CN103242560B

CN103242560B - 含碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料及其制法与应用

Info

Publication number: CN103242560B
Application number: CN201310174446.1A
Authority: CN
Inventors: 柳方强; 谢进艾; 周建良
Original assignee: SUZHOU ZHIFAN PLASTIC MATERIAL CO Ltd
Current assignee: SUZHOU ZHIFAN PLASTIC MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2033-05-13
Also published as: CN103242560A

Abstract

本发明提供一种含有碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料，先将碳黑与增塑剂混合后研磨，使碳黑的平均粒径小于10μm，然后加入分散剂和功能性液体载体，制成黑浆基料，进而按2.0～5%的用量、粒径为10-40nm的气相二氧化硅加入到以上所述的黑浆基料当中分散研磨，混合后制成专用功能性辅料。实际应用中该辅料占橡胶制品生产配方各组分总量的1/30～1/10。该辅料流变性好、补强性能提高，使用该专用辅料生产橡胶制品，配料过程更显方便，克服了粉尘飞扬和环境污染的缺点，且分散效果好，不会出现结块，加工获得的橡胶制品能够同时获得理想的定伸强度、耐磨性能、耐屈挠性能、回弹性能及永久变形性能。

Description

含碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料及其制法与应用

技术领域

本发明涉及一种高分子材料着色剂，尤其涉及一种含碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料及其制法与应用。

背景技术

塑胶、橡胶、热塑性弹性体等高分子材料的着色剂是现代聚合物加工过程中不可或缺的物质，不仅可以美化制品外观，而且还具有其它一些重要作用，诸如颜色易分辨，提高制品耐候性等。以往，碳黑用作着色剂时，是橡胶制品制造工艺过程中未经处理而直接加入黑粉进行混合的，这样很容易造成制品表面有颗粒状物、无光泽，使制品存在缺陷，而且，使用过程中碳黑易造成粉尘飞扬，不仅污染环境，对生产操作者也造成伤害。

虽然已有研制得到“功能性黑浆”，但其应用于橡胶制品制造的具体场合仍显不足，而且功能性黑浆用量较少，其在橡胶制品制造原料混合料中的分散效果及着色效率仍有待提高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种含碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料及其制法与应用。

本发明第一个目的的技术解决方案是：含碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料，其特征在于按重量百分比包含：碳黑30～45Wt％、增塑剂50～65Wt％、分散剂2～5Wt％、功能性液体载体2～5Wt％和疏水性二氧化硅2～5Wt％，其中所述炭黑的平均粒径小于10μm，所述疏水性二氧化硅为经由1-5Wt%的硬脂酸、树脂酸、木质素或阳离子表面活性剂表面处理的气相二氧化硅。

进一步地，所述增塑剂为混合不饱和脂肪酸，其组成是亚油酸50～60Wt％、油酸30～40Wt％、硬脂肪酸4～10Wt％。

进一步地，所述功能性液体载体为助剂-偶联剂，所述助剂-偶联剂由10～20Wt％硅烷、30～45Wt％钛酸酯及30～50Wt％铝酸酯复配而成。

进一步地，所述分散剂为HX-A或HY。

本发明上述第二个目的的技术解决方案是：该辅料制法包括步骤：Ⅰ、将碳黑与增塑剂混合后研磨，使碳黑的平均粒径小于10μm；Ⅱ、加入分散剂和功能性液体载体，分散均匀制成黑浆基料；Ⅲ、将粒径为10-40nm的疏水性气相二氧化硅加入到黑浆基料当中分散研磨，混合后制得橡胶制品专用功能性辅料。

本发明上述第三个目的的技术解决方案是：所述橡胶制品专用功能性辅料的用量为橡胶制品生产配方各组分总量的1/30～1/10。

本发明突出的实质性特点和显着的技术进步主要体现在：

①该辅料更易与其它原料混合而加工，分散速度快，分散十分均匀，不会出现结块，加工获得的橡胶制品的光亮度和黑度显著提高，能够同时获得理想的定伸强度、耐磨性能、耐屈挠性能、回弹性能及永久变形性能；

②使用该专用功能性辅料生产合成胶时，补强效果非常显著，可以大量配用，即使用量为80%，补强性能不降低，混炼、分散也很容易。而且，加工橡胶制品的配料过程更显方便，克服了粉尘飞扬和环境污染的缺点。由于该辅料的配方易于控制，制备操作比较简便，高性能的表面活性剂和高效分散剂价格比较便宜，原料易得，易于运输和储存，成本比较便宜，因而具有良好的经济效益。

具体实施方式

本发明针对橡胶制品的特点，先将碳黑与增塑剂混合后研磨，使碳黑的平均粒径小于10μm，然后加入分散剂和功能性液体载体，制成功能性的黑浆基料，进而按2.0~5Wt%的用量、粒径为10-40nm的气相二氧化硅加入到以上所述的黑浆基料当中分散研磨，混合后制成橡胶制品专用功能性辅料，混合后制成含有碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料。

根据本发明技术方案，该含碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料按重量百分比包含：碳黑30～45Wt％、增塑剂50～65Wt％、分散剂2～5Wt％、功能性液体载体2～5Wt％和二氧化硅2～5Wt％，其中所述炭黑的平均粒径小于10μm。其中该增塑剂为混合不饱和脂肪酸，其组成是亚油酸50～60Wt％、油酸30～40Wt％、硬脂肪酸4～10Wt％。该功能性液体载体为助剂-偶联剂，所述助剂-偶联剂由10～20Wt％硅烷、30～45Wt％钛酸酯及30～50Wt％铝酸酯复配而成。该分散剂为HX-A。

功能性黑浆基料制成之后，进而按2.0~5Wt%的用量、粒径为10-40nm的气相二氧化硅加入到以上所述的黑浆基料当中分散研磨，混合后制成橡胶制品专用功能性辅料，从而获得分散效果好、能够显著改善制品性能的含有碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料。所用气相二氧化硅具有疏水性能，经由1-5Wt%的硬脂酸、树脂酸、木质素或阳离子表面活性剂进行表面处理，使粒子表面能增大，提高了与橡胶原料的共极性，相容性很好，补强耐磨性提高。

本发明配方体系中使用了2~5%的表面改性后所得的疏水性气相二氧化硅，其功能性主要表现在以下几个方面：A、控制液体分散系统及聚合物等的流变性与触变性。B、改善功能性黑浆的沉降、增稠、防流挂性能，起到系统内各组分物料分散均匀，膏体状态细腻、消除原来随温度降低二增稠变硬的现象，改善溜挂性能、解决实现生产灌装自动化的难题。C、HCR高温硫化硅橡胶与RTV-2K双组份室温硫化硅橡胶补强。D、改善粉末的性质，提高流动性和抗结块性。

本发明将气相二氧化硅和碳黑粒子结合起来形成专用的功能性辅料，可以将有效发挥它们的特长，大大改善橡胶制品的性能。

根据本发明专利技术所用的气相二氧化硅根据产品设计需要为疏水型（表面处理）。以瓦克公司的产品为例，平均粒径在7-40nm。疏水型气相二氧化硅：WACKER HDK H15、H20、H18、H2000

下面通过具体实例对本发明技术方案进行举例说明，这些实例仅是典型范例，对本发明的保护范围不构成任何限制，凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

实施例1：

先将36kg碳黑和57kg增塑剂混合后研磨，使碳黑粒子平均粒径小于10μm，然后加入2kg分散剂HX-A（青岛赛诺新材料有限公司）、5kg功能性液体载体，加入到高速混合桶中使之混合均匀，将得到的混合物冷却得到功能性黑浆。然后按每100kg功能性黑浆基料加入瓦克气相二氧化硅HDK H20粉2kg，均匀混合后即得含有碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料。

实施例2：

先将30kg碳黑和65kg增塑剂混合后研磨，使碳黑粒子平均粒径小于10μm，然后加入3kg分散剂HX-A（青岛赛诺新材料有限公司）、2kg功能性液体载体，加入到高速混合桶中使之混合均匀，将得到的混合物冷却得到功能性黑浆。然后按每100kg功能性黑浆基料加入瓦克气相二氧化硅HDK H20粉2.5kg，均匀混合后即得含有碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料。

实施例3：

先将32kg碳黑和60kg增塑剂混合后研磨，使碳黑粒子平均粒径小于10μm，然后加入5kg乳液聚合分散剂HY（武汉合中生化制造有限公司）、3kg功能性液体载体，加入到高速混合桶中使之混合均匀，将得到的混合物冷却得到功能性黑浆。然后按每100kg功能性黑浆基料加入瓦克气相二氧化硅HDK H20粉3kg，均匀混合后即得含有碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料。

实施例4：

先将42kg碳黑和54kg增塑剂混合后研磨，使碳黑粒子平均粒径小于10μm，然后加入2kg分散剂HX-A（青岛赛诺新材料有限公司）、2kg功能性液体载体，加入到高速混合桶中使之混合均匀，将得到的混合物冷却得到功能性黑浆。然后按每100kg功能性黑浆基料加入瓦克气相二氧化硅HDK H20粉3.5kg，均匀混合后即得含有碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料。

实施例5：

先将45kg碳黑和50kg增塑剂混合后研磨，使碳黑粒子平均粒径小于10μm，然后加入3kg乳液聚合分散剂 HY（武汉合中生化制造有限公司）、2kg功能性液体载体，加入到高速混合桶中使之混合均匀，将得到的混合物冷却得到功能性黑浆。然后按每100kg功能性黑浆基料加入瓦克气相二氧化硅HDK H20粉4kg，均匀混合后即得含有碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料。

实施例6：

先将40kg碳黑和54kg增塑剂混合后研磨，使碳黑粒子平均粒径小于10μm，然后加入3kg分散剂HX-A（青岛赛诺新材料有限公司）、3kg功能性液体载体，加入到高速混合桶中使之混合均匀，将得到的混合物冷却得到功能性黑浆。然后按每100kg功能性黑浆基料加入瓦克气相二氧化硅HDK H20粉5kg，均匀混合后即得含有碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料。

经辅料产品投产验证，该辅料更易与其它原料混合而加工，分散速度快，分散十分均匀，不会出现结块，加工获得的橡胶制品的光亮度和黑度显著提高，能够同时获得理想的定伸强度、耐磨性能、耐屈挠性能、回弹性能及永久变形性能；而且使用该专用功能性辅料生产合成胶时，补强效果非常显著，可以大量配用，即使用量为80%，补强性能不降低，混炼、分散也很容易。而且，加工橡胶制品的配料过程更显方便，克服了粉尘飞扬和环境污染的缺点。由于该辅料的配方易于控制，制备操作比较简便，高性能的表面活性剂和高效分散剂价格比较便宜，原料易得，易于运输和储存，成本比较便宜，因而具有良好的经济效益。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims

1.含碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料，其特征在于按重量百分比包含：碳黑30～45Wt％、增塑剂50～65Wt％、分散剂2～5Wt％、功能性液体载体2～5Wt％和疏水性二氧化硅2～5Wt％，各组分的含量总和为100%，其中所述炭黑的平均粒径小于10μm，所述疏水性二氧化硅为经由1-5Wt%的硬脂酸、树脂酸、木质素或阳离子表面活性剂表面处理的气相二氧化硅，且疏水性二氧化硅的粒径为10-40nm；所述增塑剂为由亚油酸50～60Wt％、油酸30～40Wt％、硬脂肪酸4～10Wt％组成的混合不饱和脂肪酸；所述功能性液体载体为由10～20Wt％硅烷、30～45Wt％钛酸酯及30～50Wt％铝酸酯复配而成的助剂-偶联剂，增塑剂和功能性液体载体各自组分含量总和为100%。

2.根据权利要求1所述含碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料，其特征在于：所述分散剂为HX-A或HY。

3. 权利要求1所述含碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料的制法，其特征在于包括步骤：Ⅰ、将碳黑与增塑剂混合后研磨，使碳黑的平均粒径小于10μm；Ⅱ、加入分散剂和功能性液体载体，分散均匀制成黑浆基料；Ⅲ、将粒径为10-40nm的疏水性气相二氧化硅加入到黑浆基料当中分散研磨，混合后制得橡胶制品专用功能性辅料。

4. 权利要求1所述含碳黑粒子的橡胶制品专用功能性辅料的应用，其特征在于：所述橡胶制品专用功能性辅料的用量为橡胶制品生产配方各组分总量的1/30～1/10。