CN103173021A - 功能化的环保再生硅橡胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功能化的环保再生硅橡胶及其制备方法。该方法将甲基乙烯基硅橡胶硫化胶边角料或者废旧硅橡胶制品按颜色分类，清洗，干燥，将同一颜色的硫化胶边角料或者废旧硅橡胶制品投入橡胶开炼机中，先调大辊距至3～5mm，轧炼3～6次，后减小辊距至1～2mm，加入硅微粉和抗静电剂，然后加入50～70度硅橡胶混炼胶和结构控制剂，加入功能性填料和二甲基硅油，出片，热处理，将混合物重新包辊，最后加硫化剂双叔丁基过氧化异丙基苯，出片。本发明有效地防止了硅橡胶胶粉颗粒的静电排斥，将废旧硅橡胶的再生时间缩短50％以上，工艺过程简单，能耗较低，无毒环保，可硫化制成高硬度或导电或阻燃或导热的硅橡胶制品。

Description

功能化的环保再生硅橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种功能化的环保再生硅橡胶及其制备方法，属于废旧高分子材料循环再利用领域。
技术背景
硅橡胶具有耐高低温性、耐候性、绝缘性、无毒环保和生理惰性等特点，已广泛应用在电子电气、航空、航天、汽车、机械、医疗卫生等领域。硅橡胶制品生产企业在生产过程中，每天都会产生大量的硅橡胶硫化胶边角料以及废次品，这些硫化胶边角料以及废次品往往被遗弃或者当成废品卖掉。而且我国每年也产生大量的废旧硅橡胶制品如各种硅橡胶垫圈、垫片、硅橡胶胶管、按键、硅橡胶厨具、婴幼儿用品、医疗卫生用品等等，这些废弃物处理不当也将造成环境的污染。在硅橡胶制品生产过程中，不可避免地会出现不合格产品及硫化胶边角料等；硅橡胶制品使用一段时间后也会变成废旧物品。为了节省资源和减轻环境污染，有必要将这些废品回收利用。在回收利用废旧硅橡胶制品时，通常使用酸碱催化裂解法回收二甲基环硅氧烷混合物DMC，但该方法存在容易产生设备腐蚀、废液污染等缺点。而采用热裂解法[吴世维.硅橡胶边角废料裂解生产有机硅环体的方法.中国：CN1201796A[P].1998-12-16.]制备DMC时，需要在高温和氮气保护下进行，裂解过程能耗大，反应条件苛刻，制备过程经济性不高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有硅橡胶硫化胶边角料或废旧硅橡胶制品没有得到有效利用的现状，通过机械剪切方法制备具有良好加工性以及功能性的再生硅橡胶混炼胶，混炼胶经硫化后可制得高硬度或者导电或阻燃或导热硅橡胶制品。
本发明的另一目的在于提供所述再生硅橡胶的制备方法。
一种功能化的环保再生硅橡胶的制备方法：将甲基乙烯基硅橡胶硫化胶边角料或者废旧硅橡胶制品按颜色分类，清洗，干燥，然后将同一颜色的硫化胶边角料或废旧硅橡胶制品投入橡胶开炼机中，调大辊距至3～5mm，过辊3～6次，再调小辊距至1～2mm，加入硅微粉和抗静电剂，待再生硅橡胶成片包辊后，加入50～70度硅橡胶混炼胶和结构控制剂，之后加入功能性填料和二甲基硅油，出片，然后将混合物放入热鼓风烘箱中150℃热处理1～2小时，将混合物重新包辊，最后加入硫化剂双(叔丁基过氧化异丙基)苯，混炼均匀，出片，总混炼时间为20～35分钟，将再生硅橡胶混炼胶在平板硫化机上140℃～180℃下硫化5～20分钟后制成试片，再在热鼓风干燥箱中150℃～200℃下二段硫化2～4小时；
以质量百分比计，各原料的用量为：
硅橡胶硫化胶边角料或废旧硅橡胶制品              15.5～65.5％；
50～70度硅橡胶混炼胶                            13.0～40.0％；
硅微粉                                          2.0～6.0％；
功能性填料                                      15.0～36.0％；
结构控制剂                                      0.2～0.6％；
二甲基硅油                                      2.0～8.0％；
双叔丁基过氧化异丙基苯                          0.5～1.0％；
抗静电剂                                        0.2～0.4％
所述功能性填料为气相白炭黑、镀银玻璃微珠、氢氧化镁、硼酸锌、三聚氰胺聚磷酸盐和氮化硼中的一种或两种；
所述结构控制剂为羟基硅油和二苯基硅二醇中的一种或两种；
所述抗静电剂为十八烷基胺乙基二甲基-β-羟基胺硝酸盐简称抗静电剂SN或烯丙基磺酸钠。
进一步地，所述二甲基硅油的粘度范围优选为0.5～5Pa·s。
所述硅微粉的粒径范围优选为1～5μm。
所述总混炼时间优选为20～25分钟。
一种功能化的环保再生硅橡胶，由上述方法制备。
本发明采用机械剪切法对硅橡胶硫化胶边角料或者废旧硅橡胶制品进行再生，一方面，添加硅微粉提高了橡胶开炼机辊筒表面的摩擦力，有利于再生硅橡胶粘接成片，使得再生过程中产生的静电能够通过开炼机辊筒快速传导并消耗，另一方面，在废旧硅橡胶中添加抗静电剂，可以吸收空气中的水份以在材料内部形成导电通道，降低材料表面电阻率达到抗静电目的，因此硅微粉和抗静电剂发挥协同抗静电作用，有效地防止了硅橡胶胶粉颗粒的静电排斥，将废旧硅橡胶的再生时间缩短50％以上，大幅度提高了废旧硅橡胶的再生效率，降低了硅橡胶再生能耗，有利于降低生产成本，实现节能环保生产。通过在再生胶中添加新的硅橡胶混炼胶和结构控制剂，既防止了混炼胶的结构化，又改善了混炼胶的流动性和力学性能。选用高硬度、导电、阻燃、导热等功能性填料，赋予再生硅橡胶高硬度、导电、阻燃、导热等性能，同时二甲基硅油作为一种润滑剂和填料分散剂，能够改善功能性填料的团聚现象，提高了功能性填料在硅橡胶基体中的分散性，减少功能性填料的用量，保持再生硅橡胶的力学性能，改善再生硅橡胶的加工性能；同时加入功能性填料和二甲基硅油的硅橡胶经热鼓风烘箱热处理之后，有利于功能性填料的活化以及加快其在硅橡胶基体中的迁移并进一步均匀分散，从而最大程度地发挥其在硅橡胶基体中的增硬或阻燃或导电或导热等功能。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
现用的硅橡胶再生技术常是采用高温裂解法或化学裂解法制备低分子量的有机硅环体。其制备工艺存在能耗大，设备腐蚀、废液处理成本高等缺点，本发明采用机械剪切方法，通过合适的配方技术，将硅橡胶硫化胶边角料或废旧硅橡胶制品制成再生硅橡胶混炼胶，并赋予再生硅橡胶高硬度或导电或阻燃或导热等功能性，具有生产工艺简单，制备时间短，能耗较低，无毒无污染等优点，可用作高硬度、或导电、或阻燃、或导热硅橡胶制品，从而达到减少硅橡胶废弃物，减轻环境污染和资源循环再利用的目的。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明的实施方式不限如此。
实施例1
一种再生硅橡胶混炼胶的制备方法：将硅橡胶制品企业在生产硅橡胶厨具过程中产生的无色透明的硫化胶边角料作为原料，该废硫化胶边角料均为厚度小于1mm且形状无规的橡胶薄片。将硅橡胶硫化胶边角料用水清洗干净，经烘箱干燥，冷却。
将硫化硅橡胶胶边角料投入橡胶开炼机中，调大辊距至3mm，过辊5次，调小辊距至1～2mm，逐渐加入粒径范围为1～5μm的硅微粉和抗静电剂十八烷基胺乙基二甲基-β-羟基胺硝酸盐(简称抗静电剂SN，江苏省海安石油化工厂产)，待再生硅橡胶成片包辊后，加入70度硅橡胶混炼胶(迈图精细高新材料深圳有限公司产)和羟基硅油(型号GY-209，成都晨光化工研究院产)，然后加入气相白炭黑(型号QS-20，日本Tokuyama公司产)和粘度为5Pa·s的二甲基硅油(成都晨光化工研究院产)，出片，然后将混合物放入热鼓风烘箱中150℃热处理1小时，将混合物重新包辊，最后加入硫化剂双叔丁基过氧化异丙基苯(上海方瑞达化学品有限公司产)，混炼均匀，出片。
将再生硅橡胶混炼胶在平板硫化机上140℃下硫化20分钟后制成试片，再在热鼓风干燥箱中150℃下二段硫化4小时。
以质量百分比计，再生硅橡胶混炼胶原料的用量情况如下：
硅橡胶厨具硫化胶边角料                          65.5％；
70度硅橡胶混炼胶                                13.0％；
硅微粉                                          2.7％；
气相白炭黑                                      15.0％；
二甲基硅油                                      2.0％；
羟基硅油                                        0.47％；
双叔丁基过氧化异丙基苯                          0.93％；
十八烷基胺乙基二甲基-β-羟基胺硝酸盐            0.4％。
再生硅橡胶硫化后的力学性能测试方法和结果如表1所示：
表1
性能 烘箱热处理前 烘箱热处理后 参照标准
100％定伸应力/MPa 3.8 4.2 GB/T 528-2009
拉伸强度/MPa 6.9 7.2 GB/T 528-2009
断裂伸长率/％ 184 193 GB/T 528-2009
撕裂强度/kN·m-1 14.5 18.3 GB/T 529-2008
硬度(邵尔A)/度 87 90 GB/T 531.1-2008
本实施例添加硅微粉提高了橡胶开炼机辊筒表面的摩擦力，有利于再生硅橡胶粘接成片，使得再生过程中产生的静电能够通过开炼机辊筒快速传导并消耗，另一方面，在废旧硅橡胶中添加抗静电剂，可以吸收空气中的水份以在材料内部形成导电通道，降低材料表面电阻率达到抗静电目的，因此硅微粉和抗静电剂发挥协同抗静电作用，有效地防止了硅橡胶胶粉颗粒的静电排斥，将废旧硅橡胶的再生时间缩短50％以上，大幅度提高了废旧硅橡胶的再生效率，降低了硅橡胶再生能耗，有利于降低生产成本，实现节能环保生产。本实施例中制备了一种再生硅橡胶混炼胶，制备工艺简单，无毒环保，硫化胶边角料利用率达99％。其硫化后的硅橡胶再生硅橡胶硫化胶的拉伸强度较高，硅橡胶混合物经烘箱热处理后，硫化胶的硬度高达90度，比热处理前提高了3度，而力学性能也有所提高，可以制造高硬度的硅橡胶按键制品等。
实施例2
一种再生硅橡胶混炼胶的制备方法：将硅橡胶硫化胶边角料按颜色分类，经清洗，烘箱，将硅橡胶硫化胶边角料投入橡胶开炼机中，调大辊距至3mm，过辊5次，调小辊距至1～2mm，包辊，逐渐加入硅微粉和抗静电剂十八烷基胺乙基二甲基-β-羟基胺硝酸盐(简称抗静电剂SN，江苏省海安石油化工厂产)，待再生硅橡胶成片包辊后，加入50度硅橡胶混炼胶和羟基硅油，然后加入镀银玻璃微珠(平均粒径为30～42μm，含银量为12～16％，深圳瑞思贝特科技有限公司产)和粘度为1Pa·s的二甲基硅油，出片，然后将混合物放入热鼓风烘箱中150℃热处理2小时，将混合物重新包辊，最后加入硫化剂双叔丁基过氧化异丙基苯，混炼均匀，出片。
将再生硅橡胶混炼胶在平板硫化机上160℃下硫化10分钟后制成试片，再在热鼓风干燥箱中200℃下二段硫化2小时。
在本实施例中，再生硅橡胶混炼胶，以质量百分比计，各原料的用量情况如下：
硅橡胶硫化胶边角料                             43.5％；
50度硅橡胶混炼胶                               26.5％；
硅微粉                                         6.0％；
镀银玻璃微珠                                   20.0％；
二甲基硅油                                     2.15％；
羟基硅油                                       0.6％；
双叔丁基过氧化异丙基苯                         0.85％；
十八烷基胺乙基二甲基-β-羟基胺硝酸盐           0.4％。
上述再生硅橡胶混炼胶的力学性能和电性能测试方法和结果如表2所示：
表2
性能 烘箱热处理前 烘箱热处理后 参照标准
100％定伸应力/MPa 1.9 2.2 GB/T 528-2009
拉伸强度/MPa 6.0 6.3 GB/T 528-2009
断裂伸长率/％ 251 238 GB/T 528-2009
撕裂强度/kN·m-1 10.2 12.7 GB/T 529-2008
硬度(邵尔A)/度 66 67 GB/T 531.1-2008
体积电阻率/Ω·cm 0.21 0.05 GB/T 1410-2006
本实施例中是将硅橡胶硫化胶边角料作为再生原料，添加镀银玻璃微珠作为导电填料，制成导电硅橡胶。在对硅橡胶混合物进行烘箱热处理后，其硫化胶的体积电阻率降低了76％，而力学性能略有提高，可以用作导电硅橡胶制品。
实施例3
一种再生硅橡胶混炼胶的制备方法：将废旧硅橡胶垫圈和垫片按颜色分类，取无色透明、白色或浅色的硅橡胶制品为原料，经水洗，烘箱干燥，将干净的废旧硅橡胶制品投入橡胶开炼机中，调大辊距至3mm，过辊5次，调小辊距至1～2mm，逐渐加入硅微粉和抗静电剂十八烷基胺乙基二甲基-β-羟基胺硝酸盐(简称抗静电剂SN，江苏省海安石油化工厂产)，待再生硅橡胶成片包辊后，加入50度硅橡胶混炼胶和羟基硅油，然后加入经磷酸三甲苯酯活化改性的阻燃剂氢氧化镁(粒径范围2000～6000目，合肥华达阻燃助剂厂产)、硼酸锌(山东科兴化工有限责任公司产)和粘度为0.5Pa·s的二甲基硅油，出片，然后将混合物放入热鼓风烘箱中150℃热处理1.5小时，将混合物重新包辊，最后加入硫化剂双叔丁基过氧化异丙基苯，混炼均匀，出片。
将再生硅橡胶混炼胶在平板硫化机上180℃下硫化5分钟后制成试片，再在热鼓风干燥箱中200℃下二段硫化2小时。
在本实施例中，再生硅橡胶混炼胶，以质量百分比计，各原料的用量情况如下：
废旧硅橡胶垫圈和垫片                          19.8％；
50度硅橡胶混炼胶                              33.2％；
硅微粉                                        2.0％；
改性氢氧化镁                                  33.6％；
硼酸锌                                        2.0％；
羟基硅油                                      0.2％；
二甲基硅油                                    8.0％；
双叔丁基过氧化异丙基苯                        1.0％；
十八烷基胺乙基二甲基-β-羟基胺硝酸盐          0.2％。
上述再生硅橡胶混炼胶硫化后的力学性能测试和阻燃性能测试方法和结果如表3所示：
本实施例中，通过废旧硅橡胶制备一种具有阻燃性的再生硅橡胶混炼胶，整个制备过程比较简单，制备的再生硅橡胶混合物经热处理后，硫化胶的氧指数比热处理前提高了6.2％，阻燃等级由V-1级提高到V-0级，可用作阻燃硅橡胶制品。
表3
性能 烘箱热处理前 烘箱热处理后 参照标准
100％定伸应力/MPa 2.3 2.7 GB/T 528-2009
拉伸强度/MPa 5.8 6.1 GB/T 528-2009
断裂伸长率/％ 228 216 GB/T 528-2009
撕裂强度/kN·m-1 9.2 10.8 GB/T 529-2008
硬度(邵尔A)/度 64 66 GB/T 531.1-2008
氧指数 32 34 GB/T 10707-2008
垂直燃烧等级 V-1 V-0 GB/T 13488-1992
实施例4
一种再生硅橡胶混炼胶的制备方法：将废旧硅橡胶按键胶片收集，经水洗，干燥，将干净的废旧硅橡胶按键胶片投入橡胶开炼机中，调大辊距至3mm，过辊5次，调小辊距至1.5mm，包辊，逐渐加入硅微粉和抗静电剂十八烷基胺乙基二甲基-β-羟基胺硝酸盐(简称抗静电剂SN，江苏省海安石油化工厂产)，待成片包辊后，加入50度硅橡胶混炼胶(迈图精细高新材料深圳有限公司产)和羟基硅油，然后加入三聚氰胺聚磷酸盐(平均粒径小于15μm，镇江星星阻燃剂有限公司产)和粘度为0.5Pa·s的二甲基硅油，出片，然后将混合物放入热鼓风烘箱中150℃热处理1小时，将混合物重新包辊，最后加入硫化剂双叔丁基过氧化异丙基苯，混炼均匀，出片。
将再生硅橡胶混炼胶在平板硫化机上160℃下硫化10分钟后制成试片，再在热鼓风干燥箱中200℃下二段硫化2小时。
在本实施例中，再生硅橡胶混炼胶，以质量百分比计，各原料的用量情况如下：
废旧硅橡胶按键胶片                               25.0％；
50度硅橡胶混炼胶                                 33.1％；
硅微粉                                           2.5％；
三聚氰胺聚磷酸盐                                 32.4％；
羟基硅油                                         0.3％；
双叔丁基过氧化异丙基苯                           0.5％；
二甲基硅油                                       6.0％；
十八烷基胺乙基二甲基-β-羟基胺硝酸盐             0.2％。
上述再生硅橡胶混炼胶硫化后的力学性能测试和阻燃性能测试方法和结果如表4所示：
表4
性能 烘箱热处理前 烘箱热处理后 参照标准
100％定伸应力/MPa 2.4 2.8 GB/T 528-2009
拉伸强度/MPa 6.0 6.2 GB/T 528-2009
断裂伸长率/％ 226 211 GB/T 528-2009
撕裂强度/kN·m-1 9.0 10.7 GB/T 529-2008
硬度(邵尔A)/度 67 69 GB/T 531.1-2008
氧指数/％ 32 35 GB/T 10707-2008
垂直燃烧等级 V-1 V-0 GB/T 13488-1992
实例4中，通过废旧硅橡胶制备一种可阻燃的再生硅橡胶混炼胶，采用三聚氰胺聚磷酸盐作为硅橡胶的阻燃剂，制备阻燃型再生硅橡胶，经过热鼓风烘箱热处理后，其氧指数提高近10％，垂直燃烧等级由V-1提高到V-0级，可以用作阻燃硅橡胶制品。
实施例5
一种再生硅橡胶混炼胶的制备方法：选取无色透明、白色或浅色的硅橡胶胶管为原料，经水洗，烘箱干燥，将其投入橡胶开炼机中，调大辊距至3mm，过辊5次，调小辊距至1～2mm，逐渐加入硅微粉和抗静电剂烯丙基磺酸钠(淄博世宏化学工业有限公司产)，待成片包辊后，接着加入60度硅橡胶混炼胶(迈图精细高新材料深圳有限公司产)和二苯基硅二醇(上海嶅稞实业有限公司产)，之后加入氮化硼(含量＞98％，粒径范围0.5～3.0μm，辽宁硼达科技有限公司产)和粘度为0.5Pa·s的二甲基硅油，出片，然后将混合物放入热鼓风烘箱中150℃热处理1小时，将混合物重新包辊，最后加入硫化剂双叔丁基过氧化异丙基苯，混炼均匀，出片。
将再生硅橡胶混炼胶在平板硫化机上160℃下硫化10分钟后制成试片，再在热鼓风干燥箱中200℃下二段硫化2小时。
在本实施例中，再生硅橡胶混炼胶，以质量百分比计，各原料的用量情况如下：
废旧硅橡胶胶管                                   15.5％；
60度硅橡胶混炼胶                                 40％；
硅微粉                                           2.0％；
氮化硼                                           36.0％；
二苯基硅二醇                                     0.3％；
二甲基硅油                                       5.0％；
双叔丁基过氧化异丙基苯                           0.8％；
烯丙基磺酸钠                                     0.4％。
上述再生硅橡胶硫化后的力学性能测试和导热性能结果如表5所示：
表5
性能 烘箱热处理前 烘箱热处理后 参照标准
100％定伸应力/MPa 2.0 2.3 GB/T 528-2009
拉伸强度/MPa 5.2 5.7 GB/T 528-2009
断裂伸长率/％ 201 192 GB/T 528-2009
撕裂强度/kN·m-1 8.9 9.3 GB/T 529-2008
硬度(邵尔A)/度 71 73 GB/T 531.1-2008
导热系数/W/m·k 1.7 2.1 GB/T 10297-1998
本实施例中，通过废旧硅橡胶胶管制备一种具有导热性能的再生硅橡胶混炼胶，采用氮化硼作为导热填料，经过对硅橡胶混合物进行烘箱热处理后，制备的再生硅橡胶硫化胶的导热系数比热处理前提高了23.5％，达到2.1W/m·k，且力学性能略有升高，可作为电子电气行业的导热硅橡胶制品。

Claims (5)

1.一种功能化的环保再生硅橡胶的制备方法，其特征在于：将甲基乙烯基硅橡胶硫化胶边角料或者废旧硅橡胶制品按颜色分类，清洗，干燥，然后将同一颜色的硫化胶边角料或废旧硅橡胶制品投入橡胶开炼机中，调大辊距至3～5mm，过辊3～6次，再调小辊距至1～2mm，加入硅微粉和抗静电剂，待再生硅橡胶成片包辊后，加入50～70度硅橡胶混炼胶和结构控制剂，之后加入功能性填料和二甲基硅油，出片，然后将混合物放入热鼓风烘箱中150℃热处理1～2小时，将混合物重新包辊，最后加入硫化剂双(叔丁基过氧化异丙基)苯，混炼均匀，出片，总混炼时间为20～35分钟，将再生硅橡胶混炼胶在平板硫化机上140℃～180℃下硫化5～20分钟后制成试片，再在热鼓风干燥箱中150℃～200℃下二段硫化2～4小时； 
以质量百分比计，各原料的用量为： 
硅橡胶硫化胶边角料或废旧硅橡胶制品           15.5～65.5％； 
50～70度硅橡胶混炼胶                         13.0～40.0％； 
硅微粉                                       2.0～6.0％； 
功能性填料                                   15.0～36.0％； 
结构控制剂                                   0.2～0.6％； 
二甲基硅油                                   2.0～8.0％； 
双叔丁基过氧化异丙基苯                       0.5～1.0％； 
抗静电剂                                     0.2～0.4 ％ 
所述功能性填料为气相白炭黑、镀银玻璃微珠、氢氧化镁、硼酸锌、三聚氰胺聚磷酸盐和氮化硼中的一种或两种； 
所述结构控制剂为羟基硅油和二苯基硅二醇中的一种或两种； 
所述抗静电剂为十八烷基胺乙基二甲基-β-羟基胺硝酸盐或烯丙基磺酸钠。 
2.根据权利要求I所述的功能化的环保再生硅橡胶的制备方法，其特征在于：所述二甲基硅油的粘度范围为0.5～5Pa·s。 
3.根据权利要求I所述的功能化的环保再生硅橡胶的制备方法，其特征在于：所述硅微粉的粒径范围为1～5μm。 
4.根据权利要求I所述的功能化的环保再生硅橡胶的制备方法，其特征在于：所述总混炼时间为20～25分钟。 
5.一种功能化的环保再生硅橡胶，其特征在于其由权利要求I-4任一项所述方法制备。 
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