一种母炼胶、橡胶材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种母炼胶、橡胶材料及其制备方法和应用，该母炼胶的原料组合物包括以下重量份数的组分：天然胶乳：5～15份；膨胀型阻燃剂：1～60份；和增效剂：1～20份；其中，所述增效剂为单宁酸改性石墨烯。采用单宁酸改性石墨烯作为增效剂与膨胀型阻燃剂形成协同阻燃效果，可在添加少量膨胀型阻燃剂的前提下，提高了橡胶基材的断裂伸长率、拉伸强度，还提高了阻燃性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种母炼胶、橡胶材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种母炼胶、橡胶材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]轮胎是汽车的重要组成部件，也是橡胶工业的重要产品，起到了支撑负荷，向地面传递制动力、驱动力和转向力的作用。近些年来随着汽车行业的快速发展，对轮胎的安全性提出来更高的要求。大部分橡胶材料是可燃和易燃的，其在车辆发生火灾时，会产生大量的烟气和有毒气体，不仅会对财产以及环境造成破坏，严重时会对人员的逃生以及消防扑灭带来极大危害。由此，提高橡胶及橡胶制品的阻燃性能已成为一个迫切需要解决的问题。因此开发具有阻燃性能的轮胎胎面胶，对由于阻燃性能差导致的安全事故以及燃烧带来的人身和环境的危害，具有重大的社会意义和广阔的发展前景。
[0003]天然橡胶(NR)具有优异的物理机械性能，常用作轮胎胎面胶的基体材料。但是其可燃性高，极限氧指数值仅为18vol％。对汽车轮胎的安全性造成隐患，因而制备阻燃天然橡胶胎面胶是汽车轮胎材料重要的发展方向。添加阻燃剂是提高NR阻燃性的主要手段。膨胀型阻燃剂(IFR)由聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)和三聚氰胺(MEL)组成，被认为是一种很有前途的无卤阻燃剂，具有防滴、低毒、低烟等优点。但是其缺点是添加量大，阻燃效率低，并且添加阻燃剂量大会对复合材料的力学性能造成损害。
[0004]现有技术中，中国专利CN112250915A公开了一种阻燃橡胶的制备方法，该方法选用可膨胀石墨、反应型阻燃剂为阻燃剂，将天然橡胶、炭黑、阻燃剂和其他助剂在开炼机中共混制备混炼胶，放置24h后，使用平板硫化仪硫化，硫化温度130～160℃，制备出阻燃橡胶。中国专利CN105504374A公开了一种阻燃天然橡胶的制备方法，该方法选用聚磷酸铵、水合硼酸锌与高岭石粉为阻燃剂，首先在密炼机中将阻燃剂、填料、其它助剂与天然橡胶共混，之后投入开炼机内，加入硫磺，得到混炼胶，将混炼胶热压成型制得阻燃天然橡胶。
[0005]上述专利公开的方法都能制备出阻燃性能好的橡胶材料，但是仍然存在很多不足。如制备过程复杂，制备效率低。分散性差损害了天然橡胶的力学性能，所制备的阻燃天然橡胶复合材料的拉伸强度与断裂伸长率均不理想。力学性能差又导致上述阻燃天然橡胶复合材料不适于用做轮胎胎面胶。
[0006]现有技术制备的阻燃天然橡胶复合材料中存在力学性能和阻燃性能相互制约的技术瓶颈，因此，如何使天然橡胶复合材料兼具阻燃性能和力学性能而适合用作天然橡胶轮胎胎面胶材料，具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术中由于膨胀型阻燃剂在橡胶中分散性差而导致橡胶材料无法同时兼顾力学性能和阻燃性能的缺陷，而提供一种母炼胶、橡胶材料及其制备方法和应用。本专利技术的母炼胶能够很好的分散膨胀型阻燃剂和石墨烯，同时增加了橡胶基材之间的交联密度和阻燃性，使得采用该母炼胶进一步制备橡胶材料，能够
兼具良好的阻燃性能和优异的力学性能。
[0008]本专利技术的研发人员经过探索分析发现由于天然橡胶与阻燃剂之间极性差异很大，导致了膨胀型阻燃剂在天然橡胶中不相容和分散性差，而且还易造成混炼时膨胀型阻燃剂的团聚现象，并且由于膨胀型阻燃剂在橡胶中的分散性差导致加料时间长，易造成混炼过度而导致橡胶分子变短失去应有的弹性和强度，最终导致拉伸强度和断裂伸长率均不理想。
[0009]进一步地，研发人员制备形成了一种母炼胶，预先解决膨胀型阻燃剂和石墨烯的分散性，同时提高了石墨烯的活性位点，进一步添加到橡胶基材中改善了膨胀型阻燃剂分散性并提高了橡胶基材的交联密度以及阻燃性。因此，在与橡胶基材混炼和硫化时，具有非常好的加工性和力学性能。
[0010]具体地，采用天然胶乳替代天然橡胶，改善了膨胀型阻燃剂与橡胶基材之间的相容性和分散性，进一步地添加了高比表面积的石墨烯材料，将该母炼胶添加到橡胶基材中提高了橡胶材料的力学性能和阻燃性。但石墨烯作为一种纳米填料分子间作用力大，无法在橡胶基材中良好地分散，通过单宁酸改性作用，降低了分子间作用力因而改善了石墨烯的分散性，这也可能是单宁酸的亲水性作用的结果。更意外的是，单宁酸与石墨烯之间存在π
‑
π共轭作用单宁酸牢牢吸附在石墨烯的表面可在水相中将石墨烯剥离出来，单宁酸和石墨烯参与了交联反应，增加了石墨烯表面的活性位点，与天然橡胶的分子链形成交联位点，显著增加了橡胶基材之间的交联密度(最终天然橡胶
‑
膨胀型阻燃剂
‑
增效剂之间形成了三维网络结构)，从而使得断裂伸长率和拉伸强度显著提高。
[0011]而且，本专利技术的母炼胶在橡胶基材中也发挥着较好的阻燃性能。
[0012]其一、膨胀型阻燃剂由于分散性得到改善进一步提高了分散性；
[0013]其二、单宁酸在燃烧时会炭化，形成碳层。同时，单宁酸含有大量的羟基，能够捕捉燃烧时产生的活性自由基如
·
O、
·
OH，并且可以与含氧基团发生还原反应，抑制燃烧；
[0014]其三，分散性较好的石墨烯由于就要较好的热稳定性作为质量屏障，抑制易燃气体的渗透。高横截面石墨烯可以将膨胀的半焦颗粒聚集在一起，在内部材料上产生高强度的绝热半焦屏蔽层。同时，本专利技术中更高比表面积的石墨烯复合材料，更容易吸附在燃烧过程中产生的有机挥发物，并阻止其在燃烧过程中的释放和扩散。
[0015]众所周知，石墨烯类材料具有优异的导热性(热导率为5.3
×
103W/(m
·
K))、导电性以及良好的气体阻隔性能。因此，这种独特的二维碳原子片层结构可以作为一种良好的阻燃剂来改善聚合物材料的阻燃性能。当添加有石墨烯基的聚合物阻燃材料遇到高温或者明火时候，从微观角度看，石墨烯片层结构整体上是密集且连续的，它能够阻止氧气进入材料的深处。此外，石墨烯传导热量非常好，这意味着局部过高的热量可以被迅速传导到材料的其余部分，使得热量得以良好的分散，从而火势不易传播扩散。除了阻燃效果，这种密集且连续的结构从宏观角度看也具有很高的表面积(2630m2/g)。而在本专利技术的母炼胶体系中，提高了分散性以及活性位点，极大了发挥了石墨烯的上述优势。
[0016]本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题的。
[0017]本专利技术提供了一种母炼胶，其原料组合物包括以下重量份数的组分：
[0018]天然胶乳：5～15份；
[0019]膨胀型阻燃剂：1～60份；和
[0020]增效剂：1～20份；
[0021]其中，所述增效剂为单宁酸改性石墨烯。
[0022]本专利技术中，所述的天然胶乳可为本领域常规的天然胶乳，一般是指橡胶树通过光合作用合成的天然高分子乳液，其主要成分是橡胶烃，其余成分为蛋白质、脂肪酸和糖类的非橡胶物质。同时，本领域技术人员知晓所述天然胶乳经过絮凝和干燥后形成天然橡胶(NR)。
[0023]本专利技术中，所述天然橡胶的重量份数较佳地为10份。
[0024]本专利技术中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种母炼胶，其特征在于，其原料组合物包括以下重量份数的组分：天然胶乳：5～15份；膨胀型阻燃剂：1～60份；和增效剂：1～20份；其中，所述增效剂为单宁酸改性石墨烯。2.如权利要求1所述的母炼胶，其特征在于，所述天然胶乳的重量份数为10份；和/或，所述天然胶乳的固含量为55～65wt％，例如60wt％；和/或，所述膨胀型阻燃剂为磷氮膨胀型阻燃剂，例如季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐；较佳地，所述季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐的原料包括聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇；和/或，所述膨胀型阻燃剂的重量份数为10～45份，例如14份、31份或42份；和/或，所述单宁酸改性石墨烯中，所述单宁酸的羟基基团与所述石墨烯的苯环之间通过π
‑
π键连接；和/或，所述单宁酸改性石墨烯的重量份数为4～20份，例如6份、9份或18份。3.如权利要求1或2所述的母炼胶，其特征在于，包括以下步骤：石墨烯与单宁酸在溶剂中混合至所述石墨烯与所述单宁酸通过π
‑
π键连接；较佳地，所述石墨烯与所述单宁酸的质量比为1∶(1.5～2.5)，例如1∶2；较佳地，所述混合的温度为25～35℃，例如30℃；较佳地，所述混合的时间为25～35min，例如30min；较佳地，所述溶剂为水；和/或，所述母炼胶的制备方法包括以下步骤：所述单宁酸改性石墨烯、所述膨胀型阻燃剂和所述天然胶乳混合形成所述母炼胶；较佳地，所述混合的搅拌转速为300～500rpm；较佳地，所述混合后还包括干燥所述母炼胶至其形成块状的步骤。4.如权利要求1所述的母炼胶，其特征在于，所述母炼胶的原料组合物包括以下重量份数的组分：天然胶乳10份、膨胀型阻燃剂14份和单宁酸改性石墨烯6份；或者，所述母炼胶的原料组合物包括以下重量份数的组分：天然胶乳10份、膨胀型阻燃剂31份和单宁酸改性石墨烯9份；或者，所述母炼胶的原料组合物包括以下重量份数的组分：天然胶乳10份、膨胀型阻燃剂42份和单宁酸改性石墨烯18份。5.一种橡胶材料，其特征在于，其原料组合物包括如下重量份数的组分：如权利要求1～4中任一项所述的母炼胶20～80份；混炼胶100～200份；和硫化剂1～2份；其中，所述混炼胶包括天然橡胶和环氧天然橡胶。6.如权利要求5所述的橡胶材料，其特征在于，所述原料组合物中，所述母炼胶的重量份数为30～90份，例如30份、50份或70份；和/或，所述原料组合物中，所述混炼胶的重量份数为130份～160份，例如145份；和/或，所述混炼胶的原料中，所述天然橡胶的重量份数为80～90份，例如80份；和/或，所述混炼胶的原料...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秋影，邵卓妍，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：