CN103965522B - 一种稀土硫化物橡胶助剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种橡胶复合材料，所述橡胶复合材料包含0.5‑5wt%的稀土硫化物。另外本发明提供一种橡胶复合材料的制备方法，所述制备方法包括：将稀土硫化物与橡胶混合，然后进行塑炼、混炼及硫化成型，得到橡胶复合材料。本发明制备的橡胶复合材料具有较优的拉伸性能，生产工艺简单、安全，易于操作，且生产成本及能耗较低，从而有利于工业化生产；另外采用的稀土硫化物为绿色橡胶助剂，对环境无污染，绿色环保。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料改性技术领域，具体涉及一种稀土硫化物橡胶助剂及其制备方法。
背景技术
橡胶为具有高弹性的高分子化合物，因具有优异的抗疲劳强度，较高的耐磨性、电绝缘性、致密性、耐腐蚀性、耐高温性及耐低温性等特殊性能而成为重要的工业材料。随着全球汽车工业、高速铁路和航空航天等工业领域的持续增长，对橡胶制品的需求将持续旺盛，橡胶工业将保持持续发展态势。
橡胶助剂是橡胶工业中重要的原材料，橡胶助剂对橡胶制品的加工和应用性能的改善起着举足轻重的作用。为满足橡胶制品的要求，需要在橡胶中添加不同助剂来改善橡胶制品的性能。稀土元素因具有特殊的4f电子层结构而具有特殊的性质，使得以稀土元素为核心的稀土橡胶成为目前研究的热点。但目前以稀土元素为助剂制备的橡胶的拉伸性能较差，使其应用受到限制。
另外，随着各国对环境问题的日益重视和环保审查的日趋严格，绿色助剂产品的研发和使用已成为橡胶助剂行业的发展潮流。而目前采用的橡胶助剂多包含有机物质等对环境有害的物质，不利于环保的要求。
因此，如何制备具有高拉伸性能且绿色环保的橡胶材料成为本领域亟待解决的课题。
发明内容
针对上述问题，本发明的一个目的在于提供一种橡胶复合材料，该橡胶复合材料以稀土硫化物为助剂制备，具有较优的拉伸性能，且绿色环保。
本发明的另一个目的在于提供一种橡胶复合材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明提供一种橡胶复合材料，所述橡胶复合材料包含0.5-5wt%的稀土硫化物。
优选地，所述橡胶复合材料包含0.5-5wt%的稀土硫化物，优选0.5-2wt%的稀土硫化物。
优选地，所述橡胶复合材料由0.5-5wt%的稀土硫化物与95-99.5wt%的天然橡胶或合成橡胶制成，优选由0.5-2wt%的稀土硫化物与98-99.5wt%的天然橡胶或合成橡胶制成。
优选地，所述橡胶复合材料由0.5wt%的稀土硫化物与99.5wt%的合成橡胶制成。
优选地，所述橡胶复合材料由1wt%的稀土硫化物与99wt%的天然橡胶制成。
优选地，所述稀土硫化物为硫化铈、硫化镧及硫化钐中的一种或多种，优选硫化钐。
优选地，所述合成橡胶为顺丁橡胶、异戊橡胶或丁苯橡胶，优选丁苯橡胶。
优选地，所述橡胶复合材料由0.5wt%的硫化钐与99.5wt%的丁苯橡胶制成。
优选地，所述橡胶复合材料由1wt%的硫化钐与99wt%的天然橡胶制成。
本发明进一步提供上述橡胶复合材料的制备方法，所述制备方法包括：将稀土硫化物与天然橡胶或合成橡胶混合，并在30-60℃下塑炼3-24h；随后在前辊温度45-60℃及后辊温度50-60℃下混炼30-45min，然后在140-160℃下，经2h硫化成型，得到橡胶复合材料。
本发明以稀土硫化物为助剂制备橡胶复合材料，一方面稀土硫化物中含有的硫元素增加了助剂与橡胶的相容性，可以更好地保证两相界面之间的良好接触，增大了硫化物与橡胶内部分子链之间的交联反应程度，提高了相对滑动程度，达到了缩短硫化时间，促使硫化剂活化，提高反应速率及合成效率，降低硫化温度及增加产量的效果，有利于降低能耗及生产成本，从而有利于工业化生产；另一方面，稀土元素具有特殊的电子结构（4f电子轨道填充的特殊性和d空轨道的存在），且原子磁矩大、自旋轨道耦合强，使得稀土元素化合物具有特殊的性质，发明人经大量研究发现，在橡胶中添加稀土硫化物（特别是硫化钐）能够改善橡胶的拉伸性能等使用特性，从而提高产品质量，防止橡胶老化降解，延长橡胶制品的使用寿命。
与现有技术相比，本发明以稀土硫化物为助剂制备的橡胶复合材料及其制备方法至少具有以下优点：
一、本发明以稀土硫化物（特别是硫化钐）为助剂制备橡胶复合材料，其中稀土硫化物中含有硫元素与稀土元素，使其具备特殊的性能，从而可以达到改善橡胶的使用性能的效果，经实验证实，在橡胶中添加0.5-5wt%的硫化钐后，可改善橡胶的拉伸性能（包括拉断伸长率、拉伸强度及300%定伸应力等），从而提高产品质量，防止橡胶老化降解，延长橡胶制品的使用寿命；
二、本发明以稀土硫化物为助剂制备橡胶复合材料，生产工艺简单、安全，易于操作，反应速率快、合成效率高、反应尾气排放量少，易于回收，且生产成本及能耗较低，从而有利于工业化生产；另外采用的稀土硫化物为绿色橡胶助剂，对环境无污染，绿色环保。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。
实施例1橡胶复合材料的制备
将0.5wt%稀土硫化钐与99.5wt%天然橡胶混合，并在50-60℃下塑炼24h，随后在前辊温度55-60℃及后辊温度50-55℃下混炼30min，然后在140-150℃下，经2h硫化成型，得到橡胶复合材料。
实施例2橡胶复合材料的制备
将0.5wt%稀土硫化钐与99.5wt%丁苯橡胶混合，并在30-45℃下塑炼3h，随后在前辊温度45-55℃及后辊温度50-60℃下混炼45min，然后在150-160℃下，经2h硫化成型，得到橡胶复合材料。
实施例3橡胶复合材料的制备
将1wt%稀土硫化钐与99wt%天然橡胶混合，并在50-60℃下塑炼24h，随后在前辊温度55-60℃及后辊温度50-55℃下混炼30min，然后在140-150℃下，经2h硫化成型，得到橡胶复合材料。
实施例4橡胶复合材料的制备
将1.5wt%稀土硫化钐与98.5wt%丁苯橡胶混合，并在30-45℃下塑炼3h，随后在前辊温度45-55℃及后辊温度50-60℃下混炼45min，然后在150-160℃下，经2h硫化成型，得到橡胶复合材料。
实施例5橡胶复合材料的制备
将2wt%稀土硫化钐与98wt%天然橡胶混合，并在50-60℃下塑炼24h，随后在前辊温度55-60℃及后辊温度50-55℃下混炼30min，然后在140-150℃下，经2h硫化成型，得到橡胶复合材料。
实施例6橡胶复合材料的制备
将2wt%稀土硫化钐与98wt%丁苯橡胶混合，并在30-45℃下塑炼3h，随后在前辊温度45-55℃及后辊温度50-60℃下混炼45min，然后在150-160℃下，经2h硫化成型，得到橡胶复合材料。
实施例7橡胶复合材料的制备
将5wt%稀土硫化钐与95wt%天然橡胶混合，并在50-60℃下塑炼24h，随后在前辊温度55-60℃及后辊温度50-55℃下混炼30min，然后在140-150℃下，经2h硫化成型，得到橡胶复合材料。
实施例8橡胶复合材料的制备
将5wt%稀土硫化钐与95wt%丁苯橡胶混合，并在30-45℃下塑炼3h，随后在前辊温度45-55℃及后辊温度50-60℃下混炼45min，然后在150-160℃下，经2h硫化成型，得到橡胶复合材料。
性能测试
按照国家标准GB/T531.1-2008（测试绍尔A硬度）及GB/T528-2009（测试拉断伸长率、拉伸强度和300%定伸应力），分别对上述实施例1-8制备的橡胶复合材料与丁苯橡胶和天然橡胶的硬度及拉伸性能进行测试，测试结果如表1及表2所示。
表1实施例1-8的橡胶复合材料的硬度及拉伸性能测试结果
表2实施例1-8的橡胶复合材料的拉伸性能提高率数据
注：表2中的拉断伸长率提高率、拉伸强度提高率及300%定伸应力提高率均相对于天然橡胶或丁苯橡胶计算。
根据表1及表2可知，本发明通过在天然橡胶及丁苯橡胶中添加硫化钐制备的橡胶复合材料的绍尔A硬度与天然橡胶及丁苯橡胶相当，但其拉断伸长率、拉伸强度及300%定伸应力均高于天然橡胶及丁苯橡胶。具体地，与天然橡胶相比，本发明以硫化钐为助剂制备的橡胶复合材料的拉断伸长率、拉伸强度及300%定伸应力分别提高了0.2-2.3%、0.8-5.1%及0.1-3.2%，而与丁苯橡胶相比，本发明以硫化钐为助剂制备的橡胶复合材料的拉断伸长率、拉伸强度及300%定伸应力分别提高了2.7-16.5%、2.4-15.0%及0.3-6.1%。由此，本发明以稀土硫化物制备的橡胶复合材料具有较优的拉伸性能。
Claims (8)
1.一种橡胶复合材料，所述橡胶复合材料由0.5-5wt％的稀土硫化物与95-99.5wt％的天然橡胶或合成橡胶制成，其中，所述合成橡胶为丁苯橡胶；所述稀土硫化物为硫化铈、硫化镧及硫化钐中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的橡胶复合材料，其特征在于，所述橡胶复合材料由0.5-2wt％的稀土硫化物与98-99.5wt％的天然橡胶或合成橡胶制成。
3.根据权利要求1或2所述的橡胶复合材料，其特征在于，所述橡胶复合材料由0.5wt％的稀土硫化物与99.5wt％的合成橡胶制成。
4.根据权利要求1或2所述的橡胶复合材料，其特征在于，所述橡胶复合材料由1wt％的稀土硫化物与99wt％的天然橡胶制成。
5.根据权利要求1或2所述的橡胶复合材料，其特征在于，所述稀土硫化物为硫化钐。
6.根据权利要求3所述的橡胶复合材料，其特征在于，所述橡胶复合材料由0.5wt％的硫化钐与99.5wt％的丁苯橡胶制成。
7.根据权利要求4所述的橡胶复合材料，其特征在于，所述橡胶复合材料由1wt％的硫化钐与99wt％的天然橡胶制成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的橡胶复合材料的制备方法，所述制备方法包括：将稀土硫化物与天然橡胶或合成橡胶混合，并在30-60℃下塑炼3-24h；随后在前辊温度45-60℃及后辊温度50-60℃下混炼30-45min，然后在140-160℃下，经2h硫化成型，得到橡胶复合材料。
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