提高木质素与橡胶的相互作用力，这都提高了木质素对橡胶的补强能力。而且，木质素分子中的这些极性基团均具有很强的化学反应活性，较易进行羟甲基化、烷基化、酰化、酯化等反应。经过反应改性后的木质素可以更好地分散与橡胶之中，从而使得木质素对橡胶有更好的补强效果。所以，现有技术中木质素通常作为橡胶的补强剂使用。

而在本发明中，木质素不仅作为一种补强剂使用，还兼具作为一种阻燃剂使用。其作用机理：木质素分子链上存在着大量的酚羟基和醇羟基，提高了木质素形成苯氧自由基的稳定性，同时也可以增强木质素捕捉自由基的效率。而且，对木质素进行羟甲基化的化学改性，增加酚型结构的空间位阻，使其具有类似于受阻酚型结构的性质，可提高木质素的自由基捕捉能力，则其对丁苯橡胶的阻燃性可能也会得到相应的提高。另一方面，由于木质素分子主要由苯环骨架构成，具有很高的含碳量，可以作为固相阻燃的炭源，隔绝氧和热来达到阻燃的目的。木质素虽然具有一定的阻燃效果，但单独作为阻燃剂效果还不是很理想，需与氢氧化镁复配才能取得较好的阻燃性能。