CN102002192A - 一种具有抗菌防霉性能的工程橡胶材料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有抗菌防霉性能的工程橡胶材料及其制备工艺，属于橡胶材料技术领域，该工程橡胶材料由三元乙丙橡胶、促进剂M、硬脂酸、石蜡、炭黑N550、炭黑N330、石蜡油、促进剂、促进剂TRA、促进剂BZ、促进剂TMTD、防老剂、纳米抗菌剂、硫磺构成；利用上述材料通过制备合炼胶、混炼、测试半成品胶料的硫化时间、选择最佳硫化时间将混炼的胶料装入模腔内硫化成型，即可制备成抗菌止水带橡胶成品。利用上述材料制成的橡胶成品耐老化性能大大提高，延缓了霉菌对材料的腐蚀，从而使橡胶分子链在较宽的自然环境范围下仍然保持橡胶材料的柔顺性、较高的抗张强度和弹性，提高了产品的使用寿命。

Description

一种具有抗菌防霉性能的工程橡胶材料及其制备工艺

技术领域

本发明属于橡胶材料技术领域，具体地讲涉及一种具有抗菌防霉性能的工程橡胶材料及其制备工艺。

背景技术

工程橡胶材料是指使用于地下工程管道中的连接密封接缝，基建工程的混凝土现浇时设有的永久性变形缝以及适用于地铁、隧道、涵洞、水利等工程中的具有高弹性的密封橡胶止水带所使用的橡胶材料。使用于工程中的密封接缝、永久性变形缝、止水带等橡胶产品多处于潮湿及高、低温环境中，而由于各种原因导致从橡胶材料的内部析出或喷出配合剂，在上述环境中因霉菌或霉菌丝的侵蚀而产生物理穿透，从而导致橡胶产品使用寿命大大缩短，并对基建工程产生严重影响。通过观察、研究和分析发现，导致橡胶产品的配合剂从橡胶材料的内部喷出或析出的原因为：

第一，制备橡胶产品时包括促进剂、硫化机、防老剂等在内的各种配合剂用量超过橡胶的溶解度，也就是超过所允许的最大限度的使用量时，配合剂可能喷出橡胶表面。第二，配合剂的溶解度是随温度而变化的——温度低时其溶解度降低，反之升高：因此，在较高温条件下制备的橡胶产品，在低温环境中会有配合剂析出或喷出。其三，橡胶材料是线形长分子，硫化后分子交联成网状结构橡胶材料在使用过程中，当局部受到压力或挤压拉伸时，会产生应力集中导致橡胶分子伸张或压缩变形，因此配合剂会在应力集中的区域发生喷出现象。其四，也是导致配合剂从橡胶材料内部喷出或析出的最主要的原因是橡胶材料的老化所致——因为橡胶老化后其长分子或是网状结构分子的键断裂，分子量减少，吸附和束缚住配合剂微粒的能力降低，故易于析出表面。

当配合剂从橡胶产品内部喷出或析出后，在高温、潮湿的环境中产生霉菌，则会使橡胶产品的耐老化性能会进一步降低。通过实验测试，目前所使用的密橡胶封接缝经过在70℃×168h后，其拉伸强度由17MPa降至13MPa，显然其出现老化，导致其柔韧性能同时变差，。上述产品裸露在施工外部的部分，因出现霉菌而影响其外观。

发明内容

本发明的目的就是提供一种抗老化、能够有效避免在高温和潮湿环境下不发生霉变的工程橡胶材料及其制备工艺。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

工程橡胶材料，由下列重量份的组分构成：

三元乙丙橡胶250、ZnO 10-15、促进剂M 2.5-3.5、硬脂酸2.5-3.5、石蜡1.0-1.5、碳黑N550 140-160、碳黑N330 65-75、石蜡油110-140、促进剂CZ 4.0-4.5、促进剂TRA 1.5-2.0、促进剂BZ 0.9-1.2、促进剂TMTD 1.0-1.5、防老剂RD 3.5-4.0、纳米抗菌剂6.0-8.0、硫磺1.2-1.8。

利用上述材料制备抗菌止水带橡胶的方法包括下列步骤：

第一步：合炼胶

将称量好的三元乙丙橡胶(EPDM)、碳黑N550和碳黑N330、各三分之一重量份的ZnO和硬脂酸投入密炼机中，在130±10℃的密炼温度下密炼，然后打开上顶栓，开启翻转料仓，将混合料翻出，转入开炼机薄通打卷，停放冷却后，再加入二分之一重量份的硫磺等进行混炼形成合炼胶。

第二步：混炼

将合炼胶以及称量好的各三分之二重量份的ZnO和硬脂酸和石蜡油、纳米抗菌剂、二分之一重量份的硫磺和促进剂、防老剂RD、石蜡及石蜡油，再次投入密炼机中，在90——100℃的密炼温度下，在料仓中捣匀，时间为3——5min，将混炼好的胶料翻出料仓加入到开炼机包辊捣匀后，薄通2-3次，薄通辊距调整为0.6-0.8mm，然后下片，下片厚度为6-10mm，待无气泡再下片；

第三步：测试半成品胶料的硫化时间；

第四步：选择最佳硫化时间进行橡胶制品的硫化

将混炼的胶料装入模腔内，温度175±5℃，时间7±1min，压力10-15MPa的平板硫化机上进行压模成型，制备成抗菌止水带橡胶成品。

利用上述材料制备抗菌防霉盾构管片弹性密封垫的方法包括下列步骤：

第一步：合炼胶

将称量好的三元乙丙橡胶(EPDM)、碳黑N550和碳黑N330、各二分之一重量份的ZnO和硬脂酸和石蜡油投入密炼机中，在130±10℃的密炼温度下密炼，然后打开上顶栓，开启翻转料仓，将混合料翻出，转入开炼机薄通打卷，停放冷却后，再加入三分之一重量份的硫磺等进行混炼形成合炼胶。

第二步：混炼

将合炼胶以及称量好的各二分之一重量份的ZnO和硬脂酸和石蜡油、纳米抗菌剂、三分之二重量份的硫磺和促进剂，再次投入密炼机中，在90-100℃的密炼温度下，在料仓中捣匀，时间为3-5min，将混炼好的胶料翻出料仓加入到开炼机包辊捣匀后，薄通2-3次，薄通辊距调整为0.6-0.8mm，然后下片，下片厚度为6-10mm，待无气泡再下片；

第三步：测试半成品胶料的硫化时间

第四步：选择最佳硫化时间进行橡胶制品的挤出硫化

将混炼好的胶片裁切成长条，放入机筒口挤出硫化。微波硫化橡胶流水线使用前将温度调整为：机头70±5℃，机筒挤出段65±5℃，机筒塑化段60±5℃，螺杆温度55±5℃；热风硫化温度：一段230±5℃，二段210±5℃，三段210±5℃，四段200±5℃，待设定参数达到要求后，将裁好的胶料放入机筒口挤出硫化，制备成抗菌防霉盾构管片弹性密封垫成品。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

制备抗菌止水带橡胶的实施例1——4：

实施例1

第一步：配料并合炼胶

称取250公斤的EPDM、140公斤的碳黑N550、75公斤的碳黑N330、5.0公斤的氧化锌、1.2公斤的硬脂酸、0.9公斤的硫磺和138公斤的石蜡油投入密炼机中，密炼温度控制在140℃，然后打开上顶栓，开启翻转料仓，将混合料翻出，转入开炼机薄通打卷，停放冷却后形成合炼胶；

第二步：混炼

将合炼胶以及9.5公斤的氧化锌、1.2公斤的石蜡、2.3公斤的硬脂酸、0.8公斤的硫磺、8.0公斤的纳米抗菌剂、3.0公斤的促进剂M、4.0公斤的促进剂CZ、1.8公斤的促进剂TRA、1.0公斤的促进剂BZ、1.2公斤的促进剂TMTD、3.5公斤的防老剂RD再次投入密炼机中，密炼温度为90℃，在料仓中捣匀时间为5min，将混炼好的胶料翻出料仓加入到开炼机包辊捣匀后，薄通2次，薄通辊距调整为0.6mm，然后下片，下片厚度为6mm，待无气泡再下片，并取检验试片做性能测试，待检验合格后进行硫化。

第三步：半成品物理性能测试结果

通过以上测试结果可以看出：

2^#配方为最佳配比，硫化条件为175℃×7min。

第四步：橡胶制品的硫化

将混炼合格的胶料装入模腔内，温度175℃，时间7min，压力10MPa的平板硫化机上进行压模成型，制备成抗菌止水带橡胶成品。

该抗菌止水带橡胶的物理性能检验结果如下：

试验条件在70℃×168h测试：

拉伸强度保持率为90％，比原来提高了15％，

扯断伸长保持率86％，比原来提高了10％，

防霉等级2级，比原来明显改善。

实施例2

第一步：配料并合炼胶

称取250公斤的EPDM、150公斤的碳黑N550、65公斤的碳黑N330、4.5公斤的氧化锌、0.9公斤的硬脂酸、0.8公斤的硫磺和110公斤的石蜡油投入密炼机中，密炼温度控制在130℃，然后打开上顶栓，开启翻转料仓，将混合料翻出，转入开炼机薄通打卷，停放冷却后形成合炼胶；

第二步：混炼

将合炼胶以及7.0公斤的氧化锌、1.0公斤的石蜡、2.0公斤的硬脂酸、0.9公斤的硫磺、7.5公斤的纳米抗菌剂、3.5公斤的促进剂M、4.2公斤的促进剂CZ、1.6公斤的促进剂TRA、0.9公斤的促进剂BZ、1.5公斤的促进剂TMTD、4.0公斤的防老剂RD再次投入密炼机中，密炼温度为95℃，在料仓中捣匀时间为3min，将混炼好的胶料翻出料仓加入到开炼机包辊捣匀后，薄通3次，薄通辊距调整为0.7mm，然后下片，下片厚度为8mm，待无气泡再下片，并取检验试片做性能测试，待检验合格后进行硫化。

第三步：半成品物理性能测试结果

通过以上测试结果可以看出：

2^#配方为最佳配比，硫化条件为175℃×7min。

第四步：橡胶制品的硫化

将混炼合格的胶料装入模腔内，温度175℃，时间7min，压力15MPa的平板硫化机上进行压模成型，制备成抗菌止水带橡胶成品。

该抗菌止水带橡胶的物理性能检验结果如下：

试验条件在70℃×168h测试：

拉伸强度保持率为91％，比原来提高了16％，

扯断伸长保持率88％，比原来提高了12％，

防霉等级2级，比原来明显改善。

实施例3

第一步：配料并合炼胶

称取250公斤的EPDM、160公斤的碳黑N550、72公斤的碳黑N330、48.公斤的氧化锌、0.85公斤的硬脂酸、0.7公斤的硫磺和120公斤的石蜡油投入密炼机中，密炼温度控制在135℃，然后打开上顶栓，开启翻转料仓，将混合料翻出，转入开炼机薄通打卷，停放冷却后形成合炼胶；

第二步：混炼

将合炼胶以及8.0公斤的氧化锌、1.3公斤的石蜡、1.8公斤的硬脂酸、0.6公斤的硫磺、6.0公斤的纳米抗菌剂、2.5公斤的促进剂M、4.3公斤的促进剂CZ、2.0公斤的促进剂TRA、1.2公斤的促进剂BZ、1.0公斤的促进剂TMTD、3.8公斤的防老剂RD再次投入密炼机中，密炼温度为100℃，在料仓中捣匀时间为3min，将混炼好的胶料翻出料仓加入到开炼机包辊捣匀后，薄通3次，薄通辊距调整为0.8mm，然后下片，下片厚度为10mm，待无气泡再下片，并取检验试片做性能测试，待检验合格后进行硫化。

第三步：半成品物理性能测试结果

通过以上测试结果可以看出：

2^#配方为最佳配比，硫化条件为175℃×7min。

第四步：橡胶制品的硫化

将混炼合格的胶料装入模腔内，温度175℃，时间7min，压力12MPa的平板硫化机上进行压模成型，制备成抗菌止水带橡胶成品。

该抗菌止水带橡胶的物理性能检验结果如下：

试验条件在70℃×168h测试：

拉伸强度保持率为92％，比原来提高了17％，

扯断伸长保持率88，比原来提高了12％，

防霉等级2级，比原来明显改善。

实施例4

第一步：配料并合炼胶

称取250公斤的EPDM、145公斤的碳黑N550、68公斤的碳黑N330、4.0公斤的氧化锌、1.0公斤的硬脂酸、0.6公斤的硫磺和125公斤的石蜡油投入密炼机中，密炼温度控制在140℃，然后打开上顶栓，开启翻转料仓，将混合料翻出，转入开炼机薄通打卷，停放冷却后形成合炼胶；

第二步：混炼

将合炼胶以及6.0公斤的氧化锌、1.5公斤的石蜡、1.65公斤的硬脂酸、0.7公斤的硫磺、7.0公斤的纳米抗菌剂、2.8公斤的促进剂M、4.5公斤的促进剂CZ、1.5公斤的促进剂TRA、1.05公斤的促进剂BZ、1.1公斤的促进剂TMTD、4.0公斤的防老剂RD再次投入密炼机中，密炼温度为95℃，在料仓中捣匀时间为4min，将混炼好的胶料翻出料仓加入到开炼机包辊捣匀后，薄通3次，薄通辊距调整为0.6mm，然后下片，下片厚度为7mm，待无气泡再下片，并取检验试片做性能测试，待检验合格后进行硫化。

第三步：半成品物理性能测试结果

通过以上测试结果可以看出：

2^#配方为最佳配比，硫化条件为175℃×7min。

第四步：橡胶制品的硫化

将混炼合格的胶料装入模腔内，温度175℃，时间8min，压力12MPa的平板硫化机上进行压模成型，制备成抗菌止水带橡胶成品。

该抗菌止水带橡胶的物理性能检验结果如下：

试验条件在70℃×168h测试：

拉伸强度保持率为91％，比原来提高了16％，

扯断伸长保持率85％，比原来提高了近10％，

防霉等级2级，比原来明显改善。

本发明所提供的抗菌止水橡胶，与现有的技术相比具有以下优点：耐老化性能大大提高，从试验结果可以看出，延缓了霉菌对材料的腐蚀，从而使橡胶分子链在较宽的自然环境范围下，仍然保持橡胶材料的柔顺性、较高的抗张强度和弹性，从而提高了产品的耐久性。

制备成抗菌防霉盾构管片弹性密封垫的实施例5-8

实施例5

第一、二、三步同实施例1

第四步、将混炼的胶料装入模腔内，温度178℃，时间7min，压力15MPa的平板硫化机上进行压模成型，即制备成抗菌防霉盾构管片弹性密封垫成品。

上述抗菌防霉盾构管片弹性密封垫的物理性能检验结果如下：

试验条件在70℃×168h测试：

拉伸强度保持率为89％，比原来提高了近15％，

扯断伸长保持率85％，比原来提高了近10％，

防霉等级2级，比原来明显改善。

实施例6

第一、二、三步同实施例2

第四步、将混炼的胶料装入模腔内，温度180℃，时间6.5min，压力12MPa的平板硫化机上进行压模成型，即制备成抗菌防霉盾构管片弹性密封垫成品。

上述抗菌防霉盾构管片弹性密封垫的物理性能检验结果如下：

试验条件在70℃×168h测试：

拉伸强度保持率为88％，比原米提高了13％，

扯断伸长保持率85％，比原来提高了9％，

防霉等级2级，比原来明显改善。

实施例7

第一、二、三步同实施例3

第四步、将混炼的胶料装入模腔内，温度175±5℃，时间7.5min，压力10MPa的平板硫化机上进行压模成型，即制备成抗菌防霉盾构管片弹性密封垫成品。

上述抗菌防霉盾构管片弹性密封垫的物理性能检验结果如下：

试验条件在70℃×168h测试：

拉伸强度保持率为88％，比原来提高了近15％，

扯断伸长保持率87％，比原来提高了10％，

防霉等级2级，比原来明显改善。

实施例8

第一、二、三步同实施例4

第四步、将混炼的胶料装入模腔内，温度172℃，时间8min，压力13MPa的平板硫化机上进行压模成型，即制备成抗菌防霉盾构管片弹性密封垫成品。

上述抗菌防霉盾构管片弹性密封垫的物理性能检验结果如下：

试验条件在70℃×168h测试：

拉伸强度保持率为90％，比原来提高了15％，

扯断伸长保持率85％，比原来提高了10％，

防霉等级2级，比原来明显改善。

本发明所提供的抗菌防霉盾构管片弹性密封垫与现有的技术相比具有以下优点：橡胶弹性明显提高，耐老化性能也大大提高，从试验结果可以看出，从而延缓了霉菌对材料的腐蚀，同时达到了橡胶制品在较宽的自然环境范围下，仍然能保持材料的柔顺性和较高的抗张强度和弹性，从而能大大延长材料的使用寿命。

本发明专利申请所提供的具有抗菌防霉性能的工程橡胶材料及其制备工艺实施例中所使用的纳米抗菌剂均为山东正元纳米材料有限公司生产的“纳米复合耐高温防菌材料”。

本发明专利申请所提供的具有抗菌防霉性能的工程橡胶材料及其制备工艺，首先，它是利用三元乙丙橡胶的耐老化性能、低压缩变形，以及橡胶本身的高弹性，从而起到紧固密封有效防止建筑构件的漏水，渗水并起到既使在各种负荷作业下产生的弹性变形都能起到减震缓冲作用，可确保工程建筑物的使用寿命，因为在施工过程中，由于混凝土有许多尖角的顾子和锐刃的钢筋，橡胶材料必须保持材质的物理性能。其次，根据产品综合性的要求和产品使用情况，橡胶材料的霉变是不能完全阻止的，但可使之受到抑制。采取最有效的措施是提高橡胶材料的老化性能和抑制霉菌的侵蚀和繁殖。再次，硫化平坦期长，耐热氧老化性能好的特点。如果采用高硫低促硫化体系，会使硫化胶的多硫键比例增多，同时硫化胶内残留的游离量也会增多，这样就会降低硫化胶的老化性能，游离硫会增强后硫化作用，使产品的硬度进一步提高，容易导致耐老化性能差，降低使用寿命而采用低硫高促或硫载体硫化体系主要得到-C-C-结构，因而具有较强的抗老化性能和防喷出性能。

Claims (3)

1.一种具有抗菌防霉性能的工程橡胶材料，由下列重量份的组分构成：

三元乙丙橡胶250、ZnO 10-15、促进剂M 2.5-3.5、硬脂酸2.5-3.5、石蜡1.0-1.5、碳黑N550 140-160、碳黑N330 65-75、石蜡油110-140、促进剂CZ 4.0-4.5、促进剂TRA 1.5-2.0、促进剂BZ 0.9-1.2、促进剂TMTD 1.0-1.5、防老剂RD 3.5-4.0、纳米抗菌剂6.0-8.0、硫磺1.2-1.8。

2.利用权利要求1所述的一种具有抗菌防霉性能的工程橡胶材料制备抗菌止水带橡胶的方法包括下列步骤：

第一步：合炼胶

将称量好的三元乙丙橡胶(EPDM)、碳黑N550和碳黑N330、各三分之一重量份的ZnO和硬脂酸投入密炼机中，在130±10℃的密炼温度下密炼，然后打开上顶栓，开启翻转料仓，将混合料翻出，转入开炼机薄通打卷，停放冷却后，再加入二分之一重量份的硫磺等进行混炼形成合炼胶。

第二步：混炼

将合炼胶以及称量好的各三分之二重量份的ZnO和硬脂酸和石蜡油、纳米抗菌剂、二分之一重量份的硫磺和促进剂、防老剂RD、石蜡及石蜡油，再次投入密炼机中，在90——100℃的密炼温度下，在料仓中捣匀，时间为3——5min，将混炼好的胶料翻出料仓加入到开炼机包辊捣匀后，薄通2-3次，薄通辊距调整为0.6-0.8mm，然后下片，下片厚度为6-10mm，待无气泡再下片；

第三步：测试半成品胶料的硫化时间；

第四步：选择最佳硫化时间进行橡胶制品的硫化

将混炼的胶料装入模腔内，温度175±5℃，时间7±1min，压力10-15MPa的平板硫化机上进行压模成型，制备成抗菌止水带橡胶成品。

3.利用权利要求1所述的一种具有抗菌防霉性能的工程橡胶材料制备抗菌防霉盾构管片弹性密封垫的方法包括下列步骤：

第一步：合炼胶

将称量好的三元乙丙橡胶(EPDM)、碳黑N550和碳黑N330、各二分之一重量份的ZnO和硬脂酸和石蜡油投入密炼机中，在130±10℃的密炼温度下密炼，然后打开上顶栓，开启翻转料仓，将混合料翻出，转入开炼机薄通打卷，停放冷却后，再加入三分之一重量份的硫磺等进行混炼形成合炼胶。

第二步：混炼

将合炼胶以及称量好的各二分之一重量份的ZnO和硬脂酸和石蜡油、纳米抗菌剂、三分之二重量份的硫磺和促进剂，再次投入密炼机中，在90-100℃的密炼温度下，在料仓中捣匀，时间为3-5min，将混炼好的胶料翻出料仓加入到开炼机包辊捣匀后，薄通2-3次，薄通辊距调整为0.6-0.8mm，然后下片，下片厚度为6-10mm，待无气泡再下片；

第三步：测试半成品胶料的硫化时间；

第四步：选择最佳硫化时间进行橡胶制品的挤出硫化

将混炼好的胶片裁切成长条，放入机筒口挤出硫化。微波硫化橡胶流水线使用前将温度调整为：机头70±5℃，机筒挤出段65±5℃，机筒塑化段60±5℃，螺杆温度55±5℃；热风硫化温度：一段230±5℃，二段210±5℃，三段210±5℃，四段200±5℃，待设定参数达到要求后，将裁好的胶料放入机筒口挤出硫化，制备成抗菌防霉盾构管片弹性密封垫成品。