2003 氢氧化铝在丁苯橡胶中的阻燃性研究

氢氧化铝在丁苯橡胶中的阻燃性研究
张保卫,谭英杰
(华北工学院分院一系,山西　太原　030008)
摘　要:研究了不同品种无机阻燃剂在丁苯橡胶中的氧指数(OI )值及其有关性能。

结果表明,单用Al (OH )3时OI 值比较高,燃烧时没有可见的烟雾,随Al (OH )3用量提高OI 值上升,当用量达120份时,OI 值达27。

以A151改性Al (OH )3,未能提高OI 值,物理机械性能稍有改善。

Al (OH )3粒径微细化能有效提高OI 及物理机械性能。

关键词:氢氧化铝;氧指数;阻燃性;并用
中图分类号:TQ33011+5 文献标识码:A 文章编号:1005-4030(2003)02-0015-03
收稿日期:2003-01-05
目前,普遍使用含卤聚合物制造阻燃橡胶。

近年来,国外又进一步研究并开始应用在燃烧时不产生或少产生烟雾及毒性物质的阻燃材料[1],也就是低烟、低毒阻燃材料。

这方面的研究应用国内刚开始不久。

使用的含卤阻燃橡胶的优点在于其本身就具有较高的阻燃性,缺点是燃烧时产生大量烟雾、毒性物质、强腐蚀性物质,使人呼吸困难、妨碍视线,是造成死亡的重要原因之一。

为此,人们开始研究非卤的低烟、低毒阻燃橡胶材料。

但一般非卤生胶的氧指数都在20左右,无阻燃性。

要达到阻燃效果必须加阻燃配合剂。

一般采用填加无机阻燃剂的方法。

常用的无机阻燃剂有氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑、硼酸锌、碳酸镁等。

其中最常用的是氢氧化铝。

这是因为它集阻燃、抑烟、填充三重功能于一体;燃烧时无毒、无腐蚀性物质产生;本身为白色,便于制造浅色制品;与某些阻燃剂有协同作用;易得,价廉。

本文主要以氧指数为指标研究氢氧化铝在丁苯橡胶中的阻燃性。

1　材料与实验111　主要原材料
氢氧化铝,牙膏级,含Al (OH )398%,山东铝
厂产品;氢氧化镁,含Mg (OH )260%,山西省文水化工厂试产品;A151,山西化工研究所实验厂产
品;三氧化二锑,湖南冷水锡矿山矿务局产品;硼
酸锌,河北任丘红星化工厂产品;碳酸镁、三氧化二铁、三氧化钼及母料原料均为市售商品。

母料配方:丁苯橡胶21502100;硫黄118;促进剂CZ 1.0;ZnO 4.0;硬脂酸2;古马隆610。

112　试验设备和性能测试
开放式双辊炼胶机X (S )K 2160,无锡第一橡胶机械厂;XL400×400×2油压平板硫化机QLB 2350,无锡第一橡胶机械厂;拉力试验机XL 2100A ,广州实验仪器厂,江都试验机械厂产品;HC 22型氧指数仪,江宁分析仪器厂产品。

氧指数按G B2406方法测定,其他性能均按相应国家标准进行。

2　结果与讨论
211　氢氧化铝与氢氧化镁的阻燃性
试验了Al (OH )3,Mg (OH )2分别单用、两者
以1∶1并用以及在并用基础上再掺用少量其他无机阻燃剂的效果。

配方及结果见表1。

由表1可见,单用Al (OH )3时的0I 值比单用Mg (OH )2的高215%,比两者1∶1并用的高2%。

这可能与Mg (OH )2的纯度较低有关。

单用Al (OH )3的OI 值也高于两者1∶1并用再分别掺用20份Sb 2O 3,Fe 2O 3,ZnBO 4及MoO 3的,但比两者并用再掺5
份Sb 2O 3和15份四溴双酚A 的稍低。

由此可见Sb 2O 3与含卤化合物并用有提高0I 值的效果,但
这种组合燃烧时有少量可见烟雾,掺Sb 2O 3的也有少量可见烟雾,其余的没有可见烟雾。

第24卷　第2期　
特种橡胶制品
Vol.24　No.2
2003年4月
Special Purpose Rubber Products
April 2003
物理机械性能,单用Al (OH )3及掺用Fe 2O 3
的胶料较好,而掺用MoO 3及ZnBO 4的伸长率较低。

综上可见,Al (OH )3单用的综合性能还是较好的。

试验了以Al (OH )3为主体、少量掺用其他无机阻燃剂时的效果,见表2。

掺用后的OI 值没有上升,反而稍有下降。

Sb 2O 3及单用Al (OH )3的离火后自熄时间均较短。

物理机械性能除加Zn 2BO 4的较差外,其他的均相近。

这再次证明单用Al (OH )3的物理性能及OI 值较高。

表1　Al(OH )3和Mg(OH )2的并用配方及性能
项目
1
2345678Al (OH )3120-605050505050Mg (OH )2-120605*********ZnBO 4---20----Sb 2O 3----20--5Fe 2O 3-----20--MoO 3
------20-四溴双酚A -------15邵尔A 硬度,度8586909086868688拉伸强度,MPa 8.87.9 6.97.78.29.17.08.0拉断伸长率,%520490500300510500320530100%定伸应力,MPa 3.7
5.1
5.3
6.4
5.4
5.2
6.0
5.8
OI ,%
27.525.025.526.026.026.025.528.0
烟雾无无无无少无无少
表2　A 1(OH )3与少量其他无机阻燃剂掺和的效果
项目
12345Al (OH )3100100100100100Sb 2O 320----Fe 2O 3-20---ZnBO 4
--20--MoO 3/ZnBO 4
---15/5-邵尔A 硬度,度8686868887拉伸强度,MPa 8.48.7 6.78.57.9拉断伸长率,%
460450370450430100%定伸应力,MPa
3.8
4.3 4.7
5.0 4.1OI ,
%
26.026.025.026.027.0离火自熄时间
,s
6
37
13
40
8
图1　Al(OH
)3用量对OI 值的影响
图2　Al(OH )3用量对拉伸强度及100定伸应力的影响
图3　Al(OH )3用量对拉断伸长率及硬度的影响
212　氢氧化铝用量对氧指数及其他性能的影响
就单用Al (OH )3进行了配方试验,作了5个变量:0,60,120,180,240份,试验结果见图1,2和3。

图1表明随Al (OH )3用量增加,OI 值上升。

没有Al (OH )3时纯胶配合的OI 值为1815,而当Al (OH )3用量为120份时,OI 值为27。

当Al (OH )3为180份时,OI 值为30。

图2是拉伸强
度及100%定伸应力与Al (OH )3变量的关系,图3为硬度及拉断伸长率与Al (OH )3变量的关系,图2,3表明4种物理性能随Al (OH )3用量增加的变化规律与一般规律一致。

另外,随着Al (OH )3用量增加引起的燃烧状况见表3。

表3　Al(OH )3用量增加引起的燃烧状况
填充份数0
60
120
180
240
燃烧状况
熔化熔化炭化炭化
掉滴
掉滴掉滴
上述情况说明在丁苯橡胶中氢氧化铝的用量要大于120份才有明显的阻燃效果。

213　表面处理对氢氧化铝阻燃性的影响
选用硅烷偶联剂Al51改性氢氧化铝,Al51用量为115份,Al (OH )3为变量,配方及结果见表4。

由表4可见,有偶联剂的胶料OI 稍有下降,在
本试验条件下降低1%,拉伸强度稍有提高,定伸应力及硬度提高明显,拉断伸长率及拉断永久变形下降。

这是因为Al51改善了Al (OH )3与橡胶
的相容性,Al51本身含有双键能参与交联。

就总
61特种橡胶制品第24卷　第2期
体看,Al51对Al(OH)3填充丁苯橡胶的性能影响不很大。

表4　Al51改性对Al(OH)3阻燃性的影响
项　目 12345678
Al(OH)3 120140160180120140160180
Al51 1.5 1.5 1.5 1.5----
邵尔A硬度,度8283848678808286
拉伸强度,MPa8.6 6.8 5.9 5.5 6.7 6.0 5.3 4.7
拉断伸长率,%570550550520590560540530 100%定伸应力,
MPa
2.302.332.712.821.45 1.52 1.64 1.70 OI,% 2628293127283032 214　氢氧化铝粒径对胶料物理性能的影响将原料牙膏级氢氧化铝在有115份Al51存在的条件下机械粉碎,粉碎后Al(OH)3没有特别大的粒子,尺寸比较均匀,平均粒径比较小。

将两种Al(OH)3分别制成混炼胶,原牙膏级的在混炼时直接加入115份Al51,其硫化胶的性能见表5。

由表5可见,经机械粉碎的样品,OI值明显地高于原来的,而且填加经粉碎的Al(OH)3的胶料机械性能均优于原来的。

这说明Al(OH)3的粒径微细化对提高OI值及物理机械性能是较有效的。

这一结果与文献报道一致[2]。

表5　Al(OH)3粒径对胶料物理机械性能的影响
样品　
邵尔A
硬度,度
拉伸强
度,MPa
拉断伸
长率,%
100%定伸
应力,MPa
OI,%机械粉碎879.1490 4.929.0原样　877.9450 4.426.5 3　结论
(1)单用Al(OH)3比单用Mg(OH)3,Mg (OH)2与Al(OH)21∶1并用及该并用物再分别掺20份,Sb2O3,Fe2O3及ZnBO4填充丁苯橡的氧指数均要高,且燃烧时无可见烟雾发生。

(2)随Al(OH)3用量增加,OI值几乎呈线性上升,在用量为120份时,OI值达27。

(3)用Al51改性Al(OH)3不能提高丁苯橡胶的氧指数,但能使硫化胶的拉伸强度略有提高,并使定伸应力硬度获得适当提高。

(4)Al(OH)3粒径微细化能有效地提高丁苯橡胶的氧指数及拉伸强度、定伸应力等性能。

参考文献:
[1]　Houoway,h2R2Flame Retarded Thermoplastic Composition
with Low Smoke G eneration[J]1Rubb1Chem1Tech11980,
53(1):121-1301
[2]　杨清芝,周激1变耐磨炭黑与无机阻燃剂并用效果的研究
[J],炭黑工业,1998,(1):33-361
Study on Flame R etardance of SBR Added Al(OH)3
ZHA N G B ao2wei,TA N Yi ng2jie
(College Attached to North China Institute of Technology,Taiyuan　030008,China)
Abstract:The oxide index of SBR added the different inorganic flame retardant agent was studied1The results showed that OI is higher with Al(OH)3only and there was not smoke and fog1As the increasing of Al(OH)3,OI increased1When Al(OH)3was120phr,OI was271If Al(OH)3was modified by A151,OI was not increased and the physical property was just improved a little1Overall,the smaller amount Al(OH)3 could improve OI and physical property1
K eyw ords:Al(OH)3,oxide index,flame retardance,blend
国内消息
我国丁基橡胶需求预测
根据我国丁基橡胶的需求变化,预测到2005年我国丁基橡胶的需求量可达到5～6万t。

我国现已建成位于燕山石化公司的3万t/a装置,但到2005年,供需仍会有缺口。

当前首要的任务是搞好国产丁基橡胶产品的市场开拓和应用开发,并作好卤化丁基橡胶生产技术的科研开发及装置建设的准备工作。

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2003年 张保卫等　氢氧化铝在丁苯橡胶中的阻燃性研究。