CN101891907B

CN101891907B - 一种多功能纳米ZnO增强橡胶

Info

Publication number: CN101891907B
Application number: CN2010102307603A
Authority: CN
Inventors: 陈玉祥; 王霞; 张建国; 刘承杰; 侯铎
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2030-07-14
Also published as: CN101891907A

Abstract

本发明涉及一种用于石油井控装置、特种机械设备及化学化工领域的多功能纳米ZnO增强橡胶。其技术方案是：制备该增强橡胶所用原料的成分和用量如下：丁腈橡胶、67％；硫磺、1％；改性纳米氧化锌、8％；防老剂264、0.8％；炭黑、20％；邻苯二甲酸二辛酯、1％；硬脂酸、0.7％；促进剂-DM、0.5％；促进剂-CZ、1％；纳米ZnO改性是先将纳米ZnO在200℃烘干，再用丙酮分别稀释表面活性剂硅烷偶联剂或乳化剂OP-10，在搅拌下，用丙酮稀释后的表面活性剂处理纳米ZnO，在70℃-90℃下充分干燥，蒸发丙酮得改性纳米ZnO。加入纳米ZnO后橡胶强度增加，塑性提高，用于油田井控设备及化学化工行业。

Description

一种多功能纳米ZnO增强橡胶

技术领域

本发明涉及一种用于石油井控装置、特种机械设备以及化学化工领域的多功能纳米ZnO增强橡胶。

技术背景

丁腈橡胶是目前油封及O型圈最常用的橡胶材料之一。但依然存在诸多问题：①不适合用于极性溶剂之中，例如酮类、臭氧、硝基烃和氯仿等用于制作燃油箱、润滑油箱类部件；②不能满足石油系液压油、汽油、水、硅油、二酯系润滑油等流体介质中使用的橡胶零件的性能需求。

为克服橡胶部件性能瓶颈问题，本发明提供一种多功能纳米ZnO增强橡胶配方，通过纳米ZnO对NBR进行改性，获得力学性能、稳定性、物理化学性能及其综合性能更优异的橡胶制品，进而延长制品的使用寿命，以更好的应用于实际。

用纳米粒子填充增强高分子材料时，纳米粒子的粒径，用量及表面处理方法都会对复合材料的性能产生很大的影响。使用纳米级填料，由于粒子的尺寸下降，粒子的表面积增大，因而填料与基体接触面积增大，而且纳米粒子表面活性中心多，可以和基体紧密结合，相容性比较好，当受外力时，粒子不易与基体脱离，而且因为外力场的相互作用，在基体内产生很多微变形区，吸收大量的能量，这也就决定了其既能较好地传递所承受的外应力，又能引发基体屈服，消耗大量冲击能，从而达到同时增韧并增强的作用。目前，已有多种类型的纳米粒子用来填充高分子材料，以实现高分子材料的高性能化和多功能化。

发明内容

本发明的目的是：为了综合提升橡胶制品的强度、硬度及力学性能，提高橡胶的分散性、缩短混炼时间及生产周期、提高生产效率及经济效益，特提供一种多功能纳米ZnO增强橡胶。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种多功能纳米ZnO增强橡胶，其特征是：制备该增强橡胶所用原料的成分和用量如下，其中用量为质量百分比、质量的单位为克或千克；丁腈橡胶、代号NBR、67％；硫磺、1％；改性纳米氧化锌、代号ZnO、8％；防老剂264、即双二苯胺、0.8％；炭黑、20％；邻苯二甲酸二辛酯、代号DOP、1％；硬脂酸、即十八烷酸、0.7％；促进剂-DM、即二硫化二苯骈噻唑、0.5％；促进剂-CZ、即N-环己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺、1％；

纳米氧化锌的改性：颗粒直径在1nm至100nm之间的ZnO粉末在200-210℃温度下、烘干1.5h，充分干燥得活性纳米ZnO；再用丙酮稀释表面活性剂硅烷偶联剂即双-[Y-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物、或乳化剂OP-10即烷基酚与环氧乙烷的缩合物，其体积比为20∶1；在均匀搅拌下、压力控制在0.3～0.5MPa，采用喷雾法用丙酮稀释的硅烷偶联剂处理前面制得的纳米ZnO；最后在70-90℃温度下，将上述处理混合物干燥、蒸发丙酮溶剂、制得改性纳米ZnO。

本发明的有益效果是：该多功能纳米ZnO增强橡胶配方体系为热力稳定性和各向同性的多组分分散体系，贮存过程中不易发生聚结。加入纳米助剂后橡胶强度有所增加、塑性提高明显，从而提高橡胶材料使用寿命，使得该配方的适应范围也被大大拓宽。较大程度提高橡胶稳定性的同时，提升其综合性能及其使用寿命，最大限度地发挥药剂之间的协同作用并达到增强橡胶性能的目的。

具体实施方式

实例1：增强橡胶的配方及制备过程

丁腈橡胶的塑炼与一般通用胶不同，它需要采用低温、小辊距、低容量薄通法，这样才能有效地获得一定的可塑度。在常温条件下，将丁腈橡胶生胶于开炼机上塑炼10min左右至包辊。辊温45-55℃，注意双辊塑炼机前辊温度必须高于后辊温度大约10℃，辊距1mm。将塑炼后的丁腈橡胶在空气中静置2～6小时，方可进行混炼。丁腈橡胶的混炼时采用低温混炼，辊温一般为40～60℃。将塑炼后的67％丁腈橡胶置于混炼机上，薄通多次后缓慢加入上述过程中已制备好的8％改性纳米ZnO，完全混炼均匀后按顺序依次加入0.8％防老剂264、1％邻苯二甲酸二辛酯、0.7％硬脂酸、0.5％促进剂-DM、1％促进剂-CZ。混炼均匀后，将所得混炼胶停放16小时后进行硫化。硫化前将混炼胶返炼，薄通6次出片，混炼胶经过硫化成型得到纳米ZnO增强橡胶材料。其硫化条件为：硫化时间2100s，硫化温度150℃，硫化压力12.5MPa。

实例2：纳米ZnO的改性

本发明提供的多功能纳米ZnO增强橡胶配方其特征在于，实验过程中采用硅烷偶联剂和乳化剂OP-10喷雾处理纳米材料对其进行改性。实验所涉及的内容包括：表面改性和防聚集机理、表面活性剂的选择与合成、分散剂的搭配等。设计的主要原理有降低粒子表面能态、消除粒子的表面电荷、提高粒子与有机相的亲和力。

纳米ZnO改性步骤如下：在200℃～210℃温度条件下，烘干1.5h，充分干燥活性纳米助剂；用丙酮稀释表面活性剂硅烷偶联剂即双-[Y-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物、或乳化剂OP-10即烷基酚与环氧乙烷的缩合物，其体积比为20∶1；在均匀搅拌的条件下，压力控制在0.4MPa左右，采用喷雾法运用稀释后的表面活性剂处理充分干燥的纳米ZnO；在70℃～90℃温度条件下，将上述所得试剂中的丙酮挥发完全得到改性纳米ZnO。

实例3：纳米ZnO对橡胶的增强效果

纳米ZnO的加入使得粉末填料的添加量进一步增大。但通过双辊塑炼机强烈的剪切作用，粉料仍然可以均匀的加入NBR混炼胶中，并且对改善胶料的表面光泽度有较好的效果。纳米ZnO的加入有效提升橡胶制品综合性能，上述所说的多功能纳米增强橡胶配方其特征在于，其室内检测其性能如表1。

表1纳米ZnO对橡胶的增强效果

Claims

1.一种多功能纳米ZnO增强橡胶，其特征是：制备该增强橡胶所用原料的成分和用量如下，其中用量为质量百分比、质量的单位为克或千克；丁腈橡胶、代号NBR、67％；硫磺、1％；改性纳米氧化锌、代号ZnO、8％；防老剂264、即双二苯胺、0.8％；炭黑、20％；邻苯二甲酸二辛酯、代号DOP、1％；硬脂酸、即十八烷酸、0.7％；促进剂-DM、即二硫化二苯并噻唑、0.5％；促进剂-CZ、即N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、1％；纳米氧化锌的改性：粒径分布范围在1nm至100nm之间的氧化锌粉末在200-210℃温度下、烘干1.5h，使其充分干燥；再用丙酮稀释硅烷偶联剂即双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物、或乳化剂OP-10，即烷基酚与环氧乙烷的缩合物，其体积比为20∶1；在均匀搅拌下、压力控制在0.3MPa～0.5MPa，采用喷雾法用丙酮稀释的硅烷偶联剂处理充分干燥的纳米ZnO；最后在70-90℃温度下，将上述处理混合物干燥、蒸发丙酮溶剂、制得改性纳米ZnO。