TW202138454A

TW202138454A - 橡塑膠複合發泡材料

Info

Publication number: TW202138454A
Application number: TW109111662A
Authority: TW
Inventors: 楊梓瑜
Original assignee: 鉅奕科技有限公司
Priority date: 2020-04-07
Filing date: 2020-04-07
Publication date: 2021-10-16
Also published as: JP2021165366A; TWI717251B

Abstract

本發明的橡塑膠複合發泡材料是由多個成分混合發泡而成，這些成分包括100重量份的橡膠；5-70重量份的中空玻璃微球；1-50重量份的炭黑；5-50重量份的軟化油；1-50重量份的硫磺油膏；0.5-10重量份的抗氧化劑；0.5-15重量份的交聯劑；以及2-12重量份的發泡劑。通過在成分中添加中空玻璃微球，本發明的橡塑膠複合發泡材料表現出較好的抗壓縮性及保溫性。

Description

橡塑膠複合發泡材料

本發明是關於一種橡塑膠複合材料，特別是關於一種橡塑膠複合發泡材料。

橡塑膠複合發泡材料質輕，並具有較低的熱傳導特性，經常被用於製作潛水衣。在進行潛水活動時，水深越深，水壓越大，現有的橡塑膠複合發泡材料在水壓較大的環境下會被壓縮，導致材料中的氣泡被壓縮，進而使隔熱效果降低，並加速潛水員體溫的流失。

除此之外，在反覆潛水壓縮後，現有橡塑膠複合材料的氣孔容易被壓縮，導致現有橡塑膠複合材料隨著使用次數越多，隔熱性能越差。

有鑑於此，本發明的其中一項目的在於提供一種在高壓環境下仍可具有較佳隔熱效果的橡塑膠複合發泡材料。

為了達成上述及其他目的，本發明提供一種橡塑膠複合發泡材料，是由多個成分混合發泡而成，該些成分包括：100重量份的橡膠；5-70重量份的中空玻璃微球；1-50重量份的炭黑；5-50重量份的軟化油；1-50重量份的硫磺油膏；0.5-10重量份的抗氧化劑；0.5-15重量份的交聯劑；以及2-12重量份的發泡劑。

本發明利用中空玻璃微球取代部分填充劑可以實現的有益效果在於，即便在高壓環境下，仍能具備良好的保溫效果，滿足潛水衣的保溫性能要求。

本發明的橡塑膠複合發泡材料是由多個成分混合發泡而成，這些成分包括100重量份的橡膠；5-70重量份的中空玻璃微球；1-50重量份的炭黑（carbon black）；5-50重量份的軟化油；1-50重量份的硫磺油膏；0.5-10重量份的抗氧化劑；0.5-15重量份的交聯劑；以及2-12重量份的發泡劑。在部分實施方式中，所使用的成分還進一步包括0.5-13重量份的活性劑。在部分實施方式中，所使用的成分還進一步包括5-40重量份的填充劑。在部分實施方式中，所使用的成分還進一步包括0.5-1.5重量份的促進劑。

所述橡膠可為天然橡膠或人造橡膠，在可能的實施方式中，所使用的橡膠可為但不限於氯丁二烯橡膠（CR）、丁腈橡膠（NBR）、丁苯橡膠（SBR）、三元乙丙橡膠（EPDM）及乙烯-醋酸乙烯橡膠（EVA）。

所述中空玻璃微球為空心球體。在可能的實施方式中，中空玻璃微球可由二氧化矽及三氧化二鋁燒製，其D₉₀ 粒度例如介於5-100 µm之間，且其抗壓強度例如大於500 psi，具有較低的壓縮變形率，例如鉅奕科技有限公司所販售型號為SY-210或GES-83的中空玻璃微球。中空玻璃微球的直徑越大，空心率越高，反之則越小。所選用的中空玻璃微球可具有較小的熱導系數，其熱導系數例如小於0.06。

炭黑作為一種橡膠補強劑，可用於提升橡膠的耐磨性，例如美商卡博特公司（Cabot Corporation, US）所販售型號為N550、N774或N990的炭黑。

軟化油可為但不限於芳香油（aromatic oil）或環烷油（naphthenic oil），例如經過處理的芳烴油（treated distillate aromatic extracts，TDAE）、對苯二甲酸二辛酯（DOTP）、偏苯三酸三辛酯（TOTM）、癸二酸二辛酯（DOS）或其他非鄰苯二甲酸酯類的可塑劑，在加工橡膠時，軟化油可使橡膠軟化、可塑化，便於加工。

硫磺油膏是一種橡膠加工助劑，例如選用蓖麻油、菜籽油與硫磺交聯製成的油膏，例如立安東化工股份有限公司（ORIENTAL SILICAS CORPORATION, TW）商品型號為VVO-74的硫磺油膏或日商天滿油膏製造株式會社（TENMA FACTICE MFG.CO.,LTD, JP）商品型號為Brown-30的硫磺油膏。

抗氧化劑例如選用對甲酚和雙環戊二烯的共聚物、4,4'-二(苯基異丙基)二苯胺（4,4'-bis(phenylisopropyl)diphenylamine）、4,4 -二辛基二苯胺（4,4'-dioctylphenylamine）、1,2-二氫-2,2,4-三甲基喹啉（1,2-dihydro-2,2,4-trimethyl-quinolin）、2,2'-次甲基-雙-(4-甲基-6-特-丁酚)（2,2'-methylenebis(4-methyl-6-tert-butylphenol)）。

交聯劑例如選用氧化鎂（MgO）、氧化鋅（ZnO）或硫磺（sulfur），並可配合促進劑一起使用，促進劑例如為二苯基胍（diphenylguanidine）、2-氫硫基苯並噻唑（2-mercapto benzothiazole）、二苯並噻唑二硫化物（dibenzothiazole disulfide）或二丁基二硫代氨基甲酸鋅（zinc dibutyl dithiocarbamate）。

發泡劑例如選用偶氮二甲酰胺（azodicarbonamide）或4,4'-氧代双苯磺酰肼（4,4'-Oxybis(benzenesulfonyl hydrazide)）。

活性劑例如為聚乙二醇（Poly(ethylene glycol)）、二乙二醇（Diethylene glycol）、三乙醇胺（Triethanolamine）、硬脂酸（Stearic Acid）及/或矽烷偶合劑（Silane）。

填充劑例如為白炭黑（沈澱二氧化矽）、碳酸鈣、鎂強粉（滑石粉和氧化鎂混合物）、滑石粉、雲母粉、高嶺土。

以下顯示實施例及比較例並具體說明本發明。

表1

成分	化學品名或商品名
橡膠	a	氯丁二烯橡膠
b	丁苯橡膠
c	天然橡膠
中空玻璃微球	a	SY-210（鉅奕科技有限公司製）
b	GES-83（鉅奕科技有限公司製）
炭黑	N774（美商卡博特公司製）
填充劑	a	碳酸鈣
b	滑石粉
c	高領土
軟化油	a	TDAE V-500（德國漢聖化工集團(Hansen & Rosenthal Group）製的芳香油）
b	NA-80（道達爾集團製的環烷油）
硫磺油膏	VVO-74（立安東化工股份有限公司製）
抗氧化劑	4,4'-二(苯基異丙基)二苯胺
活性劑	a	聚乙二醇（PEG4000）
b	硬脂酸
促進劑	a	二苯基胍
b	2-氫硫基苯並噻唑
c	二苯並噻唑二硫化物
交聯劑	a	氧化鎂
b	氧化鋅
c	硫磺
發泡劑	偶氮二甲酰胺

實施例1-8及比較例1

依表2所示的比例，將橡膠投入捏合機素煉0.5-5分鐘，溫度介於30-50℃；接著投入抗氧化劑、活性劑、炭黑、中空玻璃微球及一部份所需量的軟化油，混合2-10分鐘，溫度介於40-70℃；之後投入填充劑、硫磺油膏、促進劑及剩餘部份的軟化油，混合2-10分鐘，溫度50-75℃；接著投入交聯劑及發泡劑，混合2-10分鐘，溫度65-95℃，然後下料到雙滾筒混合機混合2-25分鐘，而後投入出片機轉成片狀的橡塑膠片；將橡塑膠片放入第一油壓機進行第一次發泡，時間10-30分鐘，溫度125-150℃；將橡塑膠片自第一油壓機取出，放入第二油壓機進行第二次發泡，時間10-30分鐘，溫度130-170℃；發泡完成後，將橡塑膠片取出冷卻數天，最後以切片機切出所需的橡塑膠複合發泡材料。

表2

成分及重量份	實施例	比較例
1	2	3	4	5	6	7	8	1
橡膠	a	100	100	100	100	100	100			100
b							100
c								100
中空玻璃微球	a		20		30	45	60	30	30
b	5		20
炭黑	55	15	15	15	10	1	30	30	30
填充劑	a	5	5	5	3	3		3	3	20
b									10
c		5	5	2	2		2	2	10
軟化油	a		20	20	22	25	25	10	10	8
b	6	16	16	16	16	25	20	20	22
硫磺油膏	50	20	20	20	25	1	20	20	25
抗氧化劑	0.5	2	2	2	2	2	2	10	2
活性劑	a	2	4	4	5	7	8	12	10
b	1	1	1	1	1	1	1	1	1
促進劑	a							0.7	0.3
b							0.3	0.2
c							0.1	0.1
交聯劑	a	7	4	4	4	4	4			4
b	8	5	5	5	5	5			5
c							1.5	2
發泡劑	9	7	7	6	5	4	10	10	10

性能評估：

（1）硬度（Hardness）

以Type C硬度計對實施例1-8及比較例1進行測試。

（2）比重（Specific Gravity）

以ASTM D297的試驗法對實施例1-8及比較例1進行測試。

（3）拉伸強度（Tensile Strength）

以ASTM D412的試驗法對實施例1-8及比較例1進行測試。

（4）斷裂伸長率（Elongation at break）

以ASTM D638 的試驗法對實施例1-8及比較例1進行測試。

（4）壓縮變形率

以ASTM D395的試驗法對實施例1-8及比較例1進行測試。

（5）保溫性

以負重壓環境下，觀察實施例1-8相較於比較例1的溫差。

◎：相較於比較例1，兩者溫差>4℃

○：相較於比較例1，兩者溫差2到4℃

△：相較於比較例1，兩者溫差1-2℃

╳：相較於比較例1，兩者溫差>1℃

（6）抗壓縮性

以ASTM D395的試驗法對實施例1-8及比較例1進行測試。

◎：>40

○：40-50

△：50-60

╳：>60

上述試驗的結果彙整於表3。

表3

特性	實施例	比較例
1	2	3	4	5	6	7	8	1
硬度	10	10	10	10	11	11	11	10	11
比重	0.175	0.183	0.185	0.194	0.209	0.218	0.165	0.167	0.161
拉伸強度	9.5	13.1	12.5	11.9	10.1	8.2	7.6	8.5	9.4
斷裂伸長率	510	612	596	650	519	476	295	431	502
壓縮變形率	53.5	39.3	39.2	34.1	32.8	31.2	63.6	62.5	54.7
保溫性	△	◎	◎	◎	◎	◎	○	○	-
抗壓縮性	△	◎	◎	◎	◎	◎	╳	╳	△

由表3所示的結果可知，本發明實施例1-6的橡塑膠複合發泡材料在硬度、比重、拉伸強度、斷裂伸長率的表現與常規材料（比較例1）相近，但壓縮變形率及保溫性均優於常規材料，中空玻璃微球添加量介於20-60重量份的實施例2-6更表現出遠優於比較例1的保溫性。此外，使用不同橡膠成分的實施例7、8即便抗壓縮性較差，但保溫性仍較比較例1優異。

高壓環境下的保溫性測試1：

（1）瞬間保溫性

測試方法：使用如第1圖所示的保溫測試裝置進行測試，該保溫測試裝置包括一水桶10、一K-Type電子感溫器、一壓克力板20、一鐵片25、及25kg重的鐵塊30，測試時，將冰塊40置於水桶10內，以兩片測試用的橡塑膠複合發泡材料50A、50B包覆電子感溫器的平面感溫線60，在上層橡塑膠複合發泡材料50A上方蓋上3mm厚的壓克力板20，壓克力板20上方放置3mm厚鐵片25，最後將鐵塊30放在鐵片25上，讓鐵塊30的重量經由鐵片25及壓克力板20平均分散至橡塑膠複合發泡材料50A、50B完整表面，模擬潛水時橡塑膠複合發泡材料在低溫環境承受水壓的情境，測試前紀錄平面感溫線60的測試前溫度（prior-test temperature），測試開始一分鐘後，再次記錄平面感溫線60所測得的測試溫度（test temperature），並計算測試溫度與測試前溫度的溫差。

測試對象：將上述實施例3的橡塑膠複合發泡材料切成5 mm厚度的片體作為實施例9，將上述實施例3的橡塑膠複合發泡材料切成3 mm厚度的片體作為實施例10，將上述比較例1的橡塑膠複合發泡材料切成5 mm厚度的片體作為比較例2。

◎：溫差介於10-13℃

○：溫差介於13-16℃

△：溫差介於16-20℃

╳：溫差大於20℃

（2）長效保溫性

測試方法：使用與瞬間保溫性相似的裝置及條件，改為在測試開始30分鐘後取得測試溫度。

測試對象：實施例9、10及比較例2。

◎：溫差介於10-13℃

○：溫差介於13-16℃

△：溫差介於16-20℃

╳：溫差大於20℃

上述試驗的結果彙整於表4。

表4

特性	實施例	比較例
9	10	2
測試前溫度	31℃	30.8℃	30.8℃
瞬間保溫性	◎	△	△
長效保溫性	△	△	╳

由表4所示的結果可知，與片體厚度相同的比較例2相較，實施例9表現出較好的瞬間保溫性及長效保溫性。另外，實施例10的測試結果顯示，本發明的橡塑膠複合發泡材料即便厚度較薄，也能表現相同或更好的保溫性。

高壓環境下的保溫性測試2：

（1）瞬間保溫性

測試方法：如高壓環境下的保溫性測試1。

測試對象：將上述實施例4的橡塑膠複合發泡材料切成3.5 mm厚度的片體作為實施例11，將上述比較例1的橡塑膠複合發泡材料切成5 mm厚度的片體作為比較例3。

◎：溫差介於10-13℃

○：溫差介於13-16℃

△：溫差介於16-20℃

╳：溫差大於20℃

（2）長效保溫性

測試方法：如高壓環境下的保溫性測試1。

◎：溫差介於10-13℃

○：溫差介於13-16℃

△：溫差介於16-20℃

╳：溫差大於20℃

上述試驗的結果彙整於表5。

表5

特性	實施例	比較例
11	3
測試前溫度	23.9℃	23.9℃
瞬間保溫性	◎	○
長效保溫性	○	○

由表5所示的結果可知，本發明的橡塑膠複合發泡材料即便厚度較薄，也能表現相同或更好的保溫性。

綜合上述，本發明的橡塑膠複合發泡材料可以表現出較好的抗壓縮性，在受壓環境下能夠減少熱能在材料中傳導，進而表現出較好的保溫性，所以適合應用於潛水衣產品。

10:水桶 20:壓克力板 25:鐵片 30:鐵塊 40:冰塊 50A、50B:橡塑膠複合發泡材料 60:平面感溫線

第1圖為保溫性測試所使用的保溫測試裝置的側視分解圖。

10:水桶

20:壓克力板

25:鐵片

30:鐵塊

40:冰塊

50A、50B:橡塑膠複合發泡材料

60:平面感溫線

Claims

一種橡塑膠複合發泡材料，是由多個成分混合發泡而成，該些成分包括： 100重量份的橡膠； 5-70重量份的中空玻璃微球； 1-50重量份的炭黑； 5-50重量份的軟化油； 1-50重量份的硫磺油膏膏； 0.5-10重量份的抗氧化劑； 0.5-15重量份的交聯劑；以及 2-12重量份的發泡劑。
如請求項1所述的橡塑膠複合發泡材料，其中該些成分更包括0.5-13重量份的活性劑。
如請求項1所述的橡塑膠複合發泡材料，其中該些成分更包括5-40重量份的填充劑。
如請求項1所述的橡塑膠複合發泡材料，其中該些成分更包括0.5-1.5重量份的促進劑。
如請求項1所述的橡塑膠複合發泡材料，其中所述中空玻璃微球的D₉₀ 粒度介於5-100 µm之間。
如請求項1所述的橡塑膠複合發泡材料，其中所述中空玻璃微球的抗壓強度大於500 psi。