用通用橡胶生产阻燃橡胶件

江畹兰 编译

（华南理工大学材料学院, 广东 广州 510641）

提高包括橡胶在内的聚合物复合材料的阻燃性，具有重要的现实意义。为了解决好这一问题，在胶料配方中，常常使用阻燃剂安替比林。目前，氧化锑与氯化石蜡的并用物是最常用的阻燃剂。但氧化锑的毒性大（属二级毒性），故急需以毒性较小的阻燃剂取代之，该文作者过去曾研究过多种阻燃剂，其中包括氧化锑与氯化石蜡ХП-1100，以及它们与三氯乙基磷酸盐、氢氧化铝、三氯烷基磷酸盐、氧化镁及氧化钙、氢氧化铝、硼酸锌的并用物对丁腈橡胶阻燃性的影响。在相关文献中提到，将氢氧化铝与硼酸钡及氯化石蜡ХП-1100并用，可以不用氧化锑制得阻燃性丁腈橡胶。为提高通用橡胶的阻燃性，也可通过往其胶料中加入氧化锑与氯化石蜡达到目的。因此，研究用低毒性阻燃剂部分取代或完全取代橡胶中氧化锑的可能性，就颇有意义。在有些文献中展示了用有机黏土[以层状硅酸盐（蒙脱土）为基础]提高橡胶阻燃性的一组数据。在另几篇文献中也曾指出，提高聚合物材料的热稳定性，有助于提高其阻燃性。有鉴于此，文中研究了采用以有机黏土部分取代氧化锑，将氢氧化铝、氢氧化镁及氢氧化钙并用，以及将氢氧化铝与硼酸钡并用等措施来制备通用橡胶阻燃件。

该文作者采用下列方法研究胶料的各项性能。即按ASTM D2084—79标准，在流变仪MDR-3000上测定了胶料黏度及焦烧性能。硫化胶各项性能的研究，按相应的标准方法进行：按俄罗斯国家标准ГОСТ 270—75测定了橡胶的力学性能；按ГОСТ9.024—74测定了热老化性能；按ГОСТ 262—79测定了撕裂强度；按ГОСТ 263—75测定了硬度；按ГОСТ 27110—86测定了回弹性。橡胶的阻燃性是将标准胶样（直径35 mm、厚5 mm的圆环形试样）持续接触燃烧着的火焰20 min（TY 2512-046-00152081—2003规定），按燃烧时间（火焰熄灭前）测定的。

当然，也可以按照氧指数（氮氧混合物中氧的最低百分比含量）测定之。只是聚合物材料必须在专门试验条件下，处于被火焰燃烧的状态之中（ГОСТ-2193—76）。

以前曾研究了用多种具有阻燃性的化合物，如有机黏土——蒙脱土Cloisite 10A、Cloisite 15A及Cloisite 30B，氢氧化铝+氢氧化镁+氢氧化钙及氢氧化铝+硼酸钡的并用物，部分取代氧化锑，对硫磺硫化异戊橡胶СКИ-3+顺丁橡胶併用胶胶料流变性能及硫化胶各项力学性能和阻燃性能的影响。该橡胶可用于生产模压制品，其胶料配方中含硫磺、促进剂DM、单乙醇胺、防老剂D、防老剂4010NA、硬脂酸、石蜡、氧化锌、炭黑П245及其他配合剂。胶料在实验室用开炼机ПБ320 150/150上混炼，在双层电热液压硫化机ВП-100-400-2Э中，于143 ℃下硫化30 min。

表1列示了含不同阻燃剂（相对于100质量份生胶）的胶料的流变性能、硫化胶的力学性能及阻燃性能。与基本配方相比，所有其他胶料都以不同的阻燃剂部分取代氧化锑。由表1中的数据可知，与基本配方相比，其他所有胶料的最小转矩（ML）及最大转矩（MH）都有所减小，焦烧起步时间ts、正硫化时间t90及硫化速率U都有所提高，且含Cloisite 10A、Cloisite 15A及氢氧化铝+氢氧化镁+氢氧化钙併用物的胶料（相应于2，3，5编号胶料）的硫化速率最高。用安替比林阻燃剂部分取代氧化锑，有助于提高橡胶的拉断伸长率、撕裂强度、回弹性、耐热性及阻燃性，而硬度保持不变。此外，含Cloisite 15A的硫化胶，其拉伸强度及撕裂强度值均最高，燃烧时间最短，氧指数值也较高。

表1 含不同安替比林(阻燃剂)的胶料及硫化胶的各项性能

(表未完)

(续前表)

曾在Perkin Elmer STA6000仪器上，用热重分析法（ТГА）研究了所用阻燃剂的效果，试验温度28～396 ℃，试验结果如图1所示。由图1得出，橡胶试样质量在28～210 ℃范围内发生变化。其中，包括150～180 ℃胶料硫化温度。当温度达210 ℃时，所有六条失重m/m0（T）温度曲线实际上是相互重合的。当温度超过210 ℃，由于阻燃剂分解，硫化胶试样的质量开始减少，对比用标准橡胶试样起始失重10%发生在230 ℃下，而配方5及6的失重则发生在235 ℃左右，配方2发生在240 ℃，配方4-245 ℃，配方3-260 ℃。因此，含有机黏土Cloisite 15A的硫化胶（3号）的耐热老化降解和阻燃性最好。

图1 胶料在不同情况下的热重谱图(曲线编号与表1中的编号相对应)

总之，在硫磺硫化的通用橡胶中，用有机黏土Cloisite 15A部分取代日氧化锑，可以改善胶料的流变性能，提高硫化胶的力学性能、热稳定性及阻燃性。这是由于在橡胶中生成了纳米复合物，后者是通过橡胶大分子穿入了以有机黏土Cloisite 15A为基础的层状硅酸盐空间中形成的。如此便导致橡胶降解产物（如二氧化碳、水蒸气等）的扩散减缓，从而阻止了空气中的氧进入燃烧着的橡胶。在所研究的橡胶中生成了纳米复合物，含Cloisite 15A的橡胶试样在甲苯中的溶胀度低于含其他安替比林阻燃剂的试样，证实了这一点。

[1]Петрова Н.П等.Разработка огнестойкой резины на основе каучуков обшего назначения[J].Каучук и резина,2105(04):16-18.