一种阻燃橡胶材料及其制备方法和密封条与流程

本发明涉及橡胶改性，具体为三元乙丙橡胶阻燃。

背景技术：

1、三元乙丙橡胶（epdm）与大多数聚合物类似，由于其作为一种碳氢化合物而具有易燃性。epdm燃烧迅速且伴随着高热量的释放和火焰的快速扩散，释放出大量烟雾和有毒气体，对人民的生命和财产安全构成潜在威胁。因此，阻燃epdm的研究对人类健康、安全及可持续发展具有重要现实意义。

2、膨胀阻燃协同效应可以增强ifr体系的阻燃效率、减少阻燃剂添加量、改善epdm/ifr存在的力学性能差、热稳定性差等问题。协同体系主要是在ifr体系中添加金属氧化物、纳米材料、含阻燃元素化合物等协效剂，其中ifr与纳米技术的结合研究最为广泛。与零维纳米材料和一维纳米材料相比，二维（2d）纳米材料由于其分层结构而成为一种优越的阻燃选择，具有高热稳定性，并且可以在聚合物基材中形成物理屏障。不同2d纳米材料对基材阻燃的有效性各不相同，主要取决于纳米材料的稳定性、组成等。在聚合物中均匀分散少量2d纳米材料可以有效提高聚合物的机械性能。此外，2d纳米材料在聚合物基材中仅少量的添加就能够显著降低基材的热释放速率、总热释放量和质量损失率等，还能够起到抑烟减毒的作用。同时，聚合物中均匀分散的层状结构不仅可以大大增强聚合物的热稳定性还可以进一步提高残炭量。

3、2d纳米材料的阻燃应用主要存在易团聚等缺陷，同时应用于橡胶基材时也会导致界面相容性差及2d纳米材料的二次聚集引起应力集中缺陷等问题。因此，往往会通过表面功能化改性对2d纳米材料进行表面处理，从而改善其在橡胶基材中的分散性和相容性。探索构建基于2d纳米的杂化材料，通过协效作用改善tpu基材在不同火焰下阻燃性能的同时，赋予其优异的机械性能是未来纳米基阻燃剂发展的重要方向。

4、mxene是由max相处理得到的一种新型2d层状过渡金属碳化物/碳氮化物，其中m代表早期过渡金属，x代表碳或氮。作为2d纳米材料，mxene与其它go、zrp和层状双氢化合物等类似，也能够作为传统的磷氮阻燃剂的阻燃协效增强剂。但由于过渡金属碳化物和氮化物的化学惰性，导致mxene缺乏化学反应性。因此，mxene的表面功能化改性对于同时增强mxene基橡胶复合材料的机械性能和阻燃性能具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种阻燃橡胶材料及其制备方法，解决背景技术中所提出橡胶阻燃性能较差的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种阻燃橡胶材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：三元乙丙橡胶100份，磷酸铵接枝氧化石墨烯3-10份，填料5-80份，硫化剂1-5份，硫化促进剂0.5-2份，润滑剂5-30份。

3、进一步地，添加有1-5份的mxene。

4、进一步地，所述磷酸铵接枝氧化石墨烯的制备步骤包括：10份的磷酸铵溶解于100份的水中，调节ph至6.0后，加入30份氧化石墨烯，在保护气体氛围下升温至150℃后搅拌7h，经过滤干燥后制得。

5、进一步地，所述mxene为咪唑改性mxene。

6、进一步地，所述咪唑改性mxene的制备步骤包括：在保护气体氛围下，1份mxene分散于100份的水中，加入3份的1-乙烯基咪唑，室温下搅拌12h后，经过滤并干燥制得。

7、进一步地，所述咪唑改性mxene接枝于磷酸铵接枝氧化石墨烯上。

8、进一步地，咪唑改性mxene接枝于磷酸铵接枝氧化石墨烯的制备步骤包括：2份磷酸铵接枝氧化石墨烯于40份水中分散均匀后，加入0.27份的过硫酸钾并搅拌0.5h，再添加5份咪唑改性mxene，升温至80℃搅拌3h，经过滤干燥后制得。

9、进一步地，还添加有1-5份的含有两个或两个以上末端巯基的 c2以上化合物。

10、一种阻燃橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：（1）三元乙丙橡胶、润滑剂和填料经机械共混后，升温至115-125℃混炼4-5min，排胶后冷却至80℃以下，制得母胶；（2）在母胶中添加剩余材料，投入开炼机中升温至115-125℃混炼2-3min，冷却至室温后制得混炼胶。

11、一种密封条，如前所述的混炼胶挤出制得。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

13、1、在三元乙丙橡胶基材中添加磷酸铵接枝氧化石墨烯材料，利用石墨烯大分子刚性的特性对材料实现增强效果。磷酸铵接枝于氧化石墨烯的表面可降低石墨烯之间的团聚，提升石墨烯的分散效果，同时形成了以磷为酸源，氮为气源的膨胀阻燃体系（ifr），实现材料的阻燃效果。

14、2、mxene材料的导热系数约为55w/mk，远低于石墨烯(5300w/mk)和cnt(6600w/mk)等碳材料，该特性使mxene成为火灾热辐射屏蔽的良好材料，对于进一步降低材料热释放、提升残炭率具有明显的效果。

15、3、mxene 在阻燃型聚合物基材中存在易二次团聚的问题，本项目通过采用咪唑对其进行表面改性。max材料在被刻蚀后失去铝离子，使得mxene材料表面呈现电负性，而咪唑材料带有正电荷，会通过粒子的相互作用（静电自组装）吸附到mxene材料的表面和原铝层中，促进mxene片材的分散，同时进一步扩大层间距。

16、4、将1-乙烯基咪唑改性mxene与磷酸铵接枝氧化石墨烯共混，采用过硫酸钾引发接枝，使1-乙烯基咪唑改性mxene接枝于磷酸铵接枝氧化石墨烯的表面，同小分子改性mxene相比进一步促进了1-乙烯基咪唑改性mxene的分散。

17、5、在混合胶中添加小分子双头巯基化合物，在紫外辐照或高温的作用下，通过点击化学反应，其中一个巯基可与1-乙烯基咪唑中的双键相连，另一个巯基同epdm分子链上的支链相连，使1-乙烯基咪唑改性mxene或咪唑改性mxene接枝于磷酸铵接枝氧化石墨烯直接接枝于高分子链，既促进了1-乙烯基咪唑改性mxene或咪唑改性mxene接枝于磷酸铵接枝氧化石墨烯的分散，又可增强材料的力学性能，同时可促进分子链之间的交联，减少硫化剂的使用，降低最终产品的voc含量，提升最终产品的表面质量。

技术特征：

1.一种阻燃橡胶材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：三元乙丙橡胶100份，磷酸铵接枝氧化石墨烯3-10份，填料5-80份，硫化剂1-5份，硫化促进剂0.5-2份，润滑剂5-30份。

2.根据权利要求1所述的一种阻燃橡胶材料，其特征在于：添加有1-5份的mxene。

3.根据权利要求2所述的一种阻燃橡胶材料，其特征在于：所述磷酸铵接枝氧化石墨烯的制备步骤包括：10份的磷酸铵溶解于100份的水中，调节ph至6.0后，加入30份氧化石墨烯，在保护气体氛围下升温至150℃后搅拌7h，经过滤干燥后制得。

4.根据权利要求2所述的一种阻燃橡胶材料，其特征在于：所述mxene为咪唑改性mxene。

5.根据权利要求4所述的一种阻燃橡胶材料，其特征在于：所述咪唑改性mxene的制备步骤包括：在保护气体氛围下，1份mxene分散于100份的水中，加入3份的1-乙烯基咪唑，室温下搅拌12h后，经过滤并干燥制得。

6.根据权利要求4所述的一种阻燃橡胶材料，其特征在于：所述咪唑改性mxene接枝于磷酸铵接枝氧化石墨烯上。

7.根据权利要求6所述的一种阻燃橡胶材料，其特征在于：咪唑改性mxene接枝于磷酸铵接枝氧化石墨烯的制备步骤包括：2份磷酸铵接枝氧化石墨烯于40份水中分散均匀后，加入0.27份的过硫酸钾并搅拌0.5h，再添加5份咪唑改性mxene，升温至80℃搅拌3h，经过滤干燥后制得。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种阻燃橡胶材料，其特征在于：还添加有1-5份的含有两个或两个以上末端巯基的 c2以上化合物。

9.根据权利要求1-7任一所述的一种阻燃橡胶材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

10.一种密封条，其特征在于：由权利要求9所述的混炼胶挤出制得。

技术总结
本发明公开了一种阻燃橡胶材料的制备方法及其制备方法和密封条，以三元乙丙橡胶、磷酸铵接枝氧化石墨烯、填料、硫化剂、硫化促进剂、润滑剂等为原料，经共混后制得混炼胶，并进一步制成密封条。本发明技术方案主要解决了现有技术中三元乙丙橡胶阻燃效果较差的缺陷。

技术研发人员：黎远波,张芳灿
受保护的技术使用者：浙江赛阳密封件有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13