專利名稱：三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種阻燃復(fù)合纖維材料的制備方法，尤其是一種三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料的制備方法。
背景技術(shù)：
三元乙丙橡膠(EPDM)由于具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定、耐老化、耐腐蝕、耐水、絕緣等性能，在汽車部件、電線電纜、密封件等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而，作為一種高分子材料，EPDM極其易燃，在高溫條件下容易降解，從而使材料失去功效。因此，為進(jìn)一步滿足市場對三元乙丙橡膠材料的需求，人們對其進(jìn)行了阻燃改性，以大幅度提高材料的安全性能，如中國發(fā)明專利申請公布說明書CN 101415642 A于2009年4月22日公開的一種“具有改進(jìn)的復(fù)合和粘度性能的氫氧化鎂”。該發(fā)明專利申請公布說明書中提及了一種阻燃聚合物配方，其由三元乙丙橡膠與阻燃量的氫氧化鎂顆粒組成，其中，氫氧化鎂的中值孔半徑r5Q為0.01 0.5 ii m、用量為阻燃聚合物配方的5 90wt% ;生產(chǎn)方法為先制作阻燃量的氫氧化鎂顆粒，再將其與三元乙丙橡膠一起置于布斯共捏合機(jī)，或密閉式混合機(jī)，或法雷爾連續(xù)混合機(jī)，或雙螺桿擠出機(jī)，或單螺桿擠出機(jī)和雙輥碾磨機(jī)的混合設(shè)備中混合并捏合成產(chǎn)物。但是，這種生產(chǎn)方法存在著不足之處，首先，為獲得具有確定粒徑和比表面積的氫氧化鎂顆粒，需將氫氧化鎂的含水漿料或氫氧化鎂和分散劑的含水漿料置于溫度為150 550°C、雷若數(shù)大于3000的熱氣流中，于碾磨轉(zhuǎn)子的圓周速度高于40 70m/sec下碾磨，既費(fèi)事，又費(fèi)時(shí)，還耗能；其次，產(chǎn)物僅為半成品，若制成纖維狀，還需再次加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種工藝簡便、節(jié)能的三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料的制備方法為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為:三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料的制備方法包括靜電紡絲法，特別是完成步驟如下:步驟1，先將三元乙丙橡膠(EPDM)和四氫呋喃(THF)溶劑按照質(zhì)量比為2 10:90 98的比例混合后，置于20 60°C下攪拌至少2h，得到混合溶液，再將混合溶液與可溶性鎂鹽相混合后，置于20 60°C下攪拌至少5h，其中，混合溶液中的三元乙丙橡膠與可溶性鎂鹽的質(zhì)量比為100:1 25，得到紡絲溶液；步驟2，先將紡絲溶液置于靜電紡絲機(jī)上，于紡絲電壓為10 30kV、噴絲頭至紡絲接收器的間距為10 30cm、紡絲溶液的流速為0.5 4.0mL/h下靜電紡絲，得到三元乙丙橡膠-可溶性鎂鹽復(fù)合纖維，再將三元乙丙橡膠-可溶性鎂鹽復(fù)合纖維置于濃度> 5wt%的氨水中浸泡至少5h后，進(jìn)行洗滌和干燥的處理，制得三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料；所述復(fù)合纖維材料中的纖維的直徑為0.1 5 ii m，其由重量比為0.2 15:100的氫氧化鎂和三元乙丙橡膠構(gòu)成。作為三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的可溶性鎂鹽為氯化鎂，或氯化鎂水合物，或硝酸鎂，或硝酸鎂水合物，或硫酸鎂，或硫酸鎂水合物；所述的紡絲接收器為轉(zhuǎn)鼓式紡絲收集器；所述的氨水的濃度為5 30wt% ;所述的洗滌處理為使用去離子水洗滌至其PH值與去離子水的pH值相近；所述的干燥處理為將其置于50 80°C下烘干。相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，其一，對制備方法制得的目標(biāo)產(chǎn)物分別使用掃描電鏡和X射線衍射儀進(jìn)行表征，由其結(jié)果可知，目標(biāo)產(chǎn)物為纖維狀；其直徑為0.1 5 i! m，由重量比為0.2 15:100的氫氧化鎂和三元乙丙橡膠構(gòu)成。其二，分別對純?nèi)冶鹉z和制備方法制得的目標(biāo)產(chǎn)物使用熱失重分析儀進(jìn)行表征，由其結(jié)果可知，目標(biāo)產(chǎn)物的分解溫度明顯提升，初溫分解溫度(降解3%時(shí)的溫度)從223°C提高到了 290°C。其三，制備方法科學(xué)、有效:既將可溶性鎂鹽先與三元乙丙橡膠通過溶液共混的方式相混合，再原位轉(zhuǎn)化，解決了氫氧化鎂在三元乙丙橡膠基體中的分散性難題，杜絕了團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，從而制得了含有均勻分散狀氫氧化鎂阻燃劑的三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料，并使其的熱穩(wěn)定性得到了明顯的改善，起到了強(qiáng)力阻燃的作用；又使目標(biāo)產(chǎn)物為纖維狀，大大地提高了目標(biāo)產(chǎn)物的比表面積，使其耐熱性能得到了明顯的提高，可廣泛地應(yīng)用于阻燃添加材料、高效過濾材料、吸油材料以及碳材料制備等領(lǐng)域；還有著制備過程簡單、耗能少、時(shí)間短，適用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。作為有益效果的進(jìn)一步體現(xiàn)，一是可溶性鎂鹽優(yōu)選為氯化鎂，或氯化鎂水合物，或硝酸鎂，或硝酸鎂水合物，或硫酸鎂，或硫酸鎂水合物，不僅使原料的來源更加豐富，而且使制備工藝更易實(shí)施且靈活便捷。二是紡絲接收器優(yōu)選為轉(zhuǎn)鼓式紡絲收集器，便于三元乙丙橡膠-可溶性鎂鹽復(fù)合纖維的高效收集。三是氨水的濃度優(yōu)選為5 30wt%，利于對三元乙丙橡膠-可溶性鎂鹽復(fù)合纖維的原位堿化處理。四是洗滌處理優(yōu)選為使用去離子水洗滌至其PH值與去離子水的pH值相近，干燥處理優(yōu)選為將其置于50 80°C下烘干，確保了目標(biāo)產(chǎn)物的品質(zhì)。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。圖1是對可溶性鎂鹽為氯化鎂時(shí)制得的中間產(chǎn)物(未對其進(jìn)行氨水堿化處理)——EPDM-MgCl2復(fù)合纖維使用掃描電鏡(SEM)進(jìn)行表征的結(jié)果之一。SEM圖像顯示出了中間產(chǎn)物為眾多的細(xì)絲狀纖維，呈隨機(jī)分布狀態(tài)，直徑均勻，表面光滑。由于通過旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓以較高的轉(zhuǎn)速收集，因此纖維還帶有一定程度的取向，有些纖維糾集在一起形成較粗的束狀纖維。圖2是對制得的目標(biāo)產(chǎn)物使用掃描電鏡進(jìn)行表征的結(jié)果之一。SEM圖像顯示出了其形貌比中間產(chǎn)物要粗糙，表面有細(xì)小顆粒存在，即為Mg(0H)2。另外纖維的直徑也不那么均勻，主要分布在0.1 5 iim范圍，這是由在氨水處理過程中的堿化作用所引起的。圖3是分別對純?nèi)冶鹉z纖維和制備方法制得的目標(biāo)產(chǎn)物使用熱失重分析(TGA)儀進(jìn)行表征的結(jié)果之一。測試時(shí)的條件為，將純?nèi)冶鹉z纖維和目標(biāo)產(chǎn)物置于氮?dú)鈿夥罩?，升溫速率?0°C /min。由TGA圖可知，相對于純?nèi)冶鹉z纖維，目標(biāo)產(chǎn)物的分解溫度得到了明顯的提升。
具體實(shí)施方式
首先從市場購得或用常規(guī)方法制得:三元乙丙橡膠；四氫呋喃；作為可溶性鎂鹽的氯化鎂、氯化鎂水合物、硝酸鎂、硝酸鎂水合物、硫酸鎂和硫酸鎂水合物；氨水。接著，實(shí)施例1制備的具體步驟為:步驟I,先將三元乙丙橡膠和四氫呋喃溶劑按照質(zhì)量比為2:98的比例混合后，置于20°C下攪拌4h，得到混合溶液。再將混合溶液與可溶性鎂鹽相混合后，置于20°C下攪拌7h ;其中，混合溶液中的三元乙丙橡膠與可溶性鎂鹽的質(zhì)量比為100:1，可溶性鎂鹽為氯化鎂，得到紡絲溶液。步驟2，先將紡絲溶液置于靜電紡絲機(jī)上，于紡絲電壓為10kV、噴絲頭至轉(zhuǎn)鼓式紡絲收集器的間距為10cm、紡絲溶液的流速為0.5mL/h下靜電紡絲，得到近似于圖1所示的三元乙丙橡膠-可溶性鎂鹽復(fù)合纖維。再將三元乙丙橡膠-可溶性鎂鹽復(fù)合纖維置于濃度為5wt%的氨水中浸泡15h后，進(jìn)行洗滌和干燥的處理；其中，洗滌處理為使用去離子水洗滌至其PH值與去離子水的pH值相近，干燥處理為將其置于50°C下烘干。制得近似于圖2所示，以及如圖3中的曲線所示的三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料。實(shí)施例2制備的具體步驟為:步驟I,先將三元乙丙橡膠和四氫呋喃溶劑按照質(zhì)量比為4:96的比例混合后，置于30°C下攪拌3.5h，得到混合溶液。再將混合溶液與可溶性鎂鹽相混合后，置于30°C下攪拌6.5h ;其中，混合溶液中的三元乙丙橡膠與可溶性鎂鹽的質(zhì)量比為100:7，可溶性鎂鹽為氯化鎂，得到紡絲溶液。步驟2，先將紡絲溶液置于靜電紡絲機(jī)上，于紡絲電壓為15kV、噴絲頭至轉(zhuǎn)鼓式紡絲收集器的間距為15cm、紡絲溶液的流速為lmL/h下靜電紡絲，得到近似于圖1所示的三元乙丙橡膠-可溶性鎂鹽復(fù)合纖維。再將三元乙丙橡膠-可溶性鎂鹽復(fù)合纖維置于濃度為Ilwt%的氨水中浸泡12.5h后,進(jìn)行洗漆和干燥的處理；其中，洗漆處理為使用去離子水洗滌至其PH值與去離子水的pH值相近，干燥處理為將其置于58°C下烘干。制得近似于圖2所示，以及如圖3中的曲線所示的三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料。實(shí)施例3制備的具體步驟為:步驟I,先將三元乙丙橡膠和四氫呋喃溶劑按照質(zhì)量比為6:94的比例混合后，置于40°C下攪拌3h，得到混合溶液。再將混合溶液與可溶性鎂鹽相混合后，置于40°C下攪拌6h ;其中，混合溶液中的三元乙丙橡膠與可溶性鎂鹽的質(zhì)量比為100:13，可溶性鎂鹽為氯化鎂，得到紡絲溶液。步驟2，先將紡絲溶液置于靜電紡絲機(jī)上，于紡絲電壓為20kV、噴絲頭至轉(zhuǎn)鼓式紡絲收集器的間距為20cm、紡絲溶液的流速為2.0mL/h下靜電紡絲，得到如圖1所示的三元乙丙橡膠-可溶性鎂鹽復(fù)合纖維。再將三元乙丙橡膠-可溶性鎂鹽復(fù)合纖維置于濃度為18wt%的氨水中浸泡IOh后，進(jìn)行洗滌和干燥的處理；其中，洗滌處理為使用去離子水洗滌至其pH值與去離子水的PH值相近，干燥處理為將其置于65°C下烘干。制得如圖2所示，以及如圖3中的曲線所示的三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料。實(shí)施例4制備的具體步驟為:步驟1，先將三元乙丙橡膠和四氫呋喃溶劑按照質(zhì)量比為8:92的比例混合后，置于50°C下攪拌2.5h，得到混合溶液。再將混合溶液與可溶性鎂鹽相混合后，置于50°C下攪拌5.5h ;其中，混合溶液中的三元乙丙橡膠與可溶性鎂鹽的質(zhì)量比為100:19，可溶性鎂鹽為氯化鎂，得到紡絲溶液。步驟2，先將紡絲溶液置于靜電紡絲機(jī)上，于紡絲電壓為25kV、噴絲頭至轉(zhuǎn)鼓式紡絲收集器的間距為25cm、紡絲溶液的流速為3.0mL/h下靜電紡絲，得到近似于圖1所示的三元乙丙橡膠-可溶性鎂鹽復(fù)合纖維。再將三元乙丙橡膠-可溶性鎂鹽復(fù)合纖維置于濃度為24wt%的氨水中浸泡7.5h后,進(jìn)行洗漆和干燥的處理；其中，洗漆處理為使用去離子水洗漆至其PH值與去離子水的pH值相近，干燥處理為將其置于73°C下烘干。制得近似于圖2所示，以及如圖3中的曲線所示的三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料。實(shí)施例5制備的具體步驟為:步驟1，先將三元乙丙橡膠和四氫呋喃溶劑按照質(zhì)量比為10:90的比例混合后，置于60°C下攪拌2h，得到混合溶液。再將混合溶液與可溶性鎂鹽相混合后，置于60°C下攪拌5h ;其中，混合溶液中的三元乙丙橡膠與可溶性鎂鹽的質(zhì)量比為100:25，可溶性鎂鹽為氯化鎂，得到紡絲溶液。步驟2，先將紡絲溶液置于靜電紡絲機(jī)上，于紡絲電壓為30kV、噴絲頭至轉(zhuǎn)鼓式紡絲收集器的間距為30cm、紡絲溶液的流速為4.0mL/h下靜電紡絲，得到近似于圖1所示的三元乙丙橡膠-可溶性鎂鹽復(fù)合纖維。再將三元乙丙橡膠-可溶性鎂鹽復(fù)合纖維置于濃度為30wt%的氨水中浸泡5h后，進(jìn)行洗滌和干燥的處理；其中，洗滌處理為使用去離子水洗滌至其PH值與去離子水的pH值相近，干燥處理為將其置于80°C下烘干。制得近似于圖2所示，以及如圖3中的曲線所示的三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料。再分別選用作為可溶性鎂鹽的氯化鎂,或氯化鎂水合物,或硝酸鎂,或硝酸鎂水合物，或硫酸鎂，或硫酸鎂水合物，重復(fù)上述實(shí)施例1 5，同樣制得了如或近似于圖2所示，以及如圖3中的曲線所示的三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明的三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料的制備方法進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料的制備方法，包括靜電紡絲法，其特征在于完成步驟如下: 步驟1，先將三元乙丙橡膠和四氫呋喃溶劑按照質(zhì)量比為2 10:90 98的比例混合后，置于20 60°C下攪拌至少2h，得到混合溶液，再將混合溶液與可溶性鎂鹽相混合后，置于20 60°C下攪拌至少5h，其中，混合溶液中的三元乙丙橡膠與可溶性鎂鹽的質(zhì)量比為100:1 25，得到紡絲溶液； 步驟2，先將紡絲溶液置于靜電紡絲機(jī)上，于紡絲電壓為10 30kV、噴絲頭至紡絲接收器的間距為10 30cm、紡絲溶液的流速為0.5 4.0mL/h下靜電紡絲，得到三元乙丙橡膠-可溶性鎂鹽復(fù)合纖維，再將三元乙丙橡膠-可溶性鎂鹽復(fù)合纖維置于濃度> 5wt%的氨水中浸泡至少5h后，進(jìn)行洗滌和干燥的處理，制得三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料； 所述復(fù)合纖維材料中的纖維的直徑為0.1 5iim，其由重量比為0.2 15:100的氫氧化鎂和三元乙丙橡膠構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料的制備方法，其特征是可溶性鎂鹽為氯化鎂，或氯化鎂水合物，或硝酸鎂，或硝酸鎂水合物，或硫酸鎂，或硫酸鎂水合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料的制備方法，其特征是紡絲接收器為轉(zhuǎn)鼓式紡絲收集器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料的制備方法，其特征是氨水的濃度為5 30wt%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料的制備方法，其特征是洗滌處理為使用去離子水洗滌至其PH值與去離子水的pH值相近。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料的制備方法，其特征是干燥處理為將其置于50 80°C下烘干。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三元乙丙橡膠阻燃復(fù)合纖維材料的制備方法。它先將三元乙丙橡膠和四氫呋喃溶劑按照質(zhì)量比為2～1090～98的比例混合后攪拌，得到混合溶液，再將混合溶液與可溶性鎂鹽相混合后攪拌，其中，混合溶液中的三元乙丙橡膠與可溶性鎂鹽的質(zhì)量比為1001～25，得到紡絲溶液，接著，先將紡絲溶液置于靜電紡絲機(jī)上，于紡絲電壓為10～30kV、噴絲頭至紡絲接收器的間距為10～30cm、紡絲溶液的流速為0.5～4.0mL/h下靜電紡絲，得到三元乙丙橡膠-可溶性鎂鹽復(fù)合纖維，再將其置于濃度≥5wt%的氨水中浸泡至少5h后，進(jìn)行洗滌和干燥的處理，制得直徑為0.1～5μm、重量比為0.2～15100的氫氧化鎂和三元乙丙橡膠構(gòu)成的目標(biāo)產(chǎn)物。它具有工藝簡便、省時(shí)和節(jié)能的特點(diǎn)。
文檔編號D01D10/06GK103114349SQ20131005935
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者薛萌, 張獻(xiàn), 顧振, 王歡, 林永興, 包超, 田興友 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院