CN103087430B

CN103087430B - 一种溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物及其制备

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Publication number: CN103087430B
Application number: CN201310033382.3A
Authority: CN
Inventors: 贾红兵; 张佳佳; 王经逸; 张旭敏; 刘鹏章; 俆子钦; 何俊宽; 殷标; 房尔园; 李健
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: CN103087430A

Abstract

本发明涉及一种用于防毒面具的溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物，组合物组分为：橡胶基体 100份、碳黑N220 50-60份、氧化锌 5份、硫磺 0.1-0.5份、硬脂酸 1份、增塑剂（石蜡油∶DOP∶DBP为2∶1∶1） 1-4份、促进剂 2份、防老剂 1份、防焦剂0.5份，其中橡胶基体由溴化丁基橡胶和氯化丁基橡胶组成。用该溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物可制备得到硫化胶的拉伸强度18.50MPa、断裂伸长率539%、300%定伸强度9.30MPa、撕裂强度39.45KN ^. m^-1、邵氏硬度54、拉伸永久变形10%、脆性温度-50℃，硫化胶在热空气老化（70℃×72h）后，拉伸强度17.91MPa、断裂伸长率569%、老化系数达100%，硫化胶防芥子气的可持续时间大于3600min，硫化胶的综合性能完全能满足防毒面具罩体材料的性能要求。

Description

一种溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物及其制备

技术领域

本发明涉及橡胶硫化胶制备的技术领域，特别涉及用于防毒面具胶料的溴化丁基橡胶和氯化丁基橡胶的共混物。

背景技术

防毒面具是在第一次世界大战德国使用毒剂后出现的，主要用于保护使用者的面部、眼睛及呼吸系统免受有毒气体和液体的伤害，并起到调节空气的作用。因此通常要求防毒面具面罩材料对有毒气体或液体防护时间长、较好的耐气候老化及耐热氧老化性能、具有较好的耐低温性能、弹性好、变形小，且随温度的变化不应该有较大的波动，无毒、无害、对皮肤无刺激，没有特殊的气味，工艺性能好，便于加工制造等。

早期的防毒面具面罩材料采用天然橡胶，后来随生物科学及基因工程技术的发展，天然橡胶因抗毒剂性能差，远远不能满足需要，出现了使用各种合成橡胶材料，如丁基橡胶、硅橡胶、氯化橡胶、三元乙丙橡胶、聚氨酯橡胶，卤化丁基橡胶。如柳学义等（氯化丁基橡胶罩体材料的研究，弹性体，2003, 13(1): 23-25）采用氯化丁基橡胶为罩体材料，配方为CIIR 100份、ZnO 5份、S 0.5份、M 2份、DOS 5份、DOP 5份、HAF 35份、SA 1份、防老剂 1份、TE 1份，得到的材料的拉伸强度16.5MPa，撕裂强度32.2KN^.m^-1，脆性温度-45℃，试样防芥子气的可持续时间大于380min；采用氯化丁基橡胶制备得到的防毒面具罩体材料的撕裂强度较低，老化性能一般，且防毒时间也不是很长。郭跃新等（BIIR防毒面具罩体胶料配方设计，2010年第57卷：623）采用溴化丁基橡胶为罩体材料，配方为BIIR 100份、ZnO 3份、N330 40份、N220 15份、凡士林 1份、石蜡油 2份、DOS 2份、DOP 2份、KH-550 0.5份、SA 1份、防老剂 1份、TMTD 1份和DM 0.6份，得到的材料的拉伸强度15.4MPa，撕裂强度42KN^.m^-1，脆性温度-45℃，试样防芥子气的可持续时间大于480min；采用溴化丁基橡胶制备得到的防毒面具罩体材料的拉伸强度较低，同时溴化丁基橡胶的价格较高，罩体材料的成本较高。

橡胶和橡胶共混是目前提高橡胶性能、改善工艺和降低材料成本所采取的一种较为有效的方法，在实际生产中已得到广泛应用，将两种或者两种以上合适的橡胶进行并用，通过最佳的配合，取长补短，可得到具有优良物理机械性能的并用橡胶。由于溴化丁基橡胶和氯化丁基橡胶的结构相似，两种橡胶的相容性较好，两种橡胶的配合体系也相近，这为两种橡胶的共混提供了可行性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物，用于防毒面具的罩体材料，该胶料具有好的力学性能、耐热氧老化性能、耐寒性能和防护性能，能完全满足防毒面具罩体材料的性能要求。

实现本发明目的技术解决方案为：一种溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物由下列质量份的组分构成：橡胶基体 100份、碳黑N220 50-60份、氧化锌 5份、硫磺 0.1-0.5份、硬脂酸 1份、增塑剂石蜡油、DOP和DBP 1-4份、促进剂 2份、防老剂 1份、防焦剂0.5份，其中橡胶基体由溴化丁基橡胶和氯化丁基橡胶组成。

所述的增塑剂中石蜡油∶DOP∶DBP为2∶1∶1。

所述溴化丁基橡胶含量优选80份，氯化丁基橡胶含量优选20份。

所述增塑剂含量优选2-3份。

所述硫磺含量优选0.2-0.4份。

所述防焦剂优选MgO。

本发明一种溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物，包括以下步骤：

步骤一：先将总量100份的溴化丁基橡胶和氯化丁基橡胶，在恒温40℃的鼓风式烘箱中进行保温24h；

步骤二：将步骤一得到的橡胶在开炼机上进行塑炼10min；

步骤三：将经过步骤二得到的塑练橡胶进行共混，共混时间控制在5min；

步骤四：在步骤三得到的胶料中依次加入配合剂，顺序为：防老剂 1份、防焦剂 0.5份、硬脂酸 1份、炭黑N220 50-60份、增塑剂（石蜡油∶DOP∶DBP为2∶1∶1） 1-4份、促进剂 2份、氧化锌 5份和硫磺 0.1-0.5份，待胶料表面光滑有光泽后，薄通下片；

步骤五：将步骤四得到的混炼胶室温下停放24小时，经硫化仪测定其在165℃下的正硫化时间，并在50t平板硫化机上按正硫化时间硫化制得硫化胶。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

（1）本发明的溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物得到的橡胶材料的力学性能更加优异，无论是材料的拉伸性能，还是材料的撕裂性能均有显著的提升。

（2）本发明的溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物得到的橡胶材料的耐热氧老化性能很好。在热空气老化（70℃×72h）后，橡胶材料的性能没有下降，老化系数为100%，说明本发明的溴化丁基/氯化丁基橡胶组合物得到的橡胶材料的耐热氧老化性能优异。

（3）本发明的溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物得到的橡胶材料的脆性温度达到-50℃，说明了橡胶材料的耐寒性能优良。

（4）本发明的溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物得到的橡胶材料的防芥子气的可持续时间均大于3600min，说明了橡胶材料的防毒性能非常优异。

（5）与全部使用溴化丁基橡胶的防毒面具相比，本发明的溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物得到的橡胶材料在保证材料的综合性能更加优异的前提下，橡胶材料的成本也相对较低。

具体实施方式

本发明一种溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物，包括以下组分：

橡胶基体 100份、碳黑N220 50-60份、氧化锌 5份、硫磺 0.1-0.5份、硬脂酸 1份、增塑剂（石蜡油∶DOP∶DBP为2∶1∶1） 1-4份、促进剂 2份、防老剂 1份、防焦剂MgO 0.5份，其中橡胶基体由溴化丁基橡胶和氯化丁基橡胶组成。本发明可广泛用于力学性能、耐热氧老化性能、耐寒性能和防毒性能要求高的防毒面具中。

步骤一：先将100份溴化丁基橡胶和氯化丁基橡胶的组合物在恒温40℃的鼓风式烘箱中进行保温24h；

步骤二：将步骤一得到的溴化丁基橡胶和氯化丁基橡胶分别在开炼机上进行塑炼10min；

步骤四：在步骤三得到的共混胶料中依次加入上述配比的配合剂，顺序为：防老剂、防焦剂、硬脂酸、炭黑、增塑剂、促进剂、氧化锌和硫磺，待胶料表面光滑有光泽后，薄通下片；

下面通过实施例和对比例对本发明作进一步说明。

实施例1

称取80g的BIIR2222和20g的CIIR1066生胶置于恒温40℃的鼓风式烘箱中进行保温24h，在开炼机上分别塑炼10min后，将BIIR2222和CIIR1066共混5min，依次加入1g的防老剂和0.5g的MgO、1g的硬脂酸、55g的炭黑N220、1g的石蜡油，0.5g的DOP和0.5g的DBP、1g的M和1g的DM、5g的氧化锌和0.3g的硫磺，待胶料表面光滑有光泽后，薄通下片。将混炼胶于室温下停放24小时，经硫化仪测定其在165℃下的正硫化时间，并在50t平板硫化机上按正硫化时间硫化制得硫化胶。制备得到的硫化胶的拉伸强度为18.50MPa，断裂伸长率为539%，300%定伸强度为9.30MPa，撕裂强度达到39.45KN^.m^-1，邵氏硬度为55，拉伸永久变形只有10%，脆性温度-50℃，硫化胶在热空气老化（70℃×72h）后，拉伸强度为17.91MPa，断裂伸长率为569%，老化系数为100%，硫化胶防芥子气的可持续时间大于3600min。

实施例2

实施例2配方中橡胶基体为100g的BIIR生胶，操作过程中BIIR胶料开炼机上进行塑炼时间为15min，其他配方和操作步骤同实施例1，制备硫化胶的拉伸强度为17.24MPa，断裂伸长率为567%，300%定伸强度为8.24MPa，撕裂强度达到38.19KN^.m^-1，邵氏硬度为55，拉伸永久变形只有10%，脆性温度-50℃，硫化胶在热空气老化（70℃×72h）后，拉伸强度为17.91MPa，断裂伸长率为543%，老化系数为100%，硫化胶防芥子气的可持续时间大于3600min。

实施例3

实施例3配方中橡胶基体为100g的CIIR生胶，操作过程中CIIR胶料开炼机上进行塑炼时间为15min，其他配方和操作步骤同实施例1，制备得到的硫化胶的拉伸强度为17.60MPa，断裂伸长率为518%，300%定伸强度为9.88MPa，撕裂强度达到36.63KN^.m^-1，邵氏硬度为54，拉伸永久变形只有9%，脆性温度-45℃，硫化胶在热空气老化（70℃×72h）后，拉伸强度为17.62MPa，断裂伸长率为507%，老化系数为98%。

实施例4

实施例4配方中橡胶基体为60g的BIIR2222和40g的CIIR1066生胶，其他配方和操作步骤同实施例1，制备得到的硫化胶的拉伸强度为17.49MPa，断裂伸长率为543%，300%定伸强度为8.54MPa，撕裂强度达到39.20KN^.m^-1，邵氏硬度为55，拉伸永久变形只有11%，脆性温度-50℃，硫化胶在热空气老化（70℃×72h）后，拉伸强度为17.45MPa，断裂伸长率为568%，老化系数为100%。

实施例5

实施例5配方中橡胶基体为40g的BIIR2222和60g的CIIR1066生胶，其他配方和操作步骤同实施例1，制备得到的硫化胶的拉伸强度为17.93MPa，断裂伸长率为522%，300%定伸强度为9.46MPa，撕裂强度达到39.36KN^.m^-1，邵氏硬度为55，拉伸永久变形只有10%，脆性温度-45℃，硫化胶在热空气老化（70℃×72h）后，拉伸强度为17.50MPa，断裂伸长率为524%，老化系数为98%。

实施例6

实施例6配方中橡胶基体为20g的BIIR2222和80g的CIIR1066生胶，其他配方和操作步骤同实施例1，制备得到的硫化胶的拉伸强度为17.87MPa，断裂伸长率为503%，300%定伸强度为10.17MPa，撕裂强度达到39.67KN^.m^-1，邵氏硬度为55，拉伸永久变形只有9%，脆性温度-45℃，硫化胶在热空气老化（70℃×72h）后，拉伸强度为17.91MPa，断裂伸长率为506%，老化系数为100%。

实施例7

实施例7配方中硫磺含量为0.1g，其他配方和操作步骤同实施例1，制备得到的硫化胶的拉伸强度为17.01MPa，断裂伸长率为565%，300%定伸强度为7.43MPa，撕裂强度达到38.87KN^.m^-1，邵氏硬度为54，拉伸永久变形只有10%。

实施例8

实施例8配方中硫磺含量为0.5g，其他配方和操作步骤同实施例1，制备得到的硫化胶的拉伸强度为17.91MPa，断裂伸长率为547%，300%定伸强度为7.73MPa，撕裂强度达到39.01KN^.m^-1，邵氏硬度为55，拉伸永久变形只有9%。

实施例9

实施例9配方中炭黑N220含量为50g，其他配方和操作步骤同实施例1，制备得到硫化胶的拉伸强度为17.33MPa，断裂伸长率为554%，300%定伸强度为8.89MPa，撕裂强度达到38.03KN^.m^-1，邵氏硬度为53，拉伸永久变形为12%。

实施例10

实施例10配方中炭黑N220含量为60g，其他配方和操作步骤同实施例1，制备得到的硫化胶的拉伸强度为19.98MPa，断裂伸长率为514%，300%定伸强度为10.78MPa，撕裂强度达到41.13KN^.m^-1，邵氏硬度为59，拉伸永久变形只有9%。

实施例11

实施例11配方中的增塑剂含量为4g（石蜡油 2g、DOP 1g和DBP 1g），其他配方和操作步骤同实施例1，制备得到的硫化胶的拉伸强度为17.43MPa，断裂伸长率为557%，300%定伸强度为8.56MPa，撕裂强度达到38.07KN^.m^-1，邵氏硬度为53，拉伸永久变形只有11%，脆性温度-50℃。

对比例1

对比例1的配方采用100g的BIIR2222、3g的氧化锌、1g的硬脂酸、40g的炭黑N330和15g的炭黑N220、1g的凡士林、2g的石蜡油、2g的DOP和2g的DOS、1g的TMTD和0.6g的DM、1g的防老剂、0.5g的偶联剂KH-550，其他操作步骤同实施例2，制备得到的硫化胶的拉伸强度为12.32MPa，断裂伸长率为712%，300%定伸强度为3.37MPa，撕裂强度达到37.28KN^.m^-1，邵氏硬度为51，拉伸永久变形为13%，脆性温度-50℃，硫化胶在热空气老化（70℃×72h）后，拉伸强度为12.45MPa，断裂伸长率为698%，老化系数为99%。

对比例2

对比例2的配方采用100g的CIIR1066、5g的氧化锌和0.5g的硫磺、1g的硬脂酸、35g的炭黑N330、5g的DOP和5g的DOS、2g的M、1g的防老剂、1g的TE，其他操作步骤同实施例3，制备得到的硫化胶的拉伸强度为16.37MPa，断裂伸长率为741%，300%定伸强度为3.13MPa，撕裂强度达到28.87KN^.m^-1，邵氏硬度为52，拉伸永久变形为14%，脆性温度-45℃，硫化胶在热空气老化（70℃×72h）后，拉伸强度为16.43MPa，断裂伸长率为718%，老化系数为97%。

对比例3

对比例3配方中炭黑N330含量为55g，其他配方和操作步骤同实施例1，制备得到硫化胶的拉伸强度为13.12MPa，断裂伸长率为546%，300%定伸强度为4.23MPa，撕裂强度达到33.07KN^.m^-1，邵氏硬度为57，拉伸永久变形为10%。

对比例4

对比例4配方中炭黑N220含量为40g，其他配方和操作步骤同实施例1，制备得到硫化胶的拉伸强度为10.84MPa，断裂伸长率为669%，300%定伸强度为3.12MPa，撕裂强度达到31.22KN^.m^-1，邵氏硬度为51，拉伸永久变形为13%。

对比例5

对比例5的配方不用硫磺，其他配方和操作步骤同实施例1，制备得到的硫化胶的拉伸强度为14.47MPa，断裂伸长率为558%，300%定伸强度为5.31MPa，撕裂强度达到36.83KN^.m^-1，邵氏硬度为54，拉伸永久变形只有10%。

对比例6

对比例6配方中增塑剂含量为8g（石蜡油 4g、DOP 2g和DBP 2g），其他配方和操作步骤同实施例1，制备得到的硫化胶的拉伸强度为13.41MPa，断裂伸长率为638%，300%定伸强度为4.43MPa，撕裂强度达到33.34KN^.m^-1，邵氏硬度为52，拉伸永久变形为13%，脆性温度-55℃。

本发明中通过采用溴化丁基橡胶与氯化丁基橡胶机械共混，对组合物的配方进行优化，制备得到了一种具有优异的力学性能、耐热氧老化性能、耐寒性能和防毒性能的溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物，能完全满足防毒面具的使用要求。当组合物的配方为溴化丁基橡胶 80份、氯化丁基橡胶 20份、氧化锌 5份、硫磺 0.3份、硬脂酸 1份、石蜡油 1份、DOP 0.5份、DBP 0.5份、促进剂M 1份、促进剂DM 1份、防老剂 1份和防焦剂 0.5份时，制备得到硫化胶的综合性能最好，硫化胶的拉伸强度为18.50MPa，断裂伸长率为539%，300%定伸强度为9.30MPa，撕裂强度达到39.45KN^.m^-1，邵氏硬度为54，拉伸永久变形为10%，脆性温度-50℃，硫化胶在热空气老化（70℃×72h）后，拉伸强度为17.91MPa，断裂伸长率为569%，老化系数达到100%，硫化胶防芥子气的可持续时间大于3600min，硫化胶的综合性能完全能满足防毒面具罩体材料的性能要求。

Claims

1.一种溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物，其特征在于由下列质量份的组分构成：橡胶基体 100份、碳黑N220 50-60份、氧化锌 5份、硫磺 0.1-0.5份、硬脂酸 1份、增塑剂 1-4份、促进剂 2份、防老剂 1份、防焦剂MgO 0.5份，其中橡胶基体由溴化丁基橡胶和氯化丁基橡胶组成，增塑剂由石蜡油、DOP和DBP组成。

2.根据权利要求1所述的溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物，其特征在于所述的增塑剂中石蜡油∶DOP∶DBP为2∶1∶1。

3.根据权利要求1所述的溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物，其特征在于所述溴化丁基橡胶含量优选80份，氯化丁基橡胶含量优选20份。

4.根据权利要求1所述的溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物，其特征在于所述增塑剂含量优选2-3份。

5.根据权利要求1所述的溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物，其特征在于所述硫磺含量优选0.2-0.4份。

6.一种溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：先将总量100份的溴化丁基橡胶和氯化丁基橡胶在恒温40℃的鼓风式烘箱中进行保温24h；

步骤二：将步骤一得到的橡胶在开炼机上进行塑炼10min；

步骤四：在步骤三得到的胶料中依次加入配合剂，顺序为：防老剂 1份、防焦剂MgO 0.5份、硬脂酸 1份、炭黑N220 50-60份、增塑剂 1-4份、促进剂 2份、氧化锌 5份和硫磺 0.1-0.5份，待胶料表面光滑有光泽后，薄通下片，其中，增塑剂由石蜡油、DOP和DBP组成；

7.根据权利要求6所述的溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物的制备方法，其特征在于步骤四中所述的增塑剂中石蜡油∶DOP∶DBP为2∶1∶1。

8.根据权利要求6所述的溴化丁基/氯化丁基橡胶的组合物的制备方法，其特征在于步骤四中所述的溴化丁基橡胶含量优选80份，氯化丁基橡胶含量优选20份；所述增塑剂含量优选2-3份；所述的硫磺含量优选0.2-0.4份。