CN105131442A - 一种高补强高机械性能橡胶材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高补强高机械性能橡胶材料，其原料按重量份包括：丁基橡胶50-55份，三元乙丙橡胶25-32份，聚丙烯酸酯橡胶15-22份，叔丁基异丙苯基过氧化物0.8-1.3份，2-硫醇基咪唑啉0.5-1份，硅烷偶联剂0.8-1.5份，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1-1.5份，纳米氧化锌1-3份，蒙脱土30-42份，改性重质碳酸钙30-40份，超细滑石粉20-25份，煅烧陶土15-22份，防老剂4020？1-2份，防老剂NBC？1-2份，偏苯三酸三辛酯1-2份，邻苯二甲酸二辛酯0.5-1份；本发明机械性能好，补强性能优异，物料间相容性好。

Description

一种高补强高机械性能橡胶材料
技术领域
本发明涉及橡胶技术领域，尤其涉及一种高补强高机械性能橡胶材料。
背景技术
随着工业领域快速发展，传统的橡胶材料已经满足不了使用要求，目前经常使用无机粉末矿物质来增强橡胶材料，重质碳酸钙作为橡胶常用粉状无机填料具有化学纯度高、惰性大、不易化学反应、热稳定性好、在400℃以下不会分解、无毒、分散性好等优点，多年来已被广泛使用以解决多种问题，重质碳酸钙作为橡胶填充材料得到越来越广泛的应用，重质碳酸钙由天然碳酸盐矿物如方解石、大理石、石灰石磨碎而成，在橡胶中添加重质碳酸钙可增加橡胶体积，降低产品成本，提高橡胶的尺寸稳定性，提高耐热性，但是由于重质碳酸钙粉体表面有亲水性较强的羟基，呈亲水疏油性，使其与橡胶的亲和性变差，在橡胶中分散不均匀，随着其在橡胶中填充量的增加，这些缺点更加明显，如何制备一种物料间相容性好，机械性能优异，补强性能优异的橡胶材料成为目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明提出了一种高补强高机械性能橡胶材料，机械性能好，补强性能优异，物料间相容性好。
本发明提出的一种高补强高机械性能橡胶材料，其原料按重量份包括：丁基橡胶50-55份，三元乙丙橡胶25-32份，聚丙烯酸酯橡胶15-22份，叔丁基异丙苯基过氧化物0.8-1.3份，2-硫醇基咪唑啉0.5-1份，硅烷偶联剂0.8-1.5份，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1-1.5份，纳米氧化锌1-3份，蒙脱土30-42份，改性重质碳酸钙30-40份，超细滑石粉20-25份，煅烧陶土15-22份，防老剂40201-2份，防老剂NBC1-2份，偏苯三酸三辛酯1-2份，邻苯二甲酸二辛酯0.5-1份；
在改性重质碳酸钙的制备过程中，将重质碳酸钙粉末置于烘箱中干燥，向干燥后的重质碳酸钙粉末中加入去离子水进行超声处理，将得到的物料送入反应器中加热搅拌，在搅拌过程中加入钛酸酯偶联剂，搅拌，升温，加入硬脂酸搅拌，过滤，干燥，粉碎过筛得到物料A；将液体石蜡、钛酸酯偶联剂混合均匀得到预制料，将物料A投入高混机中，升温，预热一段时间，然后分3-5次喷洒预制料于高混机中的物料A中，干燥，粉碎过筛得到改性重质碳酸钙。
优选地，在改性重质碳酸钙的制备过程中，按重量份将30-40份重质碳酸钙粉末置于烘箱中干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为20-40min，向干燥后的重质碳酸钙粉末中加入80-110份去离子水进行超声处理20-40min，将得到的物料送入反应器中，加热至60-70℃进行搅拌，在搅拌过程中加入1.5-2.3份钛酸酯偶联剂，钛酸酯偶联剂加入速度为0.1-0.3份/min，搅拌15-30min，接着升温至80-88℃，再加入1-2份硬脂酸搅拌25-40min，过滤，干燥，粉碎过筛得到物料A，物料A的粒径为100-150nm；将40-50份液体石蜡、1.2-1.8份钛酸酯偶联剂混合均匀得到预制料，将物料A投入高混机中，升温至50-70℃，预热20-30min，然后分3次喷洒预制料于高混机中的物料A中，每次喷洒时间为8-13min，相邻两次喷洒的间隔时间为3-6min，干燥，粉碎过筛得到改性重质碳酸钙。
优选地，丁基橡胶、三元乙丙橡胶及聚丙烯酸酯橡胶的重量比为52-54：28-30：16-20。
优选地，丁基橡胶、改性重质碳酸钙的重量比为52-54：32-35。
优选地，丁基橡胶、叔丁基异丙苯基过氧化物的重量比为52-54：1-1.2。
优选地，其原料按重量份包括：丁基橡胶52-54份，三元乙丙橡胶28-30份，聚丙烯酸酯橡胶16-20份，叔丁基异丙苯基过氧化物1-1.2份，2-硫醇基咪唑啉0.6-0.8份，硅烷偶联剂1-1.2份，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.2-1.4份，纳米氧化锌1.5-2份，蒙脱土36-40份，改性重质碳酸钙32-35份，超细滑石粉22-24份，煅烧陶土16-20份，防老剂40201.2-1.6份，防老剂NBC1.6-1.8份，偏苯三酸三辛酯1.5-1.7份，邻苯二甲酸二辛酯0.6-0.8份。
优选地，其原料按重量份包括：丁基橡胶53份，三元乙丙橡胶29份，聚丙烯酸酯橡胶18份，叔丁基异丙苯基过氧化物1.15份，2-硫醇基咪唑啉0.72份，硅烷偶联剂1.15份，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.34份，纳米氧化锌1.8份，蒙脱土38份，改性重质碳酸钙34份，超细滑石粉23份，煅烧陶土18份，防老剂40201.4份，防老剂NBC1.7份，偏苯三酸三辛酯1.6份，邻苯二甲酸二辛酯0.7份。
优选地，在改性重质碳酸钙的制备过程中，按重量份将36份重质碳酸钙粉末置于烘箱中干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为36min，向干燥后的重质碳酸钙粉末中加入105份去离子水进行超声处理36min，将得到的物料送入反应器中，加热至65℃进行搅拌，在搅拌过程中加入2.1份钛酸酯偶联剂，钛酸酯偶联剂加入速度为0.25份/min，搅拌21min，接着升温至84℃，再加入1.6份硬脂酸搅拌32min，过滤，干燥，粉碎过筛得到物料A，物料A的粒径为100-150nm；将46份液体石蜡、1.4份钛酸酯偶联剂混合均匀得到预制料，将物料A投入高混机中，升温至62℃，预热24min，然后分3次喷洒预制料于高混机中的物料A中，每次喷洒时间为10min，相邻两次喷洒的间隔时间为4min，干燥，粉碎过筛得到改性重质碳酸钙。
上述高补强高机械性能橡胶材料的制备工艺为，将氯化聚乙烯、三元乙丙橡胶及聚丙烯酸酯橡胶送入密炼机中混炼1-2min；加入改性重质碳酸钙、超细滑石粉、煅烧陶土、偏苯三酸三辛酯、邻苯二甲酸二辛酯、防老剂4020及防老剂NBC混炼至85-92℃；加入蒙脱土密炼至115-125℃，密炼时间为20-40s，其中在117-119℃进行提栓操作；停放12-16h后加入叔丁基异丙苯基过氧化物、2-硫醇基咪唑啉、硅烷偶联剂及N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺混炼至130-135℃排胶得到中间物；置于平板硫化机上进行硫化，平板压力为14.5-18MPa，硫化温度为155-165℃，硫化时间为2-5min得到高补强高机械性能橡胶材料。
本发明采用丁基橡胶与三元乙丙橡胶为主料配合添加适量聚丙烯酸酯橡胶，与改性重质碳酸钙配合作用，未改性的重质碳酸钙的表面是强极性的，在水中自然沉降，改性重质碳酸钙表面是非极性的，并且具有较强的疏水性，在重质碳酸钙颗粒表面包覆一层表面改性剂，表面能降低，故悬浮液在流动时克服的阻力小，流动性增强，表观粘度较低，在重质碳酸钙中加入适量硬脂酸具有相当好的补强作用，制品可取代炭黑和白炭黑填料，有效提高耐冲击性能，钛酸酯偶联剂能显著改善重质碳酸钙的表面性能，增强重质碳酸钙与有机及无机物料的相容性，钛酸酯偶联剂中的烷氧基和重质碳酸钙表面形成化学结合，最终在无机物料和有机物料界面之间形成有机活性单分子层，硬脂酸与钛酸酯偶联剂配合作用，改性重质碳酸钙，其与丁基橡胶、三元乙丙橡胶、聚丙烯酸酯橡胶及其他物料相容性好，补强效果优异，并采用丁基异丙苯基过氧化物、2-硫醇基咪唑啉、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺、纳米氧化锌作为硫化体系，协同效果好，保证本发明具有优良的抗老化、耐高温、耐油及耐腐蚀性能，使用寿命大大延长，偏苯三酸三辛酯、邻苯二甲酸二辛酯、硅烷偶联剂与上述组分联合作用，使制品的拉伸强度、撕裂强度、拉断伸长率和回弹性达到统一，改性重质碳酸钙与蒙脱土、超细滑石粉、煅烧陶土配合作用，制品分子间隙小，抗老化、耐磨性能好，机械性能优异。
具体实施方式
实施例1
本发明提出的一种高补强高机械性能橡胶材料，其原料按重量份包括：丁基橡胶50份，三元乙丙橡胶32份，聚丙烯酸酯橡胶15份，叔丁基异丙苯基过氧化物1.3份，2-硫醇基咪唑啉0.5份，硅烷偶联剂1.5份，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1份，纳米氧化锌3份，蒙脱土30份，改性重质碳酸钙40份，超细滑石粉20份，煅烧陶土22份，防老剂40201份，防老剂NBC2份，偏苯三酸三辛酯1份，邻苯二甲酸二辛酯1份；
在改性重质碳酸钙的制备过程中，按重量份将30份重质碳酸钙粉末置于烘箱中干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为40min，向干燥后的重质碳酸钙粉末中加入80份去离子水进行超声处理40min，将得到的物料送入反应器中，加热至60℃进行搅拌，在搅拌过程中加入2.3份钛酸酯偶联剂，钛酸酯偶联剂加入速度为0.1份/min，搅拌30min，接着升温至80℃，再加入2份硬脂酸搅拌25min，过滤，干燥，粉碎过筛得到物料A，物料A的粒径为100-150nm；将50份液体石蜡、1.2份钛酸酯偶联剂混合均匀得到预制料，将物料A投入高混机中，升温至70℃，预热20min，然后分3次喷洒预制料于高混机中的物料A中，每次喷洒时间为8min，相邻两次喷洒的间隔时间为6min，干燥，粉碎过筛得到改性重质碳酸钙。
实施例2
本发明提出的一种高补强高机械性能橡胶材料，其原料按重量份包括：丁基橡胶55份，三元乙丙橡胶25份，聚丙烯酸酯橡胶22份，叔丁基异丙苯基过氧化物0.8份，2-硫醇基咪唑啉1份，硅烷偶联剂0.8份，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.5份，纳米氧化锌1份，蒙脱土42份，改性重质碳酸钙30份，超细滑石粉25份，煅烧陶土15份，防老剂40202份，防老剂NBC1份，偏苯三酸三辛酯2份，邻苯二甲酸二辛酯0.5份；
在改性重质碳酸钙的制备过程中，按重量份将40份重质碳酸钙粉末置于烘箱中干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为20min，向干燥后的重质碳酸钙粉末中加入110份去离子水进行超声处理20min，将得到的物料送入反应器中，加热至70℃进行搅拌，在搅拌过程中加入1.5份钛酸酯偶联剂，钛酸酯偶联剂加入速度为0.3份/min，搅拌15min，接着升温至88℃，再加入1份硬脂酸搅拌40min，过滤，干燥，粉碎过筛得到物料A，物料A的粒径为100-150nm；将40份液体石蜡、1.8份钛酸酯偶联剂混合均匀得到预制料，将物料A投入高混机中，升温至50℃，预热30min，然后分3次喷洒预制料于高混机中的物料A中，每次喷洒时间为13min，相邻两次喷洒的间隔时间为3min，干燥，粉碎过筛得到改性重质碳酸钙。
实施例3
本发明提出的一种高补强高机械性能橡胶材料，其原料按重量份包括：丁基橡胶53份，三元乙丙橡胶29份，聚丙烯酸酯橡胶18份，叔丁基异丙苯基过氧化物1.15份，2-硫醇基咪唑啉0.72份，硅烷偶联剂1.15份，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.34份，纳米氧化锌1.8份，蒙脱土38份，改性重质碳酸钙34份，超细滑石粉23份，煅烧陶土18份，防老剂40201.4份，防老剂NBC1.7份，偏苯三酸三辛酯1.6份，邻苯二甲酸二辛酯0.7份；
在改性重质碳酸钙的制备过程中，按重量份将36份重质碳酸钙粉末置于烘箱中干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为36min，向干燥后的重质碳酸钙粉末中加入105份去离子水进行超声处理36min，将得到的物料送入反应器中，加热至65℃进行搅拌，在搅拌过程中加入2.1份钛酸酯偶联剂，钛酸酯偶联剂加入速度为0.25份/min，搅拌21min，接着升温至84℃，再加入1.6份硬脂酸搅拌32min，过滤，干燥，粉碎过筛得到物料A，物料A的粒径为100-150nm；将46份液体石蜡、1.4份钛酸酯偶联剂混合均匀得到预制料，将物料A投入高混机中，升温至62℃，预热24min，然后分3次喷洒预制料于高混机中的物料A中，每次喷洒时间为10min，相邻两次喷洒的间隔时间为4min，干燥，粉碎过筛得到改性重质碳酸钙。
实施例4
本发明提出的一种高补强高机械性能橡胶材料，其原料按重量份包括：丁基橡胶52份，三元乙丙橡胶30份，聚丙烯酸酯橡胶16份，叔丁基异丙苯基过氧化物1.2份，2-硫醇基咪唑啉0.6份，硅烷偶联剂1.2份，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.2份，纳米氧化锌2份，蒙脱土36份，改性重质碳酸钙35份，超细滑石粉22份，煅烧陶土20份，防老剂40201.2份，防老剂NBC1.8份，偏苯三酸三辛酯1.5份，邻苯二甲酸二辛酯0.8份；
在改性重质碳酸钙的制备过程中，按重量份将32份重质碳酸钙粉末置于烘箱中干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为36min，向干燥后的重质碳酸钙粉末中加入85份去离子水进行超声处理36min，将得到的物料送入反应器中，加热至62℃进行搅拌，在搅拌过程中加入2.1份钛酸酯偶联剂，钛酸酯偶联剂加入速度为0.14份/min，搅拌28min，接着升温至82℃，再加入1.8份硬脂酸搅拌26min，过滤，干燥，粉碎过筛得到物料A，物料A的粒径为100-150nm；将48份液体石蜡、1.4份钛酸酯偶联剂混合均匀得到预制料，将物料A投入高混机中，升温至58℃，预热26min，然后分3次喷洒预制料于高混机中的物料A中，每次喷洒时间为9min，相邻两次喷洒的间隔时间为5min，干燥，粉碎过筛得到改性重质碳酸钙。
实施例5
本发明提出的一种高补强高机械性能橡胶材料，其原料按重量份包括：丁基橡胶54份，三元乙丙橡胶28份，聚丙烯酸酯橡胶20份，叔丁基异丙苯基过氧化物1份，2-硫醇基咪唑啉0.8份，硅烷偶联剂1份，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.4份，纳米氧化锌1.5份，蒙脱土40份，改性重质碳酸钙32份，超细滑石粉24份，煅烧陶土16份，防老剂40201.6份，防老剂NBC1.6份，偏苯三酸三辛酯1.7份，邻苯二甲酸二辛酯0.6份；
在改性重质碳酸钙的制备过程中，按重量份将38份重质碳酸钙粉末置于烘箱中干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为24min，向干燥后的重质碳酸钙粉末中加入105份去离子水进行超声处理24min，将得到的物料送入反应器中，加热至68℃进行搅拌，在搅拌过程中加入1.8份钛酸酯偶联剂，钛酸酯偶联剂加入速度为0.26份/min，搅拌24min，接着升温至86℃，再加入1.5份硬脂酸搅拌33min，过滤，干燥，粉碎过筛得到物料A，物料A的粒径为100-150nm；将43份液体石蜡、1.7份钛酸酯偶联剂混合均匀得到预制料，将物料A投入高混机中，升温至62℃，预热25min，然后分3次喷洒预制料于高混机中的物料A中，每次喷洒时间为10min，相邻两次喷洒的间隔时间为6min，干燥，粉碎过筛得到改性重质碳酸钙。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高补强高机械性能橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份包括：丁基橡胶50-55份，三元乙丙橡胶25-32份，聚丙烯酸酯橡胶15-22份，叔丁基异丙苯基过氧化物0.8-1.3份，2-硫醇基咪唑啉0.5-1份，硅烷偶联剂0.8-1.5份，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1-1.5份，纳米氧化锌1-3份，蒙脱土30-42份，改性重质碳酸钙30-40份，超细滑石粉20-25份，煅烧陶土15-22份，防老剂40201-2份，防老剂NBC1-2份，偏苯三酸三辛酯1-2份，邻苯二甲酸二辛酯0.5-1份；
在改性重质碳酸钙的制备过程中，将重质碳酸钙粉末置于烘箱中干燥，向干燥后的重质碳酸钙粉末中加入去离子水进行超声处理，将得到的物料送入反应器中加热搅拌，在搅拌过程中加入钛酸酯偶联剂，搅拌，升温，加入硬脂酸搅拌，过滤，干燥，粉碎过筛得到物料A；将液体石蜡、钛酸酯偶联剂混合均匀得到预制料，将物料A投入高混机中，升温，预热一段时间，然后分3-5次喷洒预制料于高混机中的物料A中，干燥，粉碎过筛得到改性重质碳酸钙。
2.根据权利要求1所述的高补强高机械性能橡胶材料，其特征在于，在改性重质碳酸钙的制备过程中，按重量份将30-40份重质碳酸钙粉末置于烘箱中干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为20-40min，向干燥后的重质碳酸钙粉末中加入80-110份去离子水进行超声处理20-40min，将得到的物料送入反应器中，加热至60-70℃进行搅拌，在搅拌过程中加入1.5-2.3份钛酸酯偶联剂，钛酸酯偶联剂加入速度为0.1-0.3份/min，搅拌15-30min，接着升温至80-88℃，再加入1-2份硬脂酸搅拌25-40min，过滤，干燥，粉碎过筛得到物料A，物料A的粒径为100-150nm；将40-50份液体石蜡、1.2-1.8份钛酸酯偶联剂混合均匀得到预制料，将物料A投入高混机中，升温至50-70℃，预热20-30min，然后分3次喷洒预制料于高混机中的物料A中，每次喷洒时间为8-13min，相邻两次喷洒的间隔时间为3-6min，干燥，粉碎过筛得到改性重质碳酸钙。
3.根据权利要求1或2所述的高补强高机械性能橡胶材料，其特征在于，丁基橡胶、三元乙丙橡胶及聚丙烯酸酯橡胶的重量比为52-54：28-30：16-20。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高补强高机械性能橡胶材料，其特征在于，丁基橡胶、改性重质碳酸钙的重量比为52-54：32-35。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高补强高机械性能橡胶材料，其特征在于，丁基橡胶、叔丁基异丙苯基过氧化物的重量比为52-54：1-1.2。
6.根据权利要求1-5任一项所述的高补强高机械性能橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份包括：丁基橡胶52-54份，三元乙丙橡胶28-30份，聚丙烯酸酯橡胶16-20份，叔丁基异丙苯基过氧化物1-1.2份，2-硫醇基咪唑啉0.6-0.8份，硅烷偶联剂1-1.2份，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.2-1.4份，纳米氧化锌1.5-2份，蒙脱土36-40份，改性重质碳酸钙32-35份，超细滑石粉22-24份，煅烧陶土16-20份，防老剂40201.2-1.6份，防老剂NBC1.6-1.8份，偏苯三酸三辛酯1.5-1.7份，邻苯二甲酸二辛酯0.6-0.8份。
7.根据权利要求1-6任一项所述的高补强高机械性能橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份包括：丁基橡胶53份，三元乙丙橡胶29份，聚丙烯酸酯橡胶18份，叔丁基异丙苯基过氧化物1.15份，2-硫醇基咪唑啉0.72份，硅烷偶联剂1.15份，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.34份，纳米氧化锌1.8份，蒙脱土38份，改性重质碳酸钙34份，超细滑石粉23份，煅烧陶土18份，防老剂40201.4份，防老剂NBC1.7份，偏苯三酸三辛酯1.6份，邻苯二甲酸二辛酯0.7份。
8.根据权利要求1-7任一项所述的高补强高机械性能橡胶材料，其特征在于，在改性重质碳酸钙的制备过程中，按重量份将36份重质碳酸钙粉末置于烘箱中干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为36min，向干燥后的重质碳酸钙粉末中加入105份去离子水进行超声处理36min，将得到的物料送入反应器中，加热至65℃进行搅拌，在搅拌过程中加入2.1份钛酸酯偶联剂，钛酸酯偶联剂加入速度为0.25份/min，搅拌21min，接着升温至84℃，再加入1.6份硬脂酸搅拌32min，过滤，干燥，粉碎过筛得到物料A，物料A的粒径为100-150nm；将46份液体石蜡、1.4份钛酸酯偶联剂混合均匀得到预制料，将物料A投入高混机中，升温至62℃，预热24min，然后分3次喷洒预制料于高混机中的物料A中，每次喷洒时间为10min，相邻两次喷洒的间隔时间为4min，干燥，粉碎过筛得到改性重质碳酸钙。
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