一種高耐磨熱塑性彈性體組合物及其製備方法
2023-08-06 03:38:11
專利名稱：一種高耐磨熱塑性彈性體組合物及其製備方法
技術領域：
本發明涉及熱塑性彈性體，具體地，是一種高耐磨熱塑性彈性體組合物及其製備方法。
背景技術：
熱塑性彈性體(TPE)是介於橡膠與樹脂之間的一種新型高分子材料，兼具硫化橡膠的物理機械性能和軟質塑料的工藝加工性能，被視為最具應用前景的第三代橡膠，在塑料的改性方面也有大量應用；然而熱塑性彈性體的耐磨性能較差，使用壽命短，必須添加耐磨改性劑來彌補這一不足，常用的耐磨改性劑分為有機高聚物(如聚氨酯)類樹脂和無機粉體(如石墨)類填料兩大類，其中又因後者的價格低廉而應用最為廣泛。但是，無機粉體類填料在添加過程中極易飛散，粉料用量難於按照理論計量準確控制，並且常常發生添加後分散不均勻的現象，導致產品質量很不穩定，同時也對環境造成很大的汙染。
發明內容
本發明的目的在於提供一種高耐磨熱塑性彈性體組合物及其製備方法，以實現對於熱塑性彈性體中無機粉體類填料添加量的準確控制，進而得到具有高耐磨性的熱塑性彈性體組合物。 上述目的是通過如下技術方案實現的採用溶液混合共沉澱法，將對於聚合物基複合材料的熱學性能和摩擦學性能均有顯著影響的無機耐磨改性劑添加到熱塑性彈性體的溶液中，再經共沉澱、抽濾、乾燥，即得到高耐磨熱塑性彈性體組合物。具體技術方案如下 1、一種高耐磨熱塑性彈性體組合物，由如下質量百分比的成分製備而成
熱塑性彈性體 66. 95% 99. 95% ; 無機耐磨添加劑 0. 05% 30%; 抗氧化劑 0 2%。 所述熱塑性彈性體為乙烯-ci烯烴共聚物(優選乙烯-l-丁烯、乙烯-l-己烯、乙烯-1-辛烯共聚物)、乙丙橡膠(EPM)、三元乙丙橡膠(乙烯_ a烯烴-二烯烴共聚物)中的任意一種。 所述無機耐磨添加劑為石墨粉、二硫化鉬粉、二氧化矽粉、蛇紋石粉、玻璃微珠、六鈦酸鉀晶須、凹凸棒土中的一種或任意兩種按照任意比例組成的混合物。
所述抗氧化劑為烯烴類聚合物用抗氧劑，是168抗氧劑(化學名(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸三酯)、1010抗氧劑(化學名四[13 _ (3， 5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、1076抗氧劑(化學名P-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯)丙酸十八碳醇酯)、1098抗氧劑(化學名N，N'-亞己基-1，6-二 [3-(3，5-二叔丁基-4-羥苯基)丙醯胺])、1330抗氧劑(化學名1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羥基苄基)苯)、1790抗氧劑(化學名1，3，5-三(4-叔丁基-3-羥基-2，6-二甲基苄基)l，3，5-三嗪-2，4，6-(lH，3H，5H)-三酮)、2246抗氧劑(化學名2， 2'-亞甲基雙(4-甲基_6_叔丁基苯酚))、4426抗 氧劑(化學名4，4'-亞甲基雙(2，6-二叔丁基苯酚))、DLTDP(硫代二丙酸雙十八醇酯)、 DSTDP(硫代二丙酸二 (十八)酯)或者2777複合型抗氧劑(1，3，5_三(4-叔丁基-3-羥 基-2，6-二甲基苄基)-l，3，5-三嗪-2，4，6-(lH，3H，5H)-三酮與亞磷酸酯按照1 : 2的質 量比組成的混合物)中的任意一種。 進一步地，上述高耐磨熱塑性彈性體組合物中還可以含有質量百分比為0 5% 的偶聯劑以及質量百分比為0 5%的熱塑性彈性體接枝物。 所述偶聯劑為乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、Y-氨丙基三乙氧基 矽烷、Y-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷、Y-巰丙基三甲氧基矽烷或者N-(!3-氨乙 基)_ Y _氨丙基三甲氧基矽烷等。 所述熱塑性彈性體接枝物為馬來酸酐、馬來酸或者烯丙基縮水甘油醚等。
2、上述高耐磨熱塑性彈性體組合物的製備方法，包括如下步驟
(1)將5克熱塑性彈性體與有機溶劑四氫呋喃按照1 : 9的質量比加入到容器中， 室溫下放置6 12小時，使熱塑性彈性體充分溶脹，再經超聲波振蕩分散2 3小時，以使 熱塑性彈性體完全溶解並均勻分散，得到熱塑性彈性體的溶液； (2)將無機耐磨添加劑和抗氧化劑加入到適量的四氫呋喃中配製成懸浮液，然後
共同加入到步驟(1)的熱塑性彈性體的溶液中，邊加邊攪拌，全部加入後再攪拌2小時以使
無機耐磨添加劑與抗氧化劑在熱塑性彈性體的溶液中充分分散； (3) —次性加入5 10克水，使熱塑性彈性體與粉體迅速共沉澱； (4)抽濾沉澱物(抽濾過程中用水衝洗沉澱物三次)，然後在40°C 、0. 09MPa下真
空乾燥4 8小時，粉碎成粒即得到本發明的高耐磨熱塑性彈性體組合物，加工成型即可應用。 本發明方法成本低廉、操作簡單，操作過程中無機耐磨添加劑的添加量可以準確 控制，製備得到的熱塑性彈性體組合物在具有良好耐磨性、韌性、熱穩定性的同時產品質量 均一穩定；本發明的另一優點在於，通過對於無機耐磨添加劑種類和用量的控制，能夠得到 具有不同熱學性能和摩擦學性能的產物，因此可以廣泛應用於切削工具、摩擦領域、電路領 域中，適合大規模的工業化生產。
圖1為實施例1的邵爾硬度變化曲線圖； 圖2為實施例1的摩擦係數隨石墨含量變化曲線圖。
具體實施例方式以下通過具體實施方式
進一步描述本發明，由技術常識可知，本發明也可通過其 它的不脫離本發明技術特徵的方案來描述，因此所有在本發明範圍內或等同本發明範圍內 的改變均被本發明包含。
實施例1 : (1)按照如下質量百分比備料 原料 配比(質量百分數)
4
乙烯-l-辛烯共聚物 94% 89% 84% 79% 74% 69% 石墨粉 5% 10% 15% 20% 25% 30% 1010抗氧化劑 1% 1% 1% 1% 1% 1% (2)將熱塑性彈性體乙烯-1-辛烯共聚物與其9倍質量的四氫呋喃加入到容器
中，室溫下放置9小時，使乙烯-1-辛烯共聚物充分溶脹，再經超聲波振蕩分散2小時，至乙
烯-l-辛烯共聚物完全溶解並均勻分散，得到10%的乙烯-l-辛烯共聚物溶液； (3)將石墨粉和1010抗氧劑加入到適量四氫呋喃配製成懸浮液，然後共同加入到
10%的乙烯-1-辛烯共聚物溶液中，邊加邊攪拌，全部加入後再攪拌2小時以使石墨粉與
1010抗氧劑在10%的乙烯-1_辛烯共聚物溶液中充分分散； (4) —次性加入5 10克水，使乙烯-1-辛烯共聚物與石墨粉和1010抗氧劑迅速 共沉澱； (5)抽濾沉澱物(抽濾過程中用水衝洗沉澱物三次)，然後在40°C 、0. 09MPa下真 空乾燥4 8小時，粉碎成粒即得高耐磨熱塑性彈性體組合物。 按照本實施例的六種配方製得六種不同的高耐磨熱塑性彈性體組合物，分別測試 它們的邵爾硬度，並作出邵爾硬度變化曲線圖，結果如圖l所示，可以看出，隨著石墨含量 的增加，乙烯-辛烯共聚物/石墨複合材料的硬度先逐步增大再逐步降低，在石墨含量達到 25%時複合材料的硬度達到最大值74。 按照本實施例的六種配方製得六種不同的高耐磨熱塑性彈性體組合物，均製成尺 寸為小30mmX6mm的試樣，分別放置在鋼盤上與實驗鋼球迴轉摩擦，以測試它們的摩擦系 數，具體的測試條件如下 環境條件大氣環境，室溫25 °C ，相對溼度50% ;
測試儀器UTM-2型摩擦磨損試驗機；
摩擦副接觸形式球_盤旋轉接觸方式；
實驗鋼球直徑為4mm的440-C不鏽鋼球；
迴轉半徑5mm ; 載荷1N; 主軸轉速100r/min。 作摩擦係數隨石墨含量變化的曲線圖，結果如圖2所示，可以看出在定載荷的 摩擦過程中，石墨含量越高，摩擦係數越小，在當石墨含量達到30%時，摩擦係數降低了 33%。
實施例2 : (1)按照如下質量百分比備料 原料 配比(質量百分數)
乙烯-l-辛烯共聚物 94% 89% 84% 79% 74% 69%
蛇紋石粉 5%10% 15% 20% 25% 30% 1010抗氧化劑 1%1% 1%1%1% 1% (2)將熱塑性彈性體乙烯-1-辛烯共聚物與其9倍質量的四氫呋喃加入到容器 中，室溫下放置8小時，使乙烯-1-辛烯共聚物充分溶脹，再經超聲波振蕩分散2小時，至乙 烯-l-辛烯共聚物完全溶解並均勻分散，得到10%的乙烯-l-辛烯共聚物溶液；
(3)將蛇紋石粉加入到適量四氫呋喃配製成懸浮液，然後加入到10%的乙 烯-1-辛烯共聚物溶液中，邊加邊攪拌，全部加入後再攪拌2小時以使蛇紋石粉在10%的乙 烯-1-辛烯共聚物溶液中充分分散； (4) —次性加入5 10克水，使乙烯-1-辛烯共聚物與蛇紋石粉和六鈦酸鉀晶須 迅速共沉澱； (5)抽濾沉澱物(抽濾過程中用水衝洗沉澱物三次)，然後在40°C 、0. 09MPa下真 空乾燥4 8小時，粉碎成粒即得高耐磨熱塑性彈性體組合物。
實施例3 : (1)按照如下質量百分比備料 原料 配比(質量百分數)
乙烯-l-辛烯共聚物 94%89% 84% 79% 74% 69%
二硫化鉬粉 5% 10% 15% 20% 25% 30% 1098抗氧化劑 0.5% 0.5% 0.5% 0.5% 0.5% 0.5% (2)將熱塑性彈性體乙烯-1-丁烯與其9倍質量的四氫呋喃加入到容器中，室溫下
放置io小時，使乙烯-i-丁烯充分溶脹，再經超聲波振蕩分散i小時，至乙烯-i- 丁烯完全
溶解並均勻分散，得到10%的乙烯-1_丁烯溶液； (3)將二硫化鉬粉和1098抗氧劑加入到適量四氫呋喃配製成懸浮液，然後加入到 10%的乙烯-1- 丁烯溶液中，邊加邊攪拌，全部加入後再攪拌2小時以使二硫化鉬粉和1098 抗氧劑在10%的乙烯-1-丁烯溶液中充分分散； (4) —次性加入5 10克水，使乙烯-1-辛烯共聚物與二硫化鉬粉和1098抗氧劑 迅速共沉澱； (5)抽濾沉澱物(抽濾過程中用水衝洗沉澱物三次)，然後在40°C 、0. 09MPa下真 空乾燥4 8小時，粉碎成粒即得高耐磨熱塑性彈性體組合物。
實施例4 : (1)按照如下質量百分比備料 原料 配比(質量百分數)
乙烯-l-己烯共聚物 93% 88% 83% 78% 73% 68%
二氧化矽粉 5%10% 15% 20% 25% 30% 1330抗氧化劑 2%2%2%2%2% 2% (2)將熱塑性彈性體乙烯-1-己烯與其9倍質量的四氫呋喃加入到容器中，室溫下 放置12小時，使乙烯-1-己烯充分溶脹，再經超聲波振蕩分散2小時，至乙烯-1-己烯完全 溶解並均勻分散，得到10%的乙烯-1_己烯溶液； (3)將二氧化矽粉和1330抗氧劑加入到適量四氫呋喃配製成懸浮液，然後加入到 10%的乙烯-l-己烯溶液中，邊加邊攪拌，全部加入後再攪拌2小時以使二氧化矽粉和1330 抗氧劑在10%的乙烯-1-己烯溶液中充分分散； (4) —次性加入5 10克水，使乙烯-1-己烯與二氧化矽粉和1330抗氧劑迅速共 沉澱； (5)抽濾沉澱物(抽濾過程中用水衝洗沉澱物三次)，然後在40°C 、0. 09MPa下真 空乾燥4 8小時，粉碎成粒即得高耐磨熱塑性彈性體組合物。
6
實施例5 : (1)按照如下質量百分比備料 原料 配比(質量百分數) 乙丙橡膠 93.5% 88.5%83.5%78.5% 73.5%
68. 5% 凹凸棒土 5% 10% 15% 20% 25% 30% DLTDP抗氧化劑 1.5% 1.5% 1.5% 1.5% 1.5%
1. 5% (2)將熱塑性彈性體乙丙橡膠與其9倍質量的四氫呋喃加入到容器中，室溫下放 置11小時，使乙丙橡膠充分溶脹，再經超聲波振蕩分散2小時，至乙丙橡膠完全溶解並均勻 分散，得到10%的乙丙橡膠溶液； (3)將凹凸棒土和DLTDP加入到適量四氫呋喃配製成懸浮液，然後加入到10%的 乙丙橡膠溶液中，邊加邊攪拌，全部加入後再攪拌2小時以使凹凸棒土和DLTDP在10%的乙 烯-l-己烯溶液中充分分散； (4) —次性加入5 10克水，使乙丙橡膠與凹凸棒土和DLTDP迅速共沉澱；
(5)抽濾沉澱物(抽濾過程中用水衝洗沉澱物三次)，然後在40°C 、0. 09MPa下真 空乾燥4 8小時，粉碎成粒即得高耐磨熱塑性彈性體組合物。
實施例6 : (1)按照如下質量百分比備料 原料 配比(質量百分數)
三元乙丙橡膠 94% 89% 84% 79% 74% 69% 玻璃微珠 5%10% 15% 20% 25% 30% 2777複合型抗氧劑 0.5% 0.5% 0.5% 0.5% 0.5% 0.5% (2)將熱塑性彈性體三元乙丙橡膠與其9倍質量的四氫呋喃加入到容器中，室溫 下放置12小時，使三元乙丙橡膠充分溶脹，再經超聲波振蕩分散2小時，至三元乙丙橡膠完 全溶解並均勻分散，得到10%的三元乙丙橡膠溶液； (3)將玻璃微珠和2777複合型抗氧劑加入到適量四氫呋喃配製成懸浮液，然後加 入到10%的三元乙丙橡膠溶液中，邊加邊攪拌，全部加入後再攪拌2小時以使玻璃微珠和 2777複合型抗氧劑在10%的三元乙丙橡溶液中充分分散； (4) —次性加入5 10克水，使三元乙丙橡膠與玻璃微珠和2777複合型抗氧劑迅 速共沉澱； (5)抽濾沉澱物(抽濾過程中用水衝洗沉澱物三次)，然後在40°C 、0. 09MPa下真 空乾燥4 8小時，粉碎成粒即得高耐磨熱塑性彈性體組合物。
權利要求
一種高耐磨熱塑性彈性體組合物，其特徵在於，由如下質量百分比的成分製備而成熱塑性彈性體 66.95％～99.95％；無機耐磨添加劑 0.05％～30％；抗氧化劑 0～2％。所述熱塑性彈性體為乙烯-α烯烴共聚物(優選乙烯-1-丁烯、乙烯-1-己烯、乙烯-1-辛烯共聚物)、乙丙橡膠(EPM)、三元乙丙橡膠(乙烯-α烯烴-二烯烴共聚物)中的任意一種；所述無機耐磨添加劑為石墨粉、二硫化鉬粉、二氧化矽粉、蛇紋石粉、玻璃微珠、六鈦酸鉀晶須、凹凸棒土中的一種或任意兩種按照任意比例組成的混合物；所述抗氧化劑為烯烴類聚合物用抗氧劑，是168抗氧劑(化學名(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸三酯)、1010抗氧劑(化學名四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、1076抗氧劑(化學名β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯)丙酸十八碳醇酯)、1098抗氧劑(化學名N，N′-亞己基-1，6-二[3-(3，5-二叔丁基-4-羥苯基)丙醯胺])、1330抗氧劑(化學名1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羥基苄基)苯)、1790抗氧劑(化學名1，3，5-三(4-叔丁基-3-羥基-2，6-二甲基苄基)1，3，5-三嗪-2，4，6-(1H，3H，5H)-三酮)、2246抗氧劑(化學名2，2′-亞甲基雙(4-甲基-6-叔丁基苯酚))、4426抗氧劑(化學名4，4′-亞甲基雙(2，6-二叔丁基苯酚))、DLTDP(硫代二丙酸雙十八醇酯)、DSTDP(硫代二丙酸二(十八)酯)或者2777複合型抗氧劑(1，3，5-三(4-叔丁基-3-羥基-2，6-二甲基苄基)-1，3，5-三嗪-2，4，6-(1H，3H，5H)-三酮與亞磷酸酯按照1∶2的質量比組成的混合物)中的任意一種。
2. 根據權利要求1所述的高耐磨熱塑性彈性體組合物，其特徵在於，其中還可以含有 質量百分比為0 5%的偶聯劑以及質量百分比為0 5%的熱塑性彈性體接枝物；所述偶聯劑為乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、Y-氨丙基三乙氧基矽 烷、Y-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷、Y-巰丙基三甲氧基矽烷或者N-(!3-氨乙 基)-Y-氨丙基三甲氧基矽烷；所述熱塑性彈性體接枝物為馬來酸酐、馬來酸或者烯丙基縮水甘油醚。
3. 權利要求1所述的高耐磨熱塑性彈性體組合物的製備方法，其特徵在於，包括如下 步驟(1) 將5克熱塑性彈性體與有機溶劑四氫呋喃按照1 : 9的質量比加入到容器中，室溫 下放置6 12小時，使熱塑性彈性體充分溶脹，再經超聲波振蕩分散2 3小時，以使熱塑 性彈性體完全溶解並均勻分散，得到熱塑性彈性體的溶液；(2) 將無機耐磨添加劑和抗氧化劑加入到適量的四氫呋喃中配製成懸浮液，然後共同 加入到步驟(1)的熱塑性彈性體的溶液中，邊加邊攪拌，全部加入後再攪拌2小時以使無機 耐磨添加劑與抗氧化劑在熱塑性彈性體的溶液中充分分散；(3) —次性加入5 10克水，使熱塑性彈性體與粉體迅速共沉澱；(4) 抽濾沉澱物(抽濾過程中用水衝洗沉澱物三次)，然後在40°C、0. 09MPa下真空幹 燥4 8小時後粉碎成粒，即得高耐磨熱塑性彈性體組合物。
全文摘要
本發明公開了一種高耐磨熱塑性彈性體組合物及其製備方法，主要是採用溶液混合共沉澱法，將對於聚合物基複合材料的熱學性能和摩擦學性能均有顯著影響的無機耐磨改性劑添加到熱塑性彈性體的溶液中，再經共沉澱、抽濾、乾燥，粉碎成粒即得高耐磨熱塑性彈性體組合物，加工成型後即可應用，可以實現大規模工業化製備。本發明方法成本低廉、操作簡單，操作過程中無機耐磨添加劑的種類和添加量均可以準確控制，因此能夠根據需要得到多種具有不同熱學性能和摩擦學性能的熱塑性彈性體組合物，並且產品質量均一、穩定，具有良好耐磨性、韌性、熱穩定性，廣泛適用於切削工具、摩擦領域、電路領域。
文檔編號C08K3/36GK101704970SQ20091018069
公開日2010年5月12日 申請日期2009年10月28日 優先權日2009年10月28日
發明者唐華, 曹可生, 李國偉, 李長生, 王芳菲, 陳娟 申請人:無錫潤鵬複合新材料有限公司