CN102504377A - 植物纤维填充的再生橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种植物纤维粉填充再生橡胶，其特征在于包含以重量份计的以下组份：再生橡胶100份、天然橡胶10~20份、高苯乙烯胶0~10份、硫化剂0.5~3份、促进剂0.7~3份、氧化锌0.5~4份、硬脂酸1~4份、石粉0-60份、植物纤维粉0-60份、偶联剂、润滑剂，偶联剂与润滑剂的重量比为1:20-1：5，两者共占10-30份。制备方法是将上述的原料混合，在开炼机上炼胶、在硫化机上硫化成型。本发明制得的橡胶制品密度为1.2g/cm³~1.8g/cm³，填充料与橡胶基体的相容性高。

Description

植物纤维填充的再生橡胶及其制备方法

技术领域

本方法属于再生胶生产领域，具体涉及一种应用植物纤维、岩石粉填充的再生橡胶及其制备方法。

背景技术

再生胶是指废旧硫化橡胶经过粉碎、加热、机械处理等物理化学过程，使其从弹性状态变成具有塑性和粘性的、能够再硫化的橡胶。再生过程的实质是在热、氧、机械作用和再生剂的化学与物理作用等的综合作用下，使硫化胶网络破坏降解，断裂位置既有交联键，也有交联键之间的大分子键。

工业生产中为了进一步降低再生橡胶制品的成本，通常需要添加多种填料，但添加高密度的填料同时往往会造成橡胶制品的密度超标，低密度填充材料虽然会降低橡胶制品的密度，但会造成断裂延伸率、拉伸强度等性能的显著降低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在不破坏再生橡胶力学性能条件下，经济高效地控制再生橡胶制品密度的方法，利用植物纤维粉、石粉填充再生橡胶，获得密度、断裂延伸率、拉伸强度等性能具佳的橡胶制品的方法。

一种植物纤维填充的再生橡胶，其特征在于再生包含以下组份：再生橡胶100份、天然橡胶 10-20份、高苯乙烯胶 0-10份、硫化剂0.5~3份、促进剂0.7~3份、氧化锌 0.5~4份、硬脂酸 1~4份、石粉 0-60份、植物纤维粉 0-60份。

高苯乙烯胶较佳是 0-10份且大于0份；硫化剂较佳是0.5-2份，更佳为1份；促进剂较佳为 1.1份、氧化锌较佳为0.5-3份，更佳为1份；硬脂酸较佳为1-3份，更佳为 1份、石粉 较佳为30-50份、植物纤维粉较佳为 30-40份。

所述的偶联剂是A-151：KH550 = 1:2-4：1（重量比）的混合物；较佳地，A-151：KH550 （重量比）= 1:2~1:1；

所述的偶联剂：液体润滑剂= 1:20-1：5（重量比）；

所述的硫化剂是硫磺；

所述的液体润滑剂是机油、白油、松节油；

所述的促进剂是促进剂M、促进剂TT或者两者按6：1的混合物；

所述的石粉是碳酸钙、陶瓷粉；出于经济考虑，较佳地为碳酸钙；

所述的植物纤维粉是木粉、作物秸秆粉,粒度为20目~100目;

植物纤维填充的再生橡胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）、将硅烷偶联剂A-151与KH550充分混合，备用；

（2）、将步骤（1）获得的偶联剂混合物与液体润滑剂充分混合，备用；

（3）、将植物纤维粉置于烘箱中，烘干，粒径在20目~100目；

（4）、在再生橡胶中加入天然橡胶、硫化剂、促进剂、氧化锌、硬脂酸、植物纤维粉、石粉以及步骤（2）获得的偶联剂与润滑剂的混合物，在开炼机上炼胶，最后将炼胶好的再生橡胶放入硫化机中硫化成型。

本发明采用的植物纤维粉是植物秸秆粉如麦秆、木纤维如杨木纤维，资源丰富，可生物降解，密度小，为轻质填料，具有较大的长径比，且具有比强度高、硬度低的特点，对加工设备磨损小。植物纤维粉，属于强极性、强吸水性物质，具有较大表面能，橡胶材料为非极性或弱极性、疏水性物质，两者的相容性差，在复合过程中，植物纤维趋于相互聚集。由于植物纤维的热稳定性不高，在200℃以上易降解，因此本发明采用的塑料为再生橡胶、天然橡胶，加工温度低于200℃。本发明采用的植物纤维的比例上限是60份，高于60份则因为植物纤维用量太多，导致橡胶制品的力学性能急剧下降。

在挤出成型中，可添加偶联剂改善复合材料的界面，提高界面结合力，提高力学性能，偶联剂的用量对制品的拉伸强度和断裂伸长率有较大的影响，偶联剂的用量一般为植物纤维粉的1%-4%；本发明采用的是硅烷偶联剂，具体而言是A-151与KH550的混合物，两者的比例是1:2-4：1（重量比），本发明的偶联剂用量是0.1%-2.5%，这是由于润滑剂的加入可以更好地分散偶联剂，从而提高了偶联的效果。偶联剂用量过度增加，导致植物纤维与橡胶之间存在过多的偶联剂分子，在两者之间形成不均匀的弱边界层，造成制品的力学性能下降，偶联剂用量低于0.1%无法覆盖完全填料的表面，无法发挥提高材料拉伸强度的功能。

加入润滑剂能改善能减少材料与设备之间的摩擦力，防止植物纤维降解，同时可以使制品表面光滑，提高表面质量；特别地，将润滑剂与偶联剂混合可以更好地分散偶联剂，从而提高偶联剂的偶联效果。

高苯乙烯胶能提高再生橡胶的定伸应力、强度、硬度、耐撕裂、耐屈挠及耐磨性,降低橡胶在100℃以下的透气性, 在再生橡胶中的添加量通常不高过10份，过高的添加量会造成产品成本的提高。需要指出的是在本发明中高苯乙烯胶并非必要组分。

      本发明的优点在于通过调节石粉与植物纤维粉的配比可以获得密度为1.2g/cm³~1.8g/cm³的橡胶制品，通过配制的助剂提高填充料与橡胶基体的相容性，从而保证制品的力学性能不会因为填充料的加入而受到破坏。本方法工艺设备简单，实施成本低。

具体实施方式

下面结合具体实施方案对本发明做进一步描述。

以下实施例所采用的主要原料的出处：偶联剂A-151、偶联剂KH550购自南京娇子藤科学器材有限公司；再生橡胶、天然橡胶、高苯乙烯胶、硫磺、促进剂M（2-硫醇基苯骈噻唑）、促进剂TT（二硫化四甲基秋兰姆）、氧化锌、硬脂酸、石粉为南京固柏橡塑有限公司提供；木粉购自上海嘉峰木粉有限公司；麦秸纤维粉自制(粒度为20目~100目)。下述实施例以及对照例所用到的各组份的用量单位均为质量份。

对照例1 未添加偶联剂

    橡胶组份：再生橡胶100、天然橡胶 20、高苯乙烯胶 10、硫磺1、促进剂M 0.6、促进剂TT  0.1、氧化锌 1、硬脂酸 1、石粉 50、麦秸纤维粉 10、机油 10。

将橡胶按照配方配制完成后在开炼机上炼胶，最后在平板硫化机上硫化成型制得成品。

对照例2 仅添加偶联剂A-151 

橡胶组份：再生橡胶100、天然橡胶 20、高苯乙烯胶 10、硫磺1、促进剂M 0.6、促进剂TT  0.1、氧化锌 1、硬脂酸 1、石粉 50、麦秸纤维粉 10、机油 10。

对照例3 仅添加偶联剂KH550 

橡胶组份：再生橡胶100、天然橡胶 20、高苯乙烯胶 10、硫磺1、促进剂M 0.6、促进剂TT  0.1、氧化锌 1、硬脂酸 1、石粉 50、麦秸纤维粉 10、机油 10。

实施例1

处方：

    偶联剂混合物：A-151：KH550 = 1:2;

    偶联剂混合物：机油 = 1:20（重量比），10份；

其他组份：再生橡胶100份、天然橡胶 20份、高苯乙烯胶 10份、硫磺3份、促进剂M 0.84份、促进剂TT  0.14份、氧化锌 4份、硬脂酸 4份、石粉 60份、木粉 60份。

制备过程：

（1）、将硅烷偶联剂A-151与KH550充分混合，备用；

（2）、将步骤（1）获得的偶联剂混合物与机油充分混合，备用；

（3）、将木粉置于烘箱中60℃、24h，烘干，粒径在20目~100目；

（4）、在再生橡胶中加入天然橡胶、硫化剂硫磺、促进剂、氧化锌、硬脂酸、植物纤维粉、石粉以及步骤（2）获得的偶联剂与润滑剂的混合物，在开炼机上炼胶，最后将炼胶好的再生橡胶放入硫化机中硫化成型。

实施例2

处方：

偶联剂混合物：A-151：KH550 = 1:1；

偶联剂混合物：机油 = 1:10（重量比），20份

其他组份：再生橡胶100份、天然橡胶 20份、高苯乙烯胶 5份、硫磺2份、促进剂M 1.2份、促进剂TT  0.2份、氧化锌 1份、硬脂酸 1份、石粉 50份、麦秸粉 30份。制备过程同实施例1。

实施例3

处方：

偶联剂：A-151：KH550 = 2:1；

偶联剂：白油 = 1:5，30份；  

其他组份：再生橡胶100、天然橡胶 20、高苯乙烯胶 2、硫磺1、促进剂M 2.4、促进剂TT  0.6、氧化锌 0.5、硬脂酸 2、石粉 50、木粉 0，制备过程同实施例1。

实施例4

处方：

偶联剂混合物：A-151：KH550 = 4:1；

    偶联剂混合物：白油 = 1:20（重量比），20份；

    其他组份：再生橡胶100、天然橡胶 10、高苯乙烯胶 0、硫磺0.5、促进剂M 1.8、促进剂TT  0.3、氧化锌 1、硬脂酸 3、石粉 0、木粉 40，制备过程同实施例1。

实施例5

处方：

偶联剂混合物：A-151：KH550 = 1:2；

偶联剂混合物：松节油 = 1:20，共10份；

    橡胶组份：再生橡胶100、天然橡胶 10、硫磺1.5、促进剂M 3、氧化锌 1、硬脂酸 4、石粉 30、麦秸粉 60；制备过程同实施例1。

实施例6

处方：

偶联剂混合物：A-151：KH550 = 1:1；

偶联剂混合物：松节油 = 1:20（重量比），共10份；

其他组份：再生橡胶100、天然橡胶 15、高苯乙烯胶 10、硫磺1、促进剂M 2.4、促进剂TT  0.4、氧化锌 1、硬脂酸2、石粉 50、麦秸纤维粉 30。

性能比较

    将实施例1-6、对照例1-3获得的成品进行制样处理，对制得的试样进行密度、拉伸强度、硬度性能测试，其中，拉伸性能测试按GB/T1040-90标准进行；硬度测试按GB/T2411-2008标准进行；密度测试按ASTM D792标准进行，结果如表1所示。各指标的单位如下：密度：g/cm³、拉伸强度：MPa、断裂延伸率：%；硬度：邵尔A

考察例	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	对照例1	对照例2	对照例3
										密 度	1.51	1.64	1.81	1.20	1.43	1.66	1.71	1.70	1.70
拉伸强度	2.8	3.4	3.6	3.3	3.2	3.5	1.1	1.3	1.5
										断裂延伸率	400	450	500	350	350	400	150	180	200
硬 度	74	71	68	66	70	71	69	70	70

从表1可以看出，对照例1未使用偶联剂，制品硬度与其他实施例相当，但是拉伸强度、断裂延伸率均偏低，达不到使用要求。说明在不做任何处理的情况下单独加入植物纤维粉在很大程度上对制品的力学性能造成了破坏。对照例2、3分别单独使用了偶联剂A-151：KH550，但拉伸强度、断裂延伸率均不及混合使用偶联剂的实施例，说明本发明混合使用两者，发生了协同作用，效果优于单独使用的情况，实施例3、4分别未添加石粉、木粉，密度分别为1.2g/cm³和1.81g/cm³可以看出添加木粉的制品的密度要远远低于添加石粉的制品密度；实施例4、6的植物纤维粉用量相同，但石粉用量不同，密度差异较大，说明石粉的添加大大增加了最终成品的密度。综合以上各个实例可以看出随着植物纤维粉用量的增加制品的密度不断降低，随着石粉用量的增加制品的密度不断提高，通过调整纤维粉及石粉的用量可以获得介于1.2g/cm³~1.8g/cm³的任意密度的产品。

以上所述仅仅是本发明列举的实施实例，并未对本发明的技术范围作任何限制。

Claims (5)

1.一种植物纤维填充的再生橡胶，其特征在于包含以下组份：再生橡胶100份、天然橡胶 10-20份、高苯乙烯胶 0-10份、硫化剂0.5~3份、促进剂 0.7~3份、氧化锌 0.5~4份、硬脂酸 1~4份、石粉 0-60份、植物纤维粉 0-60份、偶联剂、润滑剂，偶联剂与润滑剂的重量比为 1:20-1：5，共占10-30份。

2.根据权利要求1所述的植物纤维填充的再生橡胶，其特征在于包含以下组份：再生橡胶100份、天然橡胶 10-20份、高苯乙烯胶 0-10份且大于0份、硫化剂0.5~3份、促进剂 0.7~3份、氧化锌 0.5~4份、硬脂酸 1~4份、石粉 30-50份、植物纤维粉 30-40份。

3.根据权利要求1或2所述的植物纤维填充的再生橡胶，其特征在于所述的偶联剂是A-151：KH550 (重量比)= 1:2-4：1的混合物；

所述的硫化剂是硫磺；

所述的液体润滑剂是机油、白油、松节油；

所述的促进剂是促进剂M、促进剂TT或者两者按6：1重量比的混合物；

所述的石粉是碳酸钙、陶瓷粉；

所述的植物纤维粉是木粉、农作物秸秆粉，粒度为20目~100目。

4.根据权利要求1或2所述的植物纤维填充的再生橡胶，其特征在于所述的偶联剂是A-151：KH550 (重量比) = 1:2~1:1。

5.基于权利要求1所述的植物纤维填充的再生橡胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）、将硅烷偶联剂A-151与KH550充分混合，备用；

（2）、将步骤（1）获得的偶联剂混合物与液体润滑剂充分混合，备用；

（3）、将植物纤维粉置于烘箱中，烘干；

（4）、在再生橡胶中加入天然橡胶、硫化剂、促进剂、氧化锌、硬脂酸、植物纤维粉、石粉以及步骤（2）获得的偶联剂与润滑剂的混合物，在开炼机上炼胶，最后将炼胶好的再生橡胶放入硫化机中硫化成型。