CN105017593A - 一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶及其制备方法<b>，</b>属于橡胶的化学改性技术领域，包括以下重量份的组分：100重量份的氢化丁腈橡胶，40~56重量份的UPVC，27~37重量份的触变剂；2~8重量份的活性剂，2~4重量份的促进剂，1.5~5重量份的防老剂，40~80重量份的补强剂，2~10的硫化剂。本发明的橡胶实现了耐腐蚀、耐老化和耐油性的良好平衡，同时具有良好的柔软性、弹性和强度，适用于输送压缩的天然气。改性触变剂和UPVC相互间产生共混共凝的协同作用，高岭土分解产生的Al和Si离子对其它离子有极化作用，增加了UPVC的收缩率。同时改性触变剂增加了胶料的隔气性，保证了输送天然气的密封性能。
Description
技术领域
本发明属于橡胶的化学改性技术领域，具体涉及为一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶及其制备方法。
背景技术
氢化丁腈橡胶，是一种高饱和的新型高性能橡胶，本身具有很好的加工性能、耐油性能、耐热性能和耐冷性能，因而其得到了广泛的应用。
将氢化丁腈橡胶应用于输送压缩天然气，要求氢化丁腈具有更好的力学性能、热稳定性和气体阻隔性能。通过在橡胶中渗入碳纳米材料使氢化丁腈的耐热抗磨性能、机械强度以及抗老化等综合性能得到明显的改善和提高，从而使得氢化丁腈橡胶适用于输送压缩天然气。然而碳纳米材料的应用仅限于实验阶段，其制备工艺较为复杂，成本较高，难以普遍的应用。因此，有必要研发一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶及其制备方法，成本低廉，便于推广。
发明内容
本发明的目的在于克服上述提到的缺陷和不足，而提供一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶，成本低廉，并且热稳定性、机械强度以及抗老化等综合性能得到明显的改善和提高。
本发明的另一目的在于提供一种上述氢化丁腈橡胶的制备方法。
本发明实现其目的采用的技术方案如下。
一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶，包括以下重量份的组分：
100重量份的氢化丁腈橡胶，40~56重量份的UPVC，27~37重量份的触变剂；2~8重量份的活性剂，2~4重量份的促进剂，1.5~5重量份的防老剂，40~80重量份的补强剂，2~10的硫化剂。
所述触变剂包括高岭土和氯化钙，所述高岭土的重量份为15~20，所述氯化钙的重量份为12~17。
将15~20重量份的高岭土加入至100ml的甲醇中，超声分散0.5h，得到分散均匀的高岭土悬浮液；将12~17重量份的氯化钙溶解于20ml去离子水中并搅拌均匀，得到氯化钙水溶液；在搅拌中将氯化钙水溶液加入高岭土悬浮液，超声1h，然后在120℃下蒸发去除溶剂，并球磨至粒度为1.0μm，得到触变剂。
所述活性剂为纳米氧化锌或活性氧化锌；所述促进剂为促进剂Na-22；所述防老剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉多聚体；所述补强剂为炭黑；所述硫化剂为过氧化二异丙苯。
一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）触变剂的预处理：将高岭土加入至100ml的甲醇中，超声分散0.5h，得到分散均匀的高岭土悬浮液；将氯化钙溶解于20ml去离子水中并搅拌均匀，得到氯化钙水溶液；在搅拌中将氯化钙水溶液加入高岭土悬浮液，超声1h，然后在120℃下蒸发去除溶剂，并球磨至粒度为1.0μm，得到改性高岭土的触变剂；
（2）对氢化丁腈橡胶进行加热软化；
（3）对氢化丁腈橡胶进行塑炼加工；
（4）对氢化丁腈橡胶进行混炼加工得到混炼胶；
（5）对混炼胶进行硫化加工。
步骤（2）中，将氢化丁腈橡胶放置于恒温箱内0.5h，温度恒定在70℃。
步骤（3）中，采用二段机械塑炼，第一次塑炼时将氢化丁腈橡胶在开炼机上塑炼5 分钟，下片冷却停放4h，然后再进行第二次塑炼，将氢化丁腈橡胶在开炼机上塑炼5 分钟，下片冷却停放4h。
步骤（4）中，将塑炼好之后的氢化丁腈橡胶与触变剂、UPVC加入密炼机，在120℃的条件下混合至分散均匀，随后降至常温，再按比例依次加入活性剂、促进剂、防老剂到密闭式炼胶机中混炼均匀，切割翻炼；然后加入补强剂混炼均匀，切割翻炼；最后加入硫化剂混炼均匀，停放24h后，得到混炼胶。
步骤（5）中，将混炼胶室温停放24h后，利用无转子硫化仪测试混炼胶在170℃的正硫化时间TC90，将平板硫化机升温至170℃并恒定；将混炼胶利用平板硫化机模压成型，模压条件：硫化温度170℃，硫化时间TC90 ，压力选择10MPa；然后将模压成型的材料利用电热鼓风恒温箱进行二段硫化，二段硫化条件硫化温度150℃，硫化时间4h，得到用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶。
所述活性剂为纳米氧化锌或活性氧化锌；所述促进剂为促进剂Na-22；所述防老剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉多聚体；所述补强剂为炭黑；所述硫化剂为过氧化二异丙苯。
所述的氢化丁腈橡胶是通过对丁腈橡胶主链上所含的丁二烯单元进行特殊加氢处理而制得的一种性能优异的高饱和弹性体。本申请中，氢化丁腈橡胶为一种牌号氢化丁腈橡胶，或两种及两种以上牌号的共混氢化丁腈橡胶，所述氢化丁腈橡胶中腈基重量百分比为10~50%，氢化度为95~100%。
所述的高岭土是一种1:1 型的层状硅酸盐，它的晶体单元是由一层硅氧四面体和一层铝氧八面体通过共同的氧互相连接而成的。它的晶体结构式理论为Al2O3(SiO2)2H2O，由于类质同象代替，常含有少量的Fe，Mg、Mn、Cu、Cr 等。高岭土的结构单元间是通过氢键和范德华力连接而成的层状堆叠。而质纯的高岭土具有白度高、质地易于分散悬浮于水中，良好的可塑性和高的烧结性、优良的电绝缘性以及良好的抗酸溶性、很低的阳离子交换容量、较高的耐火度等理化性能。高岭土在橡胶中以片层形式存在，具有较好的阻隔性能，体现在气密性。耐油性和阻燃性。
CPVC，氯化聚氯乙烯，是聚氯乙烯(PVC)进一步氯化改性的产品，其氯含量一般为65%~72%(体积分数)。CPVC除了兼有PVC的很多优良性能外，其所具有的耐腐蚀性、耐热性、可溶性、阻燃性、机械强度等均比PVC有较大的提高，因而CPVC是性能优良的新型材料，被广泛用于建筑、化工、冶金、造船、电器、纺织等领域。
本发明的橡胶实现了耐腐蚀、耐老化和耐油性的良好平衡，同时具有良好的柔软性、弹性和强度，适用于输送压缩的天然气。改性触变剂和UPVC相互间产生共混共凝的协同作用，高岭土分解产生的Al和Si离子对其它离子有极化作用，增加了UPVC的收缩率。同时改性触变剂增加了胶料的隔气性，保证了输送天然气的密封性能。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶，包括以下组分：
100g的氢化丁腈橡胶，40g的UPVC，27g的触变剂；8g的活性剂，3g的促进剂，3g的防老剂，80g的补强剂，8g的硫化剂。
所述触变剂的制备方法如下：将15g的高岭土加入至100ml的甲醇中，超声分散0.5h，得到分散均匀的高岭土悬浮液；将12g的氯化钙溶解于20ml去离子水中并搅拌均匀，得到氯化钙水溶液；在搅拌中将氯化钙水溶液加入高岭土悬浮液，超声1h，然后在120℃下蒸发去除溶剂，并球磨至粒度为1.0μm，得到触变剂。
所述活性剂为纳米氧化锌；
所述促进剂为促进剂Na-22；
所述防老剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉多聚体；
所述补强剂为炭黑；
所述硫化剂为过氧化二异丙苯。
一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）触变剂的预处理：将高岭土加入至100ml的甲醇中，超声分散0.5h，得到分散均匀的高岭土悬浮液；将氯化钙溶解于20ml去离子水中并搅拌均匀，得到氯化钙水溶液；在搅拌中将氯化钙水溶液加入高岭土悬浮液，超声1h，然后在120℃下蒸发去除溶剂，并球磨至粒度为1.0μm，得到改性高岭土的触变剂；
（2）对氢化丁腈橡胶进行加热软化：将氢化丁腈橡胶放置于恒温箱内0.5h，温度恒定在70℃；
加热软化，用以避免氢化丁腈橡胶硬化或结晶，减少氢化丁腈橡胶进行塑炼的时间和能耗。
（3）对氢化丁腈橡胶进行塑炼加工：采用二段机械塑炼，第一次塑炼时将氢化丁腈橡胶在开炼机上塑炼5 分钟，下片冷却停放4h，然后再进行第二次塑炼，将氢化丁腈橡胶在开炼机上塑炼5 分钟，下片冷却停放4h；
多次塑炼，可以降低氢化丁腈橡胶的门尼粘度，便于混炼阶段更好的吃料；
（4）对氢化丁腈橡胶进行混炼加工得到混炼胶：将塑炼好之后的氢化丁腈橡胶与触变剂、UPVC加入密炼机，在120℃的条件下混合至分散均匀，随后降至常温，再按比例依次加入活性剂、促进剂、防老剂到密闭式炼胶机中混炼均匀，切割翻炼；然后加入补强剂混炼均匀，切割翻炼；最后加入硫化剂混炼均匀，停放24h后，得到混炼胶；
高岭土本身宽厚比极大的片层结构和高岭土在橡胶中精细的分散结构使材料具有良好的力学性能。硬度、拉伸强度、100%定伸强度和伸长率远远高于传统氢化丁腈橡胶，拉伸永久变形也高于传统氢化丁腈橡胶。氯化钙的加入，避免了高岭土团聚，使高岭土能均布于胶料中。高岭土分解产生的Al和Si离子对其他离子具有极化作用，是这些离子呈不均衡的变形。这些变形部分有略低的熔点，从而成为中心，加速反应的进行，提高橡胶的致密度。本技术方案创设性地加入1.0μm粒度的改性高岭土触变剂，用以改变橡胶的流变性能，同时，高岭土进一步提高了本胶料的耐蚀性，对水介质也具有阻挡作用。
（5）对混炼胶进行硫化加工：将混炼胶室温停放24h后，利用无转子硫化仪测试混炼胶在170℃的正硫化时间TC90，将平板硫化机升温至170℃并恒定；将混炼胶利用平板硫化机模压成型，模压条件：硫化温度170℃，硫化时间TC90，压力选择10MPa；然后将模压成型的材料利用电热鼓风恒温箱进行二段硫化，二段硫化条件硫化温度150℃，硫化时间4h，得到用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶。
胶料的耐热等级≥165℃，扯断强度≥27Mpa，扯断伸长率≥280%，摩擦系数下降20%，材料综合性能在未改性橡胶基础上提高20%以上。
实施例2：
一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶，包括以下组分：
100g的氢化丁腈橡胶，49g的UPVC，37g的触变剂；2g的活性剂，2g的促进剂，5g的防老剂，40g的补强剂，10g的硫化剂。
所述触变剂的制备方法如下：将20g的高岭土加入至100ml的甲醇中，超声分散0.5h，得到分散均匀的高岭土悬浮液；将17g的氯化钙溶解于20ml去离子水中并搅拌均匀，得到氯化钙水溶液；在搅拌中将氯化钙水溶液加入高岭土悬浮液，超声1h，然后在120℃下蒸发去除溶剂，并球磨至粒度为1.0μm，得到触变剂。
所述活性剂为活性氧化锌；
所述促进剂为促进剂Na-22；
所述防老剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉多聚体；
所述补强剂为炭黑；
所述硫化剂为过氧化二异丙苯。
一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶的制备方法，与实施例1相同，不再赘述。
胶料的耐热等级≥178℃，扯断强度≥25Mpa，扯断伸长率≥275%，摩擦系数下降20%，材料综合性能在未改性橡胶基础上提高20%以上。
实施例3：
一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶，包括以下组分：
100g的氢化丁腈橡胶，56g的UPVC，32g的触变剂；4g的活性剂，4g的促进剂，1.5g的防老剂，50g的补强剂，2g的硫化剂。
所述触变剂的制备方法如下：将17g的高岭土加入至100ml的甲醇中，超声分散0.5h，得到分散均匀的高岭土悬浮液；将15g的氯化钙溶解于20ml去离子水中并搅拌均匀，得到氯化钙水溶液；在搅拌中将氯化钙水溶液加入高岭土悬浮液，超声1h，然后在120℃下蒸发去除溶剂，并球磨至粒度为1.0μm，得到触变剂。
所述活性剂为活性氧化锌；
所述促进剂为促进剂Na-22；
所述防老剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉多聚体；
所述补强剂为炭黑；
所述硫化剂为过氧化二异丙苯。
一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶的制备方法，与实施例1相同，不再赘述。
胶料的耐热等级≥175℃，扯断强度≥27Mpa，扯断伸长率≥279%，摩擦系数下降20%，材料综合性能在未改性橡胶基础上提高20%以上。
本发明按照实施例进行了说明，在不脱离本原理的前提下，本装置还可以作出若干变形和改进。应当指出，凡采用等同替换或等效变换等方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1. 一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶，其特征在于，包括以下重量份的组分：
100重量份的氢化丁腈橡胶，40~56重量份的UPVC，27~37重量份的触变剂；2~8重量份的活性剂，2~4重量份的促进剂，1.5~5重量份的防老剂，40~80重量份的补强剂，2~10的硫化剂。
2. 如权利要求1所述的一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶，其特征在于，所述触变剂包括高岭土和氯化钙，所述高岭土的重量份为15~20，所述氯化钙的重量份为12~17。
3. 如权利要求2所述的一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶，其特征在于，将15~20重量份的高岭土加入至100ml的甲醇中，超声分散0.5h，得到分散均匀的高岭土悬浮液；将12~17重量份的氯化钙溶解于20ml去离子水中并搅拌均匀，得到氯化钙水溶液；在搅拌中将氯化钙水溶液加入高岭土悬浮液，超声1h，然后在120℃下蒸发去除溶剂，并球磨至粒度为1.0μm，得到触变剂。
4. 如权利要求1所述的一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶，其特征在于，所述活性剂为纳米氧化锌或活性氧化锌；所述促进剂为促进剂Na-22；所述防老剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉多聚体；所述补强剂为炭黑；所述硫化剂为过氧化二异丙苯。
5. 一种如权利要求1所述的用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）触变剂的预处理：将高岭土加入至100ml的甲醇中，超声分散0.5h，得到分散均匀的高岭土悬浮液；将氯化钙溶解于20ml去离子水中并搅拌均匀，得到氯化钙水溶液；在搅拌中将氯化钙水溶液加入高岭土悬浮液，超声1h，然后在120℃下蒸发去除溶剂，并球磨至粒度为1.0μm，得到改性高岭土的触变剂；
（2）对氢化丁腈橡胶进行加热软化；
（3）对氢化丁腈橡胶进行塑炼加工；
（4）对氢化丁腈橡胶进行混炼加工得到混炼胶；
（5）对混炼胶进行硫化加工。
6. 如权利要求5所述的一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，将氢化丁腈橡胶放置于恒温箱内0.5h，温度恒定在70℃。
7. 如权利要求6所述的一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，采用二段机械塑炼，第一次塑炼时将氢化丁腈橡胶在开炼机上塑炼5 分钟，下片冷却停放4h，然后再进行第二次塑炼，将氢化丁腈橡胶在开炼机上塑炼5 分钟，下片冷却停放4h。
8. 如权利要求7所述的一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，将塑炼好之后的氢化丁腈橡胶与触变剂、UPVC加入密炼机，在120℃的条件下混合至分散均匀，随后降至常温，再按比例依次加入活性剂、促进剂、防老剂到密闭式炼胶机中混炼均匀，切割翻炼；然后加入补强剂混炼均匀，切割翻炼；最后加入硫化剂混炼均匀，停放24h后，得到混炼胶。
9. 如权利要求8所述的一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，将混炼胶室温停放24h后，利用无转子硫化仪测试混炼胶在170℃的正硫化时间TC90，将平板硫化机升温至170℃并恒定；将混炼胶利用平板硫化机模压成型，模压条件：硫化温度170℃，硫化时间TC90 ，压力选择10MPa；然后将模压成型的材料利用电热鼓风恒温箱进行二段硫化，二段硫化条件硫化温度150℃，硫化时间4h，得到用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶。
10. 如权利要求9所述的一种用于输送压缩天然气的氢化丁腈橡胶的制备方法，其特征在于，所述活性剂为纳米氧化锌或活性氧化锌；所述促进剂为促进剂Na-22；所述防老剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉多聚体；所述补强剂为炭黑；所述硫化剂为过氧化二异丙苯。
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