CN101386689B - 一种橡胶增强增容剂组合物及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种橡胶增强增容剂组合物及其制备工艺，所述组合物由分选原料、助剂A、助剂B、助剂C和辅助原料组成，分选原料为无烟煤、烟煤等，助剂A为石墨、炭黑等，助剂B为石蜡、棕榈油等；所述助剂C为酚醛树脂等；所述辅助原料为NaOH等。工艺过程为；将分选原料与助剂A混合后粗粉碎，粗粉碎后的原料加入助剂B及辅助原料后进行超细粉碎、原位力化学改性和物理修饰，超细粉碎后的原料混合物通过分级后加入助剂C进行二次改性即制得成品。本发明产品具有增强增容作用，可全部或部分代替炭黑用于橡胶制品；其工艺简单、集成度高，并且环保，节能效果十分明显。
Description
技术领域
本发明涉及一种以煤及煤炭加热后产物为原料的橡胶增强增容剂组合物及其制备工艺，属于矿物超细加工技术领域。
背景技术
橡胶增强增容剂是指其在配方中作用为补强，增加硬度，增强磨耗，提高橡胶制品拉伸强度及撕裂强度等各项物理机械性能，同时增加胶料体积，降低成本，改善加工性的橡胶助剂，又称增量增强剂。在橡胶制品加工方面具有重要作用。
橡胶增强剂主要有细粒子炭黑、白炭黑、硅酸盐等；补强树脂有高苯乙烯树脂、酚醛树脂等。橡胶增容剂主要有陶土、碳酸钙、滑石粉、硅灰石粉、云母粉、煤矸石粉、海泡石粉、白云石粉、石墨等。
炭黑是一种无定形碳，轻、松而极细的黑色粉末，比表面积非常大，范围从10-3000m2/g，是有机物(天然气、重油、燃料油等)在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。比重1.8—2.1，“补强炭黑”用于做橡胶的补强剂。炭黑主要生产方法是使用液态烃为原料，采用煤焦油或石油等油类原料生产的炭黑，称为油炉法炭黑，采用天然气为原料生产的炭黑称“气黑”，采用乙炔为原料生产的炭黑称“乙炔黑”。油炉法炭黑产量占炭黑总产量的95％以上。这种生产工艺能耗高，成本高，对原料依赖性强，环境污染大。
白炭黑是白色粉末状，X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。用于橡胶补强方面。纳米白炭黑具有很好补强效果，但生产工艺复杂，成本高，难以规模化生产。
无机橡胶增容剂有：陶土、碳酸钙、滑石粉、硅灰石粉、云母粉、煤矸石粉、海泡石粉、白云石粉、石墨等。橡胶中大量填充这种材料主要目的是降低含胶率，进而降低生产成本，有时也能改善加工工艺性能，比如提高压出、压延速度，使压出压延胶料表面光滑。无机填料作为橡塑补强剂，与基体化合物缺乏相容性、结合力差，粒子稍粗便缺乏补强作用，较细时又往往分散不良，绝大多数无机填料只作为廉价的填充剂使用，产品附加值低。
在现有的橡胶补强剂和增容剂中，由于产品自身结构和成分的约束，使得产品功能较单一，难以将补强和增容的功能统一起来。
煤及煤炭加热后产物与石油相比，其显著特点是资源丰富，以芳烃结构单元为主。目前所开发出的高性能或功能化有机新材料大多含有复杂的芳香结构单元，这些结构单元很难从石油中获得。因此充分应用煤的芳香结构特点，开发煤在新材料和高附加值化学品方面的利用对于合理利用煤及提高煤利用的竞争力具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种可提高橡胶制品拉伸强度及撕裂强度等各项物理机械性能，同时增加胶料体积，降低成本，改善加工性的橡胶助剂。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种橡胶增强增容剂组合物，其特征在于由分选原料、助剂A、助剂B、助剂C和辅助原料组成，其中，所述助剂A的添加量为所述分选原料重量的0.5-20％，所述助剂B的添加量为所述分选原料重量的0.1-10％，所述助剂C的添加量为所述分选原料重量的0.1-10％，所述辅助原料的添加量为所述分选原料重量的0-8％；
所述分选原料为无烟煤、烟煤、焦碳、半焦、煤沥青和煤矸石中的一种或两种以上混合物；所述助剂A为石墨、炭黑、石油焦、煤沥青或滑石粉；所述助剂B为铝酸脂偶联剂、钛酸脂偶联剂、铝钛复合偶联剂、硅烷偶联剂、石蜡、棕榈油、芳烃油、脂肪族油、环烷油、煤焦油、松香或凡士林；所述助剂C为古马隆树脂、木质素、酚醛树脂、硬脂酸、硬脂酸锌、硫磺、氧化锌或氧化镁；所述辅助原料为NaOH、Na2CO3、CaO、Ca(OH)2、Mg2O、MgOH或KOH。
所述橡胶增强增容剂组合物加热减量在0.1％-2％之间。
所述橡胶增强增容剂组合物pH值在6-10之间。
本发明的另一目的是提供一种橡胶增强增容剂组合物的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
(1)将分选原料与助剂A混合后投入粗粉碎设备，将分选原料与助剂A粉碎至颗粒粒径小于8mm；
(2)将步骤(1)中经粗粉碎后的原料混合物加入助剂B及辅助原料后进入超细粉碎设备，在惰性气体或空气条件下进行超细粉碎及原位力化学改性和物理修饰，超细粉碎后的原料混合物细度D97≤23μm；
(3)将步骤(2)中经超细粉碎后的原料混合物通过分级设备分级后输送至多个料仓；
(4)将料仓中的物料加入助剂C并在改性设备中进行二次改性，即制备出增强增容剂组合物。
上述步骤(1)中所述粗粉碎设备为锤式破碎机、颚式破碎机或反击式破碎机。
上述步骤(2)中所述超细粉碎设备为气流磨、机械磨、辊压磨、振动磨或转子磨。
上述步骤(2)中所述惰性气体为氮气或二氧化碳。
上述步骤(3)中所述分级设备为旋风分级机、涡轮分级机或离心干式分级机。
上述步骤(4)中所述改性设备为高速混合机、高低速混合机、连续式改性机或流化床改性机。
分选原料超细粉碎、力化学改性一体化及二次改性是制备增强增容剂组合物的主要手段之一。超细粉碎设备产生的强大机械力，将原料粉碎，使粉体表面形成自由基或活性点，产生机械力化学吸附，以达到改性目的。机械力化学改性后的组合物粉体，经过分级后按不同的粒度级配进行计量配混，再通过添加功能助剂进行二次改性，得到不同型号的橡胶增强增容剂组合物。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明产品具有增强增容作用，可全部或部分代替炭黑用于橡胶制品。
2、本发明工艺的特点：
1)制备工艺简单、技术集成度高。制备工艺是在惰性气体气氛或空气气氛条件下将超细粉碎、原位改性及二次改性技术应用于增强增容剂组合物制备，在制备过程中同时进行表面力化学及物理修饰(化学接枝、表面改性)，保证粉体分散均匀性和新鲜表面的反应活性。
2)节能、环保。本发明是利用煤特殊的有机大分子聚合物结构与特性，通过先进超细粉碎技术与表面改性方法制备橡胶增强增容剂组合物。产品不仅可改变煤作为燃料使用时所造成的废气、废渣、废液等对环境的影响和危害，产品加工过程高度集成化，环节少，无常规石油化工中聚合物合成中从石油炼制厂，单体合成厂，聚合物合成厂等复杂环节所存在的严重环境污染。因此，该新产品的环境效益十分明显。由于采用了国内先进的超细粉碎机组同时配合各种添加剂辅助粉碎、改性进行生产，因此，该工艺的节能效果十分明显。
下面通过实施例对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
以下实施例中的原料均按重量(公斤)计：
实施例1
本实施例的原料组成为：100公斤分选原料、20公斤助剂A、10公斤助剂B、10公斤助剂C和8公斤辅助原料，其中，所述分选原料为无烟煤、烟煤、焦碳、半焦、煤沥青和煤矸石中的一种或两种以上混合物；所述助剂A为石墨、炭黑、石油焦、煤沥青或滑石粉，主要起助磨作用；所述助剂B为铝酸脂偶联剂、钛酸脂偶联剂、铝钛复合偶联剂、硅烷偶联剂、石蜡、棕榈油、芳烃油、脂肪族油、环烷油、煤焦油、松香或凡士林，主要作用是化学接枝、表面改性；所述助剂C为古马隆树脂、木质素、酚醛树脂、硬脂酸、硬脂酸锌、硫磺、氧化锌或氧化镁，主要作用是改善产品的补强效果；所述辅助原料为NaOH、Na2CO3、CaO、Ca(OH)2、Mg2O、MgOH或KOH，主要作用是调节产品的pH值在6-10之间。
本实施例的制备方法为：
(1)将分选原料与助剂A混合后投入粗粉碎设备，将分选原料与助剂A粉碎至颗粒粒径小于8mm；所述粗粉碎设备为锤式破碎机、颚式破碎机或反击式破碎机。
(2)将步骤(1)中经粗粉碎后的原料混合物加入助剂B及辅助原料后进入超细粉碎设备，在惰性气体或空气条件下进行超细粉碎及原位力化学改性和物理修饰，超细粉碎后的原料混合物细度D97≤23μm；所述惰性气体为氮气、二氧化碳，所述超细粉碎设备为气流磨、机械磨、辊压磨、振动磨或转子磨。
(3)将步骤(2)中经超细粉碎后的原料混合物通过分级设备分级后输送至多个料仓，所述分级设备为旋风分级机、涡轮分级机或离心干式分级机。
(4)将料仓中的物料加入助剂C并在改性设备中进行二次改性，即制备出增强增容剂组合物，所述改性设备为高速混合机、高低速混合机、连续式改性机或流化床改性机。
本实施例制备的橡胶增强增容剂组合物加热减量在0.1％-2％之间，其pH值在6-10之间。
实施例2
本实施例的原料组成为：100公斤分选原料、0.5公斤助剂A、0.1公斤助剂B和0.1公斤助剂C，其中，所述分选原料为无烟煤、烟煤、焦碳、半焦、煤沥青和煤矸石中的一种或两种以上混合物；所述助剂A为石墨、炭黑、石油焦、煤沥青或滑石粉，主要起助磨作用；所述助剂B为铝酸脂偶联剂、钛酸脂偶联剂、铝钛复合偶联剂、硅烷偶联剂、石蜡、棕榈油、芳烃油、脂肪族油、环烷油、煤焦油、松香或凡士林，主要作用是化学接枝、表面改性；所述助剂C为古马隆树脂、木质素、酚醛树脂、硬脂酸、硬脂酸锌、硫磺、氧化锌或氧化镁，主要作用是改善产品的补强效果。
本实施例制备方法同实施例1。
本实施例制备的橡胶增强增容剂组合物加热减量在0.1％-2％之间，其pH值在6-10之间。
实施例3
本实施例的原料组成为：100公斤分选原料、10公斤助剂A、5公斤助剂B、5公斤助剂C和2公斤辅助原料，其中，所述分选原料为无烟煤、烟煤、焦碳、半焦、煤沥青和煤矸石中的一种或两种以上混合物；所述助剂A为石墨、炭黑、石油焦、煤沥青或滑石粉，主要起助磨作用；所述助剂B为铝酸脂偶联剂、钛酸脂偶联剂、铝钛复合偶联剂、硅烷偶联剂、石蜡、棕榈油、芳烃油、脂肪族油、环烷油、煤焦油、松香或凡士林，主要作用是化学接枝、表面改性；所述助剂C为古马隆树脂、木质素、酚醛树脂、硬脂酸、硬脂酸锌、硫磺、氧化锌或氧化镁，主要作用是改善产品的补强效果；所述辅助原料为NaOH、Na2CO3、CaO、Ca(OH)2、Mg2O、MgOH或KOH，主要作用是调节产品的pH值在6-10之间。
本实施例制备方法同实施例1。
本实施例制备的橡胶增强增容剂组合物加热减量在0.1％-2％之间，其pH值在6-10之间。
实施例4
本实施例的原料组成为：100公斤分选原料、15公斤助剂A、6公斤助剂B、6公斤助剂C和5公斤辅助原料，其中，所述分选原料为无烟煤、烟煤、焦碳、半焦、煤沥青和煤矸石中的一种或两种以上混合物；所述助剂A为石墨、炭黑、石油焦、煤沥青或滑石粉，主要起助磨作用；所述助剂B为铝酸脂偶联剂、钛酸脂偶联剂、铝钛复合偶联剂、硅烷偶联剂、石蜡、棕榈油、芳烃油、脂肪族油、环烷油、煤焦油、松香或凡士林，主要作用是化学接枝、表面改性；所述助剂C为古马隆树脂、木质素、酚醛树脂、硬脂酸、硬脂酸锌、硫磺、氧化锌或氧化镁，主要作用是改善产品的补强效果；所述辅助原料为NaOH、Na2CO3、CaO、Ca(OH)2、Mg2O、MgOH或KOH，主要作用是调节产品的pH值在6-10之间。
本实施例制备方法同实施例1。
本实施例制备的橡胶增强增容剂组合物加热减量在0.1％-2％之间，其pH值在6-10之间。
实施例5
本实施例的原料组成为：本实施例的原料组成为：100公斤分选原料、8公斤助剂A、3公斤助剂B、3公斤助剂C和1公斤辅助原料，其中，所述分选原料为无烟煤、烟煤、焦碳、半焦、煤沥青和煤矸石中的一种或两种以上混合物；所述助剂A为石墨、炭黑、石油焦、煤沥青或滑石粉，主要起助磨作用；所述助剂B为铝酸脂偶联剂、钛酸脂偶联剂、铝钛复合偶联剂、硅烷偶联剂、石蜡、棕榈油、芳烃油、脂肪族油、环烷油、煤焦油、松香或凡士林，主要作用是化学接枝、表面改性；所述助剂C为古马隆树脂、木质素、酚醛树脂、硬脂酸、硬脂酸锌、硫磺、氧化锌或氧化镁，主要作用是改善产品的补强效果；所述辅助原料为NaOH、Na2CO3、CaO、Ca(OH)2、Mg2O、MgOH或KOH，主要作用是调节产品的pH值在6-10之间。
本实施例制备方法同实施例1。
本实施例制备的橡胶增强增容剂组合物加热减量在0.1％-2％之间，其pH值在6-10之间。
用本发明产品橡胶增强增容剂制备输油胶管、V-带胶料和油封的配方及成品的性能见表1、表2和表3。
表1 输油胶管配方及性能
表2 V-带胶料配方及性能
表3 油封配方及性能
Claims (8)
1.一种橡胶增强增容剂组合物的制备工艺，橡胶增强增容剂组合物由分选原料、助剂A、助剂B、助剂C和辅助原料组成，其中，所述助剂A的添加量为所述分选原料重量的0.5-20％，所述助剂B的添加量为所述分选原料重量的0.1-10％，所述助剂C的添加量为所述分选原料重量的0.1-10％，所述辅助原料的添加量为所述分选原料重量的0-8％；所述分选原料为无烟煤、烟煤、焦碳、半焦、煤沥青和煤矸石中的一种或两种以上混合物；所述助剂A为石墨、炭黑、石油焦、煤沥青或滑石粉；所述助剂B为铝酸脂偶联剂、钛酸脂偶联剂、铝钛复合偶联剂、硅烷偶联剂、石蜡、棕榈油、芳烃油、脂肪族油、环烷油、煤焦油、松香或凡士林；所述助剂C为古马隆树脂、木质素、酚醛树脂、硬脂酸、硬脂酸锌、硫磺、氧化锌或氧化镁；所述辅助原料为NaOH、Na2CO3、CaO、Ca(OH)2或KOH，其特征在于制备工艺包括以下步骤：
(1)将分选原料与助剂A混合后投入粗粉碎设备，将分选原料与助剂A粉碎至颗粒粒径小于8mm；
(2)将步骤(1)中经粗粉碎后的原料混合物加入助剂B及辅助原料后进入超细粉碎设备，在惰性气体或空气条件下进行超细粉碎及原位力化学改性和物理修饰，超细粉碎后的原料混合物细度D97≤23μm；
(3)将步骤(2)中经超细粉碎后的原料混合物通过分级设备分级后输送至多个料仓；
(4)将料仓中的物料加入助剂C并在改性设备中进行二次改性，即制备出增强增容剂组合物。
2.根据权利要求1所述的一种橡胶增强增容剂组合物的制备工艺，其特征在于所述橡胶增强增容剂组合物加热减量在0.1％-2％之间。
3.根据权利要求1所述的一种橡胶增强增容剂组合物的制备工艺，其特征在于所述橡胶增强增容剂组合物pH值在6-10之间。
4.根据权利要求1所述的一种橡胶增强增容剂组合物的制备工艺，其特征在于步骤(1)中所述粗粉碎设备为锤式破碎机、颚式破碎机或反击式破碎机。
5.根据权利要求1所述的一种橡胶增强增容剂组合物的制备工艺，其特征在于步骤(2)中所述超细粉碎设备为气流磨、机械磨、辊压磨、振动磨或转子磨。
6.根据权利要求1所述的一种橡胶增强增容剂组合物的制备工艺，其特征在于步骤(2)中所述惰性气体为氮气或二氧化碳。
7.根据权利要求1所述的一种橡胶增强增容剂组合物的制备工艺，其特征在于步骤(3)中所述分级设备为旋风分级机、涡轮分级机或离心干式分级机。
8.根据权利要求1所述的一种橡胶增强增容剂组合物的制备工艺，其特征在于步骤(4)中所述改性设备为高速混合机、高低速混合机、连续式改性机或流化床改性机。
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