CN104558711A - 一种橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种橡胶复合材料,由以下重量份的组分组成:天然橡胶100份,氧化锌6份,硬脂酸1份,防老剂1.5份,防焦剂0.1份,促进剂CZ 0.7份,促进剂TMTD 0.3份,硫磺2.5份,炭黑40份,木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂10份和液体橡胶≤6份。发明所述复合材料,将液体橡胶添加到橡胶的配方中,能够提高橡胶的拉伸强度和断裂伸长率,改善木质纤维素-蒙脱土补强剂在天然橡胶基体中的分散,有效增强橡胶与木质纤维素-蒙脱土补强剂的界面相互作用且环保无污染。发明还提供了上述橡胶复合材料的制备方法,具有工艺简单、成低廉、易于工业化生产的优点。

Description

一种橡胶复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于橡胶类聚合物复合材料制备技术领域,尤其是涉及一种橡胶复合材料及其制备方法。
背景技术
随着石化资源日益匮乏,环境问题日益严重,以可再生的生物质原料替代石化原料合成新型高分子材料越来越受到关注。木质纤维素是自然界最丰富的可再生资源,木质纤维素富含羟基,经硫化易与无机填料和橡胶发生化学作用形成树脂网络,作为填料应用在橡胶中,是一种优良的增强材料。但其与非极性或弱极性的聚合物基体的界面粘合性较差,而且亲水性纤维在聚合物基体中不能很好地分散,导致复合材料力学性能下降,因此木质纤维素原料在使用前必须经过适当的改性处理,以增强聚合物基体与木质纤维素表面之间的界面兼容性。
蒙脱土是一种由纳米厚度的硅酸盐片层构成的粘土,其基本结构单元两片硅氧四面体中间夹一层硅氧或镁氧八面体,通过共享氧原子形成的层状结构。它具有一种规则的空隙或层间区域,使得蒙脱土有了许多特性,使得其复合材料的强度、硬度、热性能有所提高。现有技术中木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂对天然橡胶聚合物的拉伸强度和断裂伸长率提高效果不明显,有待提高。
液体橡胶是一种在常温下可流动的粘稠状功能性聚合物,可作为橡胶和塑料等聚合物加工助剂以及聚合物用填料的改性助剂。它不仅可以提高橡胶材料的力学性能、热稳定性等物理机械性能,改善橡胶与金属或非金属的粘着性,还可以提高橡胶的混炼、挤出、压延和硫化等工艺性能。
发明内容
针对上述技术问题,本发明的目的是提供一种橡胶复合材料,将液体橡胶添加到橡胶的配方中,以提高橡胶的拉伸强度和断裂伸长率。
本发明采用的技术方案是:
一种橡胶复合材料,由以下重量份的组分组成:
所述促进剂为促进剂CZ和促进剂TMTD。
本发明所述的橡胶复合材料,其中,由以下重量份的组分组成:
所述促进剂为促进剂CZ和促进剂TMTD。
本发明所述的橡胶复合材料,其中,所述液体橡胶为液体橡胶LBR。
本发明所述的橡胶复合材料,其中,所述促进剂CZ和促进剂TMTD的质量比为7:3。
本发明所述的橡胶复合材料,其中,所述炭黑为炭黑N330。
本发明所述的橡胶复合材料,其中,所述防焦剂为防焦剂CTP。
本发明所述的橡胶复合材料,其中,所述防老剂为防老剂4010NA。
本发明还提供了上述橡胶复合材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂的制备:将木质纤维素加水稀释并搅拌均匀,得到木质纤维素悬浮液;然后向所述木质纤维素悬浮液中加入用十八烷基二甲基苄基氯化铵处理的有机蒙脱土,于80℃搅拌反应4~8h,反应结束后将反应产物洗涤至中性,干燥并球磨后得到木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂;
(2)液体橡胶-木质纤维素-蒙脱土-天然橡胶复合材料的制备:
(a)按配比准备液体橡胶-木质纤维素-蒙脱土-天然橡胶复合材料的原料,在开炼机中加入天然橡胶,然后依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、防焦剂、促进剂CZ、步骤(1)中得到的所述木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂、炭黑、液体橡胶、促进剂TMTD和硫磺,混炼温度50-60℃,混炼25min,混炼结束后静置8h以上,得到混炼胶;
(b)将步骤(a)中所述的混炼胶置于平板硫化机上硫化,得到产品。
本发明所述的橡胶复合材料的制备方法,其中,将步骤(1)中所述木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂球磨至粒度为120目以下。
本发明所述的橡胶复合材料的制备方法,其中,步骤(b)中所述硫化温度为145℃,硫化压力12MPa,硫化时间10min。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明所述的橡胶复合材料,具有以下优点:1.将液体橡胶添加到橡胶的配方中,能够提高橡胶的拉伸强度和断裂伸长率。2.加工工艺简单,环保无污染,对橡胶加工设备无特殊要求,适于大规模应用。3.液体橡胶可以改善木质纤维素-蒙脱土补强剂在天然橡胶基体中的分散,还能抑制其对橡胶助剂的吸附,可以有效增强橡胶与木质纤维素-蒙脱土补强剂的界面相互作用。
本发明所述的橡胶复合材料的制备方法,以天然高分子木质纤维素为有机原料,来源丰富的蒙脱土为无机原料,采用溶液插层复合法和球磨改性制备木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂,以液体橡胶对木质纤维素-蒙脱土补强剂和炭黑进行增容改性,制备橡胶复合材料,具有工艺简单、成本低廉、易于工业化生产的优点。
具体实施方式
下述实施例中,所用到的原料来源如下:
防老剂4010NA的中文名:N-异丙基-N’-苯基对苯二胺,分子式:C36H31NO;促进剂CZ的中文名:N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺,分子式:C13H16N2S2;促进剂TMTD的中文名:二硫化四甲基秋兰姆,分子式:C6H12N2S4;防焦剂CTP的中文名:N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺,分子式:C14H15O2NS;液体橡胶LBR307,由日本Kuraray公司购得。
实施例1
一种橡胶复合材料,由以下重量份的组分组成:天然橡胶100份,氧化锌6份,硬脂酸1份,防老剂4010NA 1.5份,促进剂CZ 0.7份,防焦剂CTP 0.1份,炭黑N33040份,木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂10份,硫磺2.5份和促进剂TMTD 0.3份。
本实施例橡胶复合材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂的制备:将木质纤维素15g和去离子水750ml加入到1000ml烧杯中,搅拌混合均匀,得到木质纤维素悬浮液;然后向所述木质纤维素悬浮液中加入用十八烷基二甲基苄基氯化铵处理的有机蒙脱土60g,在80℃温度下,搅拌反应6h,反应结束后将反应产物洗涤至中性,烘干并球磨至粒度为120目以下,得到木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂;
(2)液体橡胶-木质纤维素-蒙脱土-天然橡胶复合材料的制备:
(a)按配比准备液体橡胶-木质纤维素-蒙脱土-天然橡胶复合材料的原料,在开炼机中加入天然橡胶,然后依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂4010NA、防焦剂CTP、促进剂CZ、步骤(1)中得到的所述木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂、炭黑N330、液体橡胶LBR307、促进剂TMTD和硫磺,混炼温度50-60℃,混炼25min,混炼结束后静置8h以上,得到混炼胶;
(b)将步骤(a)中所述的混炼胶置于平板硫化机上硫化,硫化温度为145℃,硫化压力12MPa,硫化时间10min,得到产品。
实施例2
一种橡胶复合材料,由以下重量份的组分组成:天然橡胶100份,氧化锌6份,硬脂酸1份,防老剂4010NA 1.5份,促进剂CZ 0.7份,防焦剂CTP 0.1份,炭黑N33040份,木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂10份,液体橡胶LBR3072份,硫磺2.5份和促进剂TMTD 0.3份。
本实施例橡胶复合材料的制备方法,同实施例1。
实施例3
一种橡胶复合材料,由以下重量份的组分组成:天然橡胶100份,氧化锌6份,硬脂酸1份,防老剂4010NA 1.5份,促进剂CZ 0.7份,防焦剂CTP 0.1份,炭黑N33040份,木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂10份,液体橡胶LBR3074份,硫磺2.5份和促进剂TMTD 0.3份。
本实施例橡胶复合材料的制备方法,同实施例1。
实施例4
一种橡胶复合材料,由以下重量份的组分组成:天然橡胶100份,氧化锌6份,硬脂酸1份,防老剂4010NA 1.5份,促进剂CZ 0.7份,防焦剂CTP 0.1份,炭黑N33040份,木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂10份,液体橡胶LBR3076份,硫磺2.5份和促进剂TMTD 0.3份。
本实施例橡胶复合材料的制备方法,同实施例1。
对比例1
天然橡胶复合材料及其制备:
(a)在开炼机中加入100份天然橡胶,然后依次加入6份氧化锌、1份硬脂酸、1.5份防老剂4010NA、0.1份防焦剂CTP、0.7份促进剂CZ、50份炭黑N330、0.3份促进剂TMTD和2.5份硫磺,混炼25min,混炼结束后静置8h以上,得到混炼胶;
(2)将步骤(a)中所述的混炼胶置于平板硫化机上硫化,硫化温度为145℃,硫化压力12MPa,硫化时间10min。
不同实施例和对比例1制得的产品的力学性能数据见表1。
表1:产品的的力学性能数据表
对比例1 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
拉伸强度(MPa) 23.07 23.24 23.32 23.45 24.38
断裂伸长度(%) 662.5 713.0 712.4 782.8 793.4
硬度(邵氏A) 70.3 70.0 69.9 70.0 65.7
从表1可以看出,木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂可以替代部分炭黑,获得与炭黑相近的补强效果,但木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂对天然橡胶聚合物的拉伸强度和断裂伸长率提高效果不明显;将液体橡胶添加到橡胶的配方中进行改进后,本实施例1-4中,随着液体橡胶含量的增加,橡胶复合材料的拉伸强度逐渐上升,断裂伸长率逐渐增加,当液体橡胶用量超过4份后,邵氏A硬度逐渐下降,液体橡胶可以改善木质纤维素-蒙脱土补强剂在天然橡胶基体中的分散,当液体橡胶用量为6份时,橡胶复合材料的综合性能较好。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种橡胶复合材料,其特征在于:由以下重量份的组分组成:
所述促进剂为促进剂CZ和促进剂TMTD。
2.根据权利要求1所述的橡胶复合材料,其特征在于:由以下重量份的组分组成:
所述促进剂为促进剂CZ和促进剂TMTD。
3.根据权利要求1或2所述的橡胶复合材料,其特征在于:所述液体橡胶为液体橡胶LBR。
4.根据权利要求1或2所述的橡胶复合材料,其特征在于:所述促进剂CZ和促进剂TMTD的质量比为7:3。
5.根据权利要求1或2所述的橡胶复合材料,其特征在于:所述炭黑为炭黑N330。
6.根据权利要求1或2所述的橡胶复合材料,其特征在于:所述防焦剂为防焦剂CTP。
7.根据权利要求1或2所述的橡胶复合材料,其特征在于:所述防老剂为防老剂4010NA。
8.权利要求1-7任意一项所述的橡胶复合材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂的制备:将木质纤维素加水稀释并搅拌均匀,得到木质纤维素悬浮液;然后向所述木质纤维素悬浮液中加入用十八烷基二甲基苄基氯化铵处理的有机蒙脱土,于80℃搅拌反应4~8h,反应结束后将反应产物洗涤至中性,干燥并球磨后得到木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂;
(2)液体橡胶-木质纤维素-蒙脱土-天然橡胶复合材料的制备:
(a)按配比准备液体橡胶-木质纤维素-蒙脱土-天然橡胶复合材料的原料,在开炼机中加入天然橡胶,然后依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、防焦剂、促进剂CZ、步骤(1)中得到的所述木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂、炭黑、液体橡胶、促进剂TMTD和硫磺,混炼温度50-60℃,混炼25min,混炼结束后静置8h以上,得到混炼胶;
(b)将步骤(a)中所述的混炼胶置于平板硫化机上硫化,得到产品。
9.根据权利要求8所述的橡胶复合材料的制备方法,其特征在于:将步骤(1)中所述木质纤维素-蒙脱土橡胶补强剂球磨至粒度为120目以下。
10.根据权利要求8所述的橡胶复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(b)中所述硫化温度为145℃,硫化压力12MPa,硫化时间10min。
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Effective date of registration: 20190411

Address after: 230012 One Building on the North Side of Xifeihe Road, Thirty Communities, Xinzhan District, Hefei City, Anhui Province

Patentee after: HEFEI HEYUDA PLASTIC INDUSTRY CO.,LTD.

Address before: 232001 No. 168 Shun Geng Zhong Road, Tianjiaan District, Huainan City, Anhui Province

Patentee before: Anhui University Of Science And Technology

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Denomination of invention: A rubber composite material and its preparation method

Effective date of registration: 20230504

Granted publication date: 20160824

Pledgee: China Postal Savings Bank Co.,Ltd. Changfeng County Branch

Pledgor: HEFEI HEYUDA PLASTIC INDUSTRY CO.,LTD.

Registration number: Y2023980039730

PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
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Granted publication date: 20160824

Pledgee: China Postal Savings Bank Co.,Ltd. Changfeng County Branch

Pledgor: HEFEI HEYUDA PLASTIC INDUSTRY CO.,LTD.

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