CN103756040A - 二烯烃聚合物在橡胶母胶粒中的应用、母胶粒及制备方法 - Google Patents

二烯烃聚合物在橡胶母胶粒中的应用、母胶粒及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及二烯烃聚合物在制备橡胶母胶粒中的应用、基于此应用的母胶粒及制备方法。二烯烃聚合物在橡胶母胶粒中的应用,二烯烃聚合物为粉末状或颗粒状的均聚物和/或共聚物,熔点为40-80℃,熔点优选为优选熔点50-70℃,其质量含量占母胶粒总量的10-50%。本发明使用的反式聚异戊二烯或聚丁二烯与大多数二烯类橡胶相容性好,不会对橡胶制品的性能造成负面的影响。而且TPI的熔点在70℃左右,无需使用隔离剂即可保证母胶粒在储存条件下不粘连;在通常橡胶的混炼温度下,结晶融化,易于分散。

Description

二烯烃聚合物在橡胶母胶粒中的应用、母胶粒及制备方法
技术领域
本发明属于使用无机物或非高分子有机物作为配料的高分子化合物领域,具体涉及二烯烃聚合物在制备橡胶母胶粒中的应用、基于此应用的母胶粒及制备方法。
背景技术
橡胶化学品的使用极大地促进了橡胶工业的发展,是橡胶制品中不可或缺的主要组成部分。通常,橡胶工业中使用的助剂以块状或粉状的固体为主,在橡胶制品的生产中存在很多问题。首先,固体的橡胶化学品在生产及使用过程中很容易产生粉尘,不但会造成生产环境污染,影响工人身心健康,而且会导致有效成分的损失,影响橡胶制品的性能和品质,甚至有可能造成产品质量不合格。其次,粉状、块状的橡胶化学品流动性较差,流动过程中会产生静电,易产生架桥、出料孔堵塞甚至是粉尘爆炸等问题,难以实现大规模、连续化和自动化称量。另外,粉状、块状的橡胶化学品在橡胶中分散困难,除了需要延长混炼时间、增加额外的能量消耗外,还会影响橡胶制品的质量均一性。
对橡胶化学品进行颗粒化处理是解决上述问题行之有效的方法。针对不同的橡胶化学品,可以通过熔融冷却造粒、油处理、微囊化和母胶粒(预分散)等方法进行颗粒化。其中母胶粒技术是以弹性体材料为分散介质,在混合设备中将橡胶化学品均匀分散在其中的颗粒化技术。母胶粒橡胶化学品完全解决了粉末化学品的粉尘和静电问题,可以实现自动化称量。由于在混合过程中橡胶化学品已经均匀的分散弹性体介质中,母胶粒橡胶化学品在橡胶制品中的分散明显改善,混炼时间缩短,混炼能耗较低,橡胶制品的性能和均一性也会明显提高。
母胶粒橡胶化学品采用的弹性体有很多如天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、二元乙丙橡胶(EPM)、三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)、氯醚橡胶(CO、ECO)、甚至是氟橡胶(FKM),但最常见粘结剂的是EPDM/EVA的共混物。目前,母胶粒橡胶化学品通常采用两段法制备,即首先将粘结剂、橡胶化学品和其它助剂在密炼机中混合均匀后,再通过橡胶挤出机挤出造粒。由于以弹性体为粘结剂的母胶粒在储存和使用过程中很容易发生粘连,因此在造粒后通常要使用无机粉末如滑石粉作为隔离剂,即增加了生产工序又产生了新的粉末污染。另外,EPDM和EVA是饱和的高分子,与二烯类橡胶特别是轮胎中常用的NR、顺丁橡胶(BR)、SBR的相容性不好,从而会影响橡胶制品的性能。
当熔点低于最高混合或操作温度时,橡胶化学品会由于结晶熔化而很容易混匀分散;对熔点高于最高混合温度或高温易分解或性状变化(如间苯二酚易升华)的橡胶化学品则难以分散均匀,需要采用粒径很小的原料或在混合过程通过强大的力场使其颗粒减小。
发明内容
为了克服粉状橡胶化学品在橡胶制品混炼过程中易产生粉尘,难以自动化称量和在橡胶中分散差等缺点,简化混炼工艺,提高混炼胶以至于橡胶制品的质量,本发明提供了低熔点的二烯烃类聚合物为粘结剂用于橡胶母胶粒中的应用。
为了实现上述发明目的,本发明的技术方案如下:
二烯烃聚合物在橡胶母胶粒中的应用,二烯烃聚合物为粉末状或颗粒状的均聚物和/或共聚物,熔点为40-80℃,熔点优选为优选熔点50-70℃,其质量含量占母胶粒总量的10-50%。
优选的是,二烯烃聚合物为反式聚异戊二烯(TPI)、聚丁二烯的至少一种。TPI结构单元的化学组成与NR相同,只是构型不同,与大多数二烯类橡胶相容性好,可将对橡胶制品性能的影响降至最低。TPI在高性能轮胎胎面胶中可以降低滚动阻力的同时提高胎面胶的抗湿滑性。而且TPI的熔点在70℃左右,在常温下没有粘连现象发生,因而无需使用隔离剂;在通常橡胶的混炼温度下,TPI的结晶融化,易于分散。控制聚丁二烯的顺反结构含量,将其熔点控制在40-80℃,也可应用于橡胶母胶粒的制备中。
本发明还基于上述应用,提供了一种在橡胶中分散性能优良的橡胶母胶粒,包括如下质量含量的原料,二烯烃聚合物10-50%,粉末状橡胶化学品50-90%,油0-15%,防老剂0-2%。与现有技术相比,粘结剂采用熔点为40-80℃的二烯烃聚合物,在储存和使用过程中不会造成粘连,造粒时不需要添加无机隔离剂,用于橡胶制品中与胶料相容性好,橡胶制品性能好。
优选的是:还包括着色剂0-1%。采用着色剂可以改变母胶粒的颜色。
优选的是:粉末状橡胶化学品包括交联剂、促进剂、防老剂和氧化锌、氧化镁、二氧化钛的至少一种。对熔点高于120℃的粉末状橡胶化学品,其粒度大于50目,优选为大于80目,更优选大于120目。
优选的是:防老剂包括对苯二胺类和/或酚类防老剂,优选为非污染型的酚类防老剂。
为了简化生产工艺流程,本发明还提供了一种采用密炼机或高长径比双螺杆挤出机为混合设备制备母胶粒的一步法工艺方法,技术方案为:
一种采用密炼机制备上述橡胶母胶粒的方法,将二烯烃聚合物加入密炼机中,设定温度80-120℃,转速20-200转/分钟,落下上顶栓熔化或塑化1-8min,打开上顶栓加入粉末状橡胶化学品,油和防老剂,落下上顶栓,混合1-10min,排胶和造粒。
一种采用双螺杆挤出机制备上述橡胶母胶粒的方法,将二烯烃聚合物加入双螺杆挤出机中,设定温度80-120℃,转速20-200转/分钟,停留1-10min,加入粉末状橡胶化学品,油和防老剂,转速20-200转/分钟,停留1-10min,造粒。
优选的是:二烯烃聚合物经失重式喂料机连续投入双螺杆挤出机的主加料口,粉末状橡胶化学品,油和防老剂经失重式喂料机连续投入双螺杆挤出机的主加料口或侧加料口中,或者粉末状橡胶化学品,油和防老剂经高速混合机混合5-10min后经失重式喂料机连续投入双螺杆挤出机的主加料口或侧加料口中。
优选的是:二烯烃聚合物、粉末状橡胶化学品,油和防老剂投入高速混合机中混合2-10min,投入到双螺杆挤出机的主加料口中。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:本发明使用的反式聚异戊二烯(TPI)或聚丁二烯与大多数二烯类橡胶相容性好,不会对橡胶制品的性能造成负面的影响。而且TPI的熔点在70℃左右,在通常的储存温度下,无需使用隔离剂即可保证母胶粒在储存条件下不粘连,也不会与其中的橡胶化学品发生化学反应;在通常橡胶的混炼温度下,结晶融化,易于分散。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合具体实施例对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
将17%的反式聚异戊二烯(TPI)投入到密炼机中,密炼机的设定温度为110℃,转速60转/分钟,落下上顶栓混炼3min,然后打开上顶栓加入80%的100目橡胶用氧化锌(ZnO)、2.95%的油和0.05%的防老剂SP,落下上顶栓混合4分钟后排胶,经造粒后即得到有效含量为80%的氧化锌ZnO母粒。
实施例2
将16%的反式聚异戊二烯(TPI)投入到密炼机中,密炼机的设定温度为100℃,转速50转/分钟,落下上顶栓混炼3min,然后打开上顶栓加入80%的100目二硫化二苄基秋兰姆(TBzTD),3.8%的油和0.2%防老剂RD,落下上顶栓后混合4分钟,即得到有效含量为80%的TBzTD母胶。
实施例3
将26%的聚丁二烯投入到密炼机中,密炼机的设定温度为100℃,转速50转/分钟,落下上顶栓混炼3min,然后打开上顶栓加入70%的100目二硫化二苄基秋兰姆(TBzTD),3.8%的油和0.2%防老剂RD,落下上顶栓后混合4分钟,即得到有效含量为70%的TBzTD母胶。
实施例4
首先将20%的反式聚异戊二烯(TPI)投入到密炼机中,密炼机的设定温度为110℃,转速60转/分钟,落下上顶栓混炼3min,然后打开上顶栓加入75%的100目橡胶用不溶性硫磺(IS)、4.95%的油和0.05%的防老剂SP,落下上顶栓混合4分钟后排胶,经造粒后即得到有效含量为75%的不溶性硫磺母粒。
实施例5
首先将反式聚异戊二烯TPI、氧化锌(ZnO)、油分别加入到失重式喂料机中,调整失重式喂料机的喂料速度TPI:ZnO:油为17∶80∶3;其中TPI通过失重式喂料机加入到双螺杆挤出机的主加料口,ZnO和油通过失重式喂料机加入双螺杆挤出机的侧加料口;双螺杆挤出机(φ=27mm,L/D=40)采用十段控温,温度分别设定为25℃,80℃,90℃,100℃,110℃,110℃,110℃,110℃,100℃,90℃(加料口-机头),螺杆转速为80转/分钟,产量为6kg/h。经造粒得到有效含量为80%的ZnO母粒。
实施例6
首先将80重量份的氧化锌(ZnO)、2.95重量份的油和0.05phr的防老剂SP加入到高速混合机中,在室温下混合8min,得到ZnO-油-防老剂混合物;然后将反式聚异戊二烯TPI和ZnO-油-防老剂混合物分别加入到失重式喂料机中,调整失重式喂料机的喂料速度为TPI:ZnO-油-防老剂混合物=17∶83。TPI通过失重式喂料机加入到双螺杆挤出机的主加料口,ZnO-油-防老剂混合物通过失重式喂料机加入双螺杆挤出机的侧加料口。双螺杆挤出机(φ=27mm,L/D=40)采用十段控温,温度分别设定为25℃,80℃,90℃,100℃,110℃,110℃,110℃,110℃,100℃,90℃(加料口-机头),螺杆转速为80转/分钟,产量为6kg/h。经造粒得到有效含量为80%的ZnO母粒。
实施例7
首先将80重量份的氧化锌(ZnO)、2.95重量份的油和0.05phr的防老剂SP加入到高速混合机中,在室温下混合8min,再加入17重量份的反式聚异戊二烯混合4min,然后将混合物投入到双螺杆挤出机中。双螺杆挤出机(φ=27mm,L/D=40)采用十段控温,温度分别设定为25℃,80℃,90℃,100℃,110℃,110℃,110℃,110℃,100℃,90℃(加料口-机头),螺杆转速为80转/分钟,产量为6kg/h。经造粒得到有效含量为80%的ZnO母粒。
实施例8
首先将60重量份的氧化锌(ZnO)、2.95重量份的油和0.05phr的防老剂SP加入到高速混合机中,在室温下混合8min,再加入37重量份的反式聚异戊二烯混合4min,然后将混合物投入到双螺杆挤出机中。双螺杆挤出机(φ=27mm,L/D=40)采用十段控温,温度分别设定为25℃,80℃,90℃,100℃,110℃,110℃,110℃,110℃,100℃,90℃(加料口-机头),螺杆转速为80转/分钟,产量为6kg/h。经造粒得到有效含量为60%的ZnO母粒。

Claims (10)

1.二烯烃聚合物在橡胶母胶粒中的应用,其特征在于:二烯烃聚合物为粉末状或颗粒状的均聚物和/或共聚物,熔点为40-80℃,其质量含量占母胶粒总量的10-50%。
2.如权利要求1所述的二烯烃聚合物在橡胶母胶粒中的应用,其特征在于:二烯烃聚合物为反式聚异戊二烯、聚丁二烯的至少一种。
3.基于如权利要求1或2所述的应用制备的一种橡胶母胶粒,其特征在于:包括如下质量含量的原料,二烯烃聚合物10-50%,粉末状橡胶化学品50-90%,油0-15%,防老剂0-2%。
4.如权利要求3所述的橡胶母胶粒,其特征在于:还包括着色剂0-1%。
5.如权利要求4所述的橡胶母胶粒,其特征在于:粉末状橡胶化学品包括交联剂、促进剂、防老剂和氧化锌、氧化镁、二氧化钛的至少一种。
6.如权利要求3所述的橡胶母胶粒,其特征在于:防老剂包括对苯二胺类和/或酚类防老剂。
7.一种制备如权利要求4-6所述的橡胶母胶粒的方法,其特征在于:将二烯烃聚合物加入密炼机中,设定温度80-120℃,转速20-200转/分钟,落下上顶栓熔化或塑化1-8min,打开上顶栓加入粉末状橡胶化学品,油和防老剂,落下上顶栓,混合1-10min,排胶和造粒。
8.一种制备如权利要求4-6所述的橡胶母胶粒的方法,其特征在于:将二烯烃聚合物加入双螺杆挤出机中,设定温度80-120℃,转速20-200转/分钟,停留1-10min,加入粉末状橡胶化学品,油和防老剂,转速20-200转/分钟,停留1-10min,造粒。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于:二烯烃聚合物经失重式喂料机连续投入双螺杆挤出机的主加料口,粉末状橡胶化学品,油和防老剂经失重式喂料机连续投入双螺杆挤出机的主加料口或侧加料口中,或者粉末状橡胶化学品,油和防老剂经高速混合机混合5-10min后经失重式喂料机连续投入双螺杆挤出机的主加料口或侧加料口中。
10.如权利要求8所述的方法,其特征在于:二烯烃聚合物、粉末状橡胶化学品,油和防老剂投入高速混合机中混合2-10min,投入到双螺杆挤出机的主加料口中。
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